玻璃纤维是最具有代表性的可使塑料获得显著增强效果的填充材料; 聚丙烯 ( PP) 通过玻纤增强后，除保持原有的良好性能外，强度、硬度和刚性大大提高，且具有良好的耐热性、尺寸稳定性和低温冲击性及耐电弧性能，收缩率减少。但纤维的加入会造成体系流变性能的下降，在注塑成型的时候制件易产生浮纤。本文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，为工艺改进提供指导。

1、实验部分

1.1实验设备仪器

高压毛细管流变仪;   二次元影像量测仪

1.2 实验样品

PP 树脂 ( PP) : 熔体质量流动速率 ( 230 ℃ ，2.16 kg)  为 6. 20 g /10min，市售; 15% 玻纤增强 PP ( 15% GFPP ) : 熔体质量流动速率 ( 230 ℃ ，2. 16 kg) 为7. 42 g /10min，市售。

1.3 实验条件

毛细管流变仪选择长径比为30∶1，入口角为180°的口模;剪切速率为175、306、535、935、1635、2859、5000 s－1; 实验温度为 200、210、220、230、240 ℃;   恒温时间为 6 min，在恒剪切速率下将熔体从毛细管中挤出，自动记录剪切应力，并将不同剪切应力下的挤出物在二次元影像量测仪下观察表面情况。

2、结果与讨论

2.1 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减少，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。

由表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。下面进行具体分析。

2.2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 时的黏度与剪切速率为1000s－1时的黏度之比，可作为聚合物剪切敏感性的指标;将在给定剪切速率 (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。

2.2.1表观黏度与剪切速率的关系

试样 lnηα－ln •曲线关系如图 2 所示。

由图2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 2 还可以看出，PP 和 15%GFPP 的表观黏度都随剪切速率提高而下降，而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筒和口模的摩擦力增大。

由图4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，影响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。

2.2.2 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。

图 3 不同剪切速率下的黏流活化能

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

结合图 15%GFPP 毛细管挤出物放大图片，可以看出 15% GFPP 挤出物的表面较粗糙。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～ 2 859 s－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。从图 3 可以看到，当剪切速率超过约3 000 s－1 后15%GFPP 体系的 Eγ• 略变大，而图 4e 和 4f 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。

图 4 15%GFPP 毛细管挤出物 ( ×105)

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

3、结论

在PP中加入15%玻纤后，体系的稠度增大，非牛顿指数减小。

剪切速率为305～2 859 s－1 区间，15%GFPP 在高压毛细管流变仪口模中会发生壁滑作用，此区间体系粘流活化能趋于稳定。

提高熔体温度和增大剪切速率都可以使挤出物的表面浮纤减少。