“浮纤”是一种玻璃纤维增强塑料制品易出现的表面缺陷，这对于外观要求高的部件是不能接受的，具体表现为制品表面产生了放射状的白色痕迹，而且这种白色痕迹随玻纤含量的增加趋于严重。

造成“浮纤”现象的原因是，在塑料熔体流动过程中，由于玻纤与树脂的流动性有差异，而且质量密度不同，树脂体系加入玻纤后流变性能下降，在注塑成型的时候即产生浮纤。为了探究消除“浮纤”的解决方法，国高材分析测试中心通过研究普通玻纤增强前后PP流变行为的变化，分析了玻纤对PP体系流变性能的影响，为工艺改进提供了优化方案。

试验设备

高压毛细管流变仪：RG20，德国Goettfert；二次元影像量测仪：YX3020，东莞源欣光学仪器。

非牛顿指数和稠度

从表1中可以看出，随着温度升高，PP与15%GFPP的K值减少，n值增大，即熔体流动行为偏离牛顿流体的程度较少，增强后的体系比未增强减少程度低。增强后体系的K值增大而n值减少，这表明玻纤的加入使PP的非线性性质增强。

表观黏度

剪切黏度是高分子材料流变性质中最重要的材料函数之一，大量的实验数据表明，高分子材料的剪切黏度受众多因素影响。其中，剪切和温度的影响尤为明显。

热塑性塑料在剪切速率为10s^-1或100s^-1时的黏度和剪切速率为1000s^-1时的黏度之比，可作为聚合物剪切敏感性的指标；将在给剪切速率（100s^-1或1000s^-1）下相差40℃的两个温度下剪切黏度的比值作为温度敏感性指标。

表2 可以看出，15%玻纤增强后，体系表观黏度对剪切敏感性提高而对温度敏感性降低。

3.1 表观黏度与剪切速率的关系

试样表观黏度与剪切速率关系图如图1 所示。由图1可知，在相同条件下，15%GFPP比PP的表观黏度大，即玻纤的加入造成体系表观黏度变大。从图1还可以看出，PP和15%GFPP下降的程度比PP大，这表明15%玻纤的加入使PP对剪切的敏感程度增加，其原因为玻纤的加入使体系与储料桶和口模的摩擦力增大。

由图2可以看到，在相同的温度下，高剪切速率挤出物比低剪切挤出物表面光滑，其原因为剪切速率提高，流动时间比松弛时间短，致使PP中的大分子链来不及完全松弛，这样PP分子链的法向力减少；再加上剪切速率提高后，涌现流动的大分子缠结点被拆除，玻纤更易于随流场发生取向。这样挤出物浮纤相对减少，表面光滑。

3.2 表观黏度与温度的关系

黏流活化能Eη是描述材料黏-温依赖型的物理量。Eη定义为流动过程中，流动单元用于克服位垒，由原为止跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。Eη既反映着材料流动的难易程度，更重要的是反映了材料黏度变化的温度敏感性。

高分子熔体黏度与温度的依赖关系可用阿伦尼乌斯公式很好地描述，图3为PP和15%GFPP不同剪切速率下的恒剪切速率黏流活化能。

由图3可以看出，在2859s^-1之前，15%GFPP的黏流活化能小于PP。PP树脂的黏流活化能随着剪切速率的增大而减少，而15%GFPP体系的黏流活化能在剪切速率大于305s^-1以后趋于稳定。

结合图2 15%GFPP毛细管挤出物放大图片，可以看出15%GFPP挤出物的表面比较粗糙。在15%GFPP熔融体系中，PP树脂为流动连续相，而玻纤为分散相。在毛细管流场中，毛细管中心的流速快而越靠近管壁流速越慢，再加上PP熔体存在弹性，因而体系在流经毛细管的时候，刚性的玻纤会被“推”到管壁，在305~2859^-1间体系在流动方向受到的阻力大部分为玻纤与管壁的摩擦力，即体系在口模中发生壁滑。从如3可以看到，当剪切速率超过3000^-1后15%GFPP体系的黏流活化能略变大，而图2e和f显示在较大剪切速率下，挤出物表面的玻纤明显减少，说明体系在流经毛细管口模的时候，在管壁处一部分树脂将玻纤包覆，使体系与管壁发生黏附，造成体系的黏流活化能变大。

从图2中可以看到，在相同的剪切速率下，240℃挤出物比200℃挤出物表面光滑。

总结

剪切速率为305~2859^-1区间，15%GFPP在高压毛细管流变仪口模中会发生壁滑作用，此区间体系黏流活化能趋于稳定。国高材分析测试中心建议，提高熔体温度和增大剪切速率，减少挤出物的表面浮纤。

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主讲：庞承焕

时间：每周四 17:00

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