黏度及其影響因素

從分子運動的觀點看，聚合物熔體的粘度由兩方面因素決定：一是聚合物熔體內的自由體積，二是大分子之間的纏結。自由體積是聚合物中未被聚合物佔領的空隙，它是大分子鏈段進行擴散的場所，凡是能引起自由體積增加的因素均能使聚合物的粘度降低。高分子鏈之間的纏結增大內摩擦，凡引起纏結密度增加的因素，都會使分子鏈的運動變得困難，使熔體粘度增加。

從宏觀角度看，影響聚合物熔體粘度的因素主要有溫度、壓力、剪下速率、分子結構及分子量等，這些影響因素之間又存在著互相影響的關係。

a)溫度對黏度的影響

溫度升高時，聚合物熔體中的自由體積增加，因此粘度隨著溫度的升高而下降。在溫度遠高於玻璃化溫度 （ ℃）的情況下，熔體粘度與溫度的關係可用阿累尼烏絲(Arrhenius)方程表示:

（2-3）

式中：

ηa——表觀黏度，Pas；

η0——零剪下黏度，Pas；

R——氣體常數，8.314 Jmol-1K-1；

T——絕對溫度,K；

——粘流活化能，kJmol-1。

不同聚合物的粘流活化能不同，其黏度對溫度的敏感性也不同，粘流活化能較大，溫度的變化對熔體粘度的影響就比較顯著。各種塑膠的黏流活化能在5～30 kJmol-1之間。

b)剪下速率對黏度的影響

相對分子質量較高的材料通常比相對分子質量較低的同一材料表現出更明顯的假塑性，這表明聚合物流動時的非牛頓行為是隨相對分子質量增加而增強的。在高剪下速率下，熔體的粘度值可能比低剪下速率下的粘度值小几個數量級。UHMPWE熔體的黏度對剪下速率很敏感，有很強的非牛頓性，其非牛頓指數近於零。

c)壓力對黏度的影響

聚合物熔體中存在自由體積，使其具有一定的可壓縮性。當壓力作用使得聚合物中的自由體積減小時，大分子鏈段活動範圍減小，分子間的作用力增加，導致熔體的粘度增加。例如，當LDPE中壓力由1大氣壓升高到100Mpa時表觀黏度增加了2.5倍。由於聚合物的可壓縮性不同，其黏度對壓力的敏感性也不同。增壓引起黏度增加這一事實說明，單純透過增大壓力來提高產量是不恰當的。

d)相對分子質量對黏度的影響

聚合物相對分子質量增大，不同鏈段偶然位移相互抵消的機會增多，因而分子鏈重心移動減慢，要完成流動過程就需要更長的時間和更多的能量，所以聚合物熔體的黏度隨相對分子質量增加而增大。

聚合物熔體的零切粘度η0與重均分子量之間有如下關係：

（2-4）

式中：K是取決於聚合物的性質和溫度的實驗常數； 為與聚合物有關的指數，當 時，對大多數聚合物 ； 是物料的重均分子量， 是臨界分子量。