压力对聚酯熔体流变性能的影响

摘要

聚酯是最重要的聚合物之一，广泛地用作纤维、薄膜、片材和工程塑料。目前，聚酯成形加工技术越来越向高效率、高精度方向发展，因此，对于聚酯熔体的流变性能的研究具有科学意义和重要的实际应用价值。
　　 对聚酯熔体流变性质已有大量的研究成果，但对聚酯熔体在较高压强状态下的流变性能研究还十分缺乏。本工作以不同相对分子质量的聚酯PET，PBT等为研究对象，采用毛细管流变仪及反向压力腔组件，系统研究了压力对聚酯熔体流变性能的影响规律。首先，对反向压力腔实验设备和实验测试方法进行了研究与探索，最终确定了一套测量一定压力下聚合物剪切粘度的实验操作技术及数据处理方法。通过实验及数据处理分析，得出下面的结论：
　　 压力对熔体的表观剪切粘度ηa、非牛顿指数n和粘流活化能△Eη有显著影响，影响程度随温度、剪切速率和聚酯相对分子质量、链结构的不同而不同。
　　 聚酯PET([η]为0.67dl/g)熔体在压力为10-50MPa，剪切速率为216-1080s-1，温度为280～300℃范围内，ηa随压力的增加而呈指数增大，符合η=η0eβP，其中，压力系数β随剪切速率的增加而减小，随温度的升高而减小。
　　 聚酯PET在加工温度(290℃)和较低剪切速率(216s-1)时，βγ为12.28GPa-1，相应的ηa从10MPa时的170Pa·s增大至50MPa时的280Pa·s。随着压力的增加，聚酯熔体的剪切变稀现象变得更为明显，n随着压力的增加而线性降低，△Eη随着压力的增加而略有增大。
　　 高粘PET([η]为0.87dl/g)，ηa随压力变化情况以及βγ随剪切速率和温度的变化规律与普通PET类似，但βγ值总体比普通PET大一些。在加工温度(300℃)下和较低剪切速率(216s-1)时，βγ值为12.4.3GPa-1，ηa从10MPa时的210Pa·s增大至50MPa时的350Pa·s。
　　 对于PBT，ηa随压力变化情况以及压力系数βγ随剪切速率和温度的变化规律与普通PET类似。由于分子链的柔性增加，βγ值较PET明显偏低，在加工温度(250℃)下和低剪切速率(216s-1)时，βγ值为10.47GPa-1，ηa从10MPa时的290Pa·s增大至50MPa时的430Pa·s。
　　 此外，还对低熔点聚酯和含炭黑(20％)PET进行了压力实验，通过对比分析可以得出结论：聚合物熔体ηa对压力的依赖性基本上是随温度升高而减小，随着聚合物自由体积的增大而增大。