玻璃纖維是最具有代表性的可使塑料獲得顯著增強效果的填充材料; 聚丙烯 ( PP) 通過玻纖增強後，除保持原有的良好性能外，強度、硬度和剛性大大提高，且具有良好的耐熱性、尺寸穩定性和低溫沖擊性及耐電弧性能，收縮率減少。但纖維的加入會造成體系流變性能的下降，在注塑成型的時候制件易産生浮纖。本文通過研究普通玻纖增強前後 PP 流變行為的變化，分析了玻纖對PP體系流變性能的影響，為工藝改進提供指導。

1、實驗部分

1.1實驗設備儀器

高壓毛細管流變儀; 二次元影像量測儀

1.2 實驗樣品

PP 樹脂 ( PP) : 熔體質量流動速率 ( 230 ℃ ，2.16 kg) 為 6. 20 g /10min，市售; 15% 玻纖增強 PP ( 15% GFPP ) : 熔體質量流動速率 ( 230 ℃ ，2. 16 kg) 為7. 42 g /10min，市售。

1.3 實驗條件

毛細管流變儀選擇長徑比為30∶1，入口角為180°的口模;剪切速率為175、306、535、935、1635、2859、5000 s－1; 實驗溫度為 200、210、220、230、240 ℃; 恒溫時間為 6 min，在恒剪切速率下将熔體從毛細管中擠出，自動記錄剪切應力，并将不同剪切應力下的擠出物在二次元影像量測儀下觀察表面情況。

2、結果與讨論

2.1 非牛頓指數和稠度

從表1中可以看出，随着溫度升高，PP與15% GFPP的K值減少，n 值增大，即熔體流動行為偏離牛頓流體的程度減少，增強後的體系比未增強減少程度低。增強後體系的 K 值增大而 n 值減少，這表明玻纖的加入使PP的非線性性質增強。

由表2可以看出，15%玻纖增強後，體系表觀黏度對剪切敏感性提高而對溫度敏感性降低。下面進行具體分析。

2.2表觀黏度

剪切黏度是高分子材料流變性質中最重要的材料函數之一，大量的實驗數據表明，高分子材料的剪切黏度受衆多因素影響。其中，剪切和溫度的影響尤為明顯。

熱塑性塑料在剪切速率為10s－1或 100s－1 時的黏度與剪切速率為1000s－1時的黏度之比，可作為聚合物剪切敏感性的指标;将在給定剪切速率 (100s－1或1000s－1) 下相差40 ℃ 的兩個溫度下剪切黏度的比值作為溫度敏感性指标。

2.2.1表觀黏度與剪切速率的關系

試樣 lnηα－ln •曲線關系如圖 2 所示。

由圖2可知，在相同條件下，15%GFPP 比PP 的表觀黏度大，即玻纖的加入造成體系表觀黏度變大。從圖 2 還可以看出，PP 和 15%GFPP 的表觀黏度都随剪切速率提高而下降，而15%GFPP 下降的程度比PP大，這表明 15%玻纖的加入使 PP 對剪切的敏感程度增加，其原因為玻纖的加入使體系與儲料筒和口模的摩擦力增大。

由圖4可以看到，在相同的溫度下，高剪切速率擠出物比低剪切擠出物表面光滑，其原因為剪切速率提高，流動時間比松弛時間短，緻使 PP 中的大分子鍊來不及完全松弛，這樣PP分子鍊的法向力減少; 再加上剪切速率提高後，影響流動的大分子纏結點被拆除，玻纖更易于随流場發生取向。這樣擠出物浮纖相對減少，表面光滑。

2.2.2 表觀黏度與溫度的關系

黏流活化能 Eη 是描述材料黏－溫依賴型的物理量。Eη 定義為流動過程中，流動單元用于克服位壘，由原為止躍遷到附近 “空穴” 所需的最小能量。Eη 既反映着材料流動的難易程度，更重要的是反映了材 料黏度變化的溫度敏感性。

圖 3 不同剪切速率下的黏流活化能

由圖3可以看出，在2859 s－1之前，15% GFPP 的黏流活化能小于PP。PP 樹脂的 E γ• 随着剪切速率的增大而減少，而 15%GFPP 體系的 E γ• 在剪切速率大于305 s－1以後趨于穩定。

結合圖 15%GFPP 毛細管擠出物放大圖片，可以看出 15% GFPP 擠出物的表面較粗糙。在15% GFPP 熔融體系中，PP樹脂為流動連續相，而玻纖為分散相。在毛細管流場中，毛細管中心的流速快而越靠近管壁流速越慢，再加上 PP 熔體存在彈性，因而體系在流經毛細管的時候，剛性的玻纖會被 “推” 到管壁，在305～ 2 859 s－1間體系在流動方向受到的阻力大部分為玻纖與管壁的摩擦力，即體系在口模中發生壁滑。從圖 3 可以看到，當剪切速率超過約3 000 s－1 後15%GFPP 體系的 Eγ• 略變大，而圖 4e 和 4f 顯示在較大剪切速率下，擠出物表面的玻纖明顯減少，說明體系在流經毛細管口模的時候，在管壁處一部分樹脂将玻纖包覆，使體系與管壁發生黏附，造成體系的黏流活化能變大。

圖 4 15%GFPP 毛細管擠出物 ( ×105)

從圖4中可以看出，在相同的剪切速率下，240℃ 擠出物比 200 ℃ 擠出物表面光滑。

3、結論

在PP中加入15%玻纖後，體系的稠度增大，非牛頓指數減小。

剪切速率為305～2 859 s－1 區間，15%GFPP 在高壓毛細管流變儀口模中會發生壁滑作用，此區間體系粘流活化能趨于穩定。

提高熔體溫度和增大剪切速率都可以使擠出物的表面浮纖減少。

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