TPE的粘度受哪些條件影響?
一、材料本身性質(zhì)
(一)分子量及分布
分子量是影響 TPE 粘度的關(guān)鍵內(nèi)在因素之一。從分子層面來講,分子量越大,意味著分子鏈越長且所含的分子鏈節(jié)數(shù)量越多,分子間相互纏繞、牽扯的程度就越高,分子間作用力也就越強(qiáng),進(jìn)而使得 TPE 整體表現(xiàn)出較大的粘度。例如,在一些高填充、高性能要求的 TPE 應(yīng)用場景中,使用分子量較大的材料時(shí),其加工時(shí)的流動(dòng)性明顯變差,粘度顯著增大。
同時(shí),分子量分布情況同樣不容忽視。當(dāng)分子量相同時(shí),分子量分布較窄的 TPE,其分子鏈的長度相對更為均一,分子間作用力在整體材料中分布更為均勻,不易出現(xiàn)因部分長鏈分子聚集而形成的局部高粘度區(qū)域,所以粘度往往相對較小。與之相反,分子量分布寬的 TPE,長鏈和短鏈分子混雜,在加工流動(dòng)過程中,長鏈分子容易相互纏結(jié)形成阻礙,導(dǎo)致粘度升高,在注塑等成型工藝中就會(huì)出現(xiàn)充模不均勻等問題。
(二)分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)
TPE 有著多樣的分子結(jié)構(gòu),不同的分子結(jié)構(gòu)以及所含的官能團(tuán)種類與數(shù)量,對其粘度有著重要影響。例如,含有較多極性官能團(tuán)(像羥基、羧基、氨基等)的 TPE 材料,分子間容易形成氫鍵。氫鍵作為一種較強(qiáng)的分子間作用力,會(huì)使分子間的結(jié)合更為緊密,從而增加了材料的內(nèi)摩擦力,使得材料在流動(dòng)過程中需要克服更大的阻力,最終導(dǎo)致其具有較高的粘度。
而對于一些非極性的 TPE 材料,分子間主要依靠范德華力相互作用,相對氫鍵而言范德華力較弱,其粘度往往會(huì)低于具有強(qiáng)極性官能團(tuán)的同類材料。另外,分子鏈的規(guī)整性、支化程度等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也會(huì)影響粘度,規(guī)整性好、支化少的分子鏈在流動(dòng)時(shí)相對順暢,粘度較低;支化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分子鏈則容易相互阻礙,致使粘度升高。
二、添加劑
(一)低分子添加劑
在 TPE 的生產(chǎn)加工中,常常會(huì)添加一些低分子添加劑,其目的之一就是調(diào)節(jié)材料的粘度。這些低分子物質(zhì)能夠滲入到大分子鏈之間,起到潤滑的作用,降低大分子鏈之間的相互作用力,使材料的粘度減小,有助于在后續(xù)的成型加工過程中更易于充模成形。例如,礦物油就是一種常用的低分子添加劑,適量添加可以顯著改善 TPE 的流動(dòng)性,降低粘度,使其能更好地適應(yīng)如注塑、擠出等不同的加工工藝要求。
不過,添加低分子添加劑時(shí)需要嚴(yán)格控制用量,若添加量過多,雖然粘度會(huì)大幅降低,但會(huì)對材料原本的力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響,比如使材料的拉伸強(qiáng)度、硬度等指標(biāo)下降,還可能影響材料的耐老化性能和尺寸穩(wěn)定性等。
(二)增塑劑和爽滑劑
增塑劑在 TPE 材料中應(yīng)用較為廣泛,它能夠插入到聚合物分子鏈之間,增大分子鏈間的距離,減弱分子鏈間的作用力,從而增加材料的柔軟性和可塑性,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致粘度降低。但過量使用增塑劑是不可取的,因?yàn)檫@不僅會(huì)使粘度降低過多,影響材料在使用過程中的力學(xué)性能,而且可能會(huì)出現(xiàn)增塑劑遷移、揮發(fā)等問題,降低材料的使用壽命和使用安全性。
爽滑劑主要用于改善 TPE 材料的表面爽滑性,減少材料在加工過程中與模具等接觸表面的粘模和拉絲現(xiàn)象。其作用機(jī)制是在材料表面形成一層低表面能的薄膜,使材料表面更為光滑,間接影響了材料整體的流動(dòng)性能,進(jìn)而對粘度產(chǎn)生一定的影響。不同類型的爽滑劑對不同 TPE 配方的效果存在差異,需要根據(jù)具體的材料和加工需求來合理選擇。
三、加工條件
(一)溫度
溫度對 TPE 粘度的影響十分顯著。在一定范圍內(nèi),隨著溫度的升高,TPE 材料內(nèi)部的分子鏈熱運(yùn)動(dòng)加劇,原本相對穩(wěn)定的分子間作用力被削弱,分子鏈之間更容易相對滑動(dòng),從而使得材料的粘度逐漸降低。這就好比在高溫環(huán)境下,固體的冰會(huì)融化成水,流動(dòng)性大大增強(qiáng)一樣,TPE 在加熱后也能更順暢地流動(dòng),便于進(jìn)行諸如注塑、擠出等加工操作。
然而,溫度并非越高越好,如果超過了材料所能承受的適宜加工溫度范圍,可能會(huì)引發(fā)一系列問題,比如材料會(huì)發(fā)生降解,分子鏈斷裂,導(dǎo)致材料性能劣化;或者出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象,嚴(yán)重影響材料的外觀和品質(zhì)。不同種類的 TPE 由于其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)不同,所適宜的加工溫度范圍也各有差異,例如苯乙烯類 TPE 的加工溫度一般在 150℃ - 250℃之間,而聚酯類 TPE 的加工溫度則相對更高一些,通常在 200℃ - 300℃左右。
(二)剪切速度
在加工過程中,有效地增加塑料的剪切速度可使塑料熔體粘度下降。當(dāng)對 TPE 材料施加剪切作用時(shí),例如在螺桿擠出機(jī)中物料受到螺桿的旋轉(zhuǎn)推動(dòng),分子鏈會(huì)在剪切力的作用下發(fā)生定向排列和取向效應(yīng),原本無序纏結(jié)的分子鏈會(huì)沿著流動(dòng)方向逐漸規(guī)整排列,使得分子鏈間相互滑動(dòng)更為容易,從而降低了粘度。
不過,不同的 TPE 材料對剪切速度的敏感程度不盡相同。一些剛性鏈段含量較高的 TPE,在較低的剪切速度下粘度下降就較為明顯;而對于柔性鏈段占主導(dǎo)的 TPE,可能需要更高的剪切速度才能達(dá)到較好的降低粘度的效果。并且剪切速度過高時(shí),也可能會(huì)導(dǎo)致局部過熱、材料不穩(wěn)定等問題,影響加工質(zhì)量和材料性能。
(三)壓力
在注射等加工過程中,壓力對 TPE 粘度有著不可忽視的影響。從物理角度來看,雖然高的注射壓力能提高注射速度,進(jìn)而獲得較大的剪切作用,有利于降低粘度,但壓力本身的增加會(huì)使大分子鏈與鏈之間的距離縮小。原本分子鏈之間依靠一定的分子間作用力保持著相對穩(wěn)定的距離,當(dāng)壓力增大時(shí),分子鏈間的錯(cuò)動(dòng)變得更為困難,整體的流動(dòng)粘度也就隨之增大了。
例如,在高壓注塑過程中,如果壓力設(shè)置不合理過高,就會(huì)發(fā)現(xiàn)材料在模具中的流動(dòng)阻力明顯增大,充模不完全,甚至可能出現(xiàn)溢料等問題,這就是因?yàn)閴毫^大導(dǎo)致粘度異常升高造成的。所以在實(shí)際加工中,需要根據(jù) TPE 材料的特性以及模具結(jié)構(gòu)等因素,合理調(diào)整注射壓力等工藝參數(shù),以平衡剪切作用和壓力對粘度的影響,確保加工順利進(jìn)行。
四、環(huán)境因素
(一)濕度和水分含量
環(huán)境中的濕度以及 TPE 材料本身所含的水分含量,對其粘度有著重要影響。當(dāng) TPE 材料中含有過多水分時(shí),在加工過程中,水分會(huì)在高溫環(huán)境下汽化形成水蒸氣,這些水蒸氣在材料內(nèi)部會(huì)形成氣泡或空洞等缺陷,破壞了材料的均勻性,從而影響材料的粘度和力學(xué)性能。例如,在擠出加工時(shí),含有水分的 TPE 擠出制品表面可能會(huì)出現(xiàn)氣泡、麻點(diǎn)等質(zhì)量問題,同時(shí)材料的整體粘度也會(huì)因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞而變得不穩(wěn)定。
此外,高濕度的環(huán)境還可能影響材料的表面性能,使材料表面吸附水分,導(dǎo)致其粘?;蚶z現(xiàn)象加劇,進(jìn)一步影響加工過程中的流動(dòng)性和粘度表現(xiàn)。所以在 TPE 材料的儲存和加工前,通常需要對材料進(jìn)行干燥處理,嚴(yán)格控制其水分含量。
(二)空氣中的氧氣和污染物
空氣中的氧氣是一種具有較強(qiáng)氧化性的物質(zhì),它會(huì)與 TPE 材料中的某些成分發(fā)生氧化反應(yīng),尤其是一些含有不飽和鍵或者易被氧化的官能團(tuán)的 TPE 材料,更容易受到氧氣的影響。隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行,分子鏈會(huì)發(fā)生斷裂、交聯(lián)等變化,導(dǎo)致材料老化降解,其分子量降低,分子間作用力減弱,從而使得粘度下降。
而空氣中的污染物如灰塵、油污等則可能附著在材料表面或混入材料中,影響材料的純度?;覊m顆粒混入材料后,在流動(dòng)過程中會(huì)增加摩擦阻力,相當(dāng)于增大了材料的內(nèi)摩擦力,進(jìn)而使粘度升高;油污等污染物則可能改變材料表面的性質(zhì),影響其與加工設(shè)備等的接觸情況,間接影響材料的粘度和加工性能。
五、后續(xù)處理
(一)熱處理
熱處理是一種常用的對 TPE 材料進(jìn)行改性的后續(xù)處理方式。通過在特定的溫度和時(shí)間條件下對材料進(jìn)行加熱處理,可以使材料中的分子鏈發(fā)生重排和交聯(lián)反應(yīng)。適當(dāng)?shù)慕宦?lián)反應(yīng)能夠增加分子鏈之間的連接點(diǎn),使分子結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定,從而改變材料的粘度和力學(xué)性能,例如提高材料的強(qiáng)度、硬度以及彈性回復(fù)能力等,同時(shí)也可能使粘度有所升高,使其更適合用于一些對形狀保持、耐磨性等有較高要求的應(yīng)用場景。
不過,熱處理溫度和時(shí)間的控制需要非常精確,若溫度過高或時(shí)間過長,會(huì)導(dǎo)致材料過度老化或降解,分子鏈過度斷裂,反而使材料的性能大幅下降,粘度也會(huì)出現(xiàn)異常變化,失去原有的使用價(jià)值。
(二)表面處理技術(shù)
諸如電暈處理、等離子體處理等表面處理技術(shù),在 TPE 材料的應(yīng)用中也較為常見,這些技術(shù)主要是通過改變材料表面的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)特定的性能優(yōu)化。例如,電暈處理可以使材料表面的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂和重組,引入一些極性基團(tuán),提高表面能,從而增強(qiáng)材料表面的親水性和粘結(jié)性;而等離子體處理則能更精準(zhǔn)地對材料表面進(jìn)行刻蝕、活化等操作,降低材料的表面能,從而提高其爽滑性和抗粘性,進(jìn)而間接影響材料的粘度。
但需要注意的是,表面處理技術(shù)的效果可能會(huì)受到材料種類、原始表面狀態(tài)以及加工條件等多種因素的影響。不同的 TPE 材料對同一表面處理方式的響應(yīng)可能不同,而且處理后的效果保持時(shí)間也會(huì)因使用環(huán)境等因素而存在差異,所以在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮各方面因素來合理選擇和運(yùn)用表面處理技術(shù)。