（新疆天業(yè)（集團）有限公司，新疆石河子市，832000）王天龍 張俊貴 萬亞格

聚氯乙烯糊樹脂的加工需同增塑劑等其它助劑混合后經(jīng)充分攪拌，形成穩(wěn)定的PVC增塑糊（該增塑糊為液體），而后經(jīng)過高溫加熱固化后才能加工成制品。因此，研究PVC增塑糊的流變特性，有助于了解糊樹脂流動特性，從而確定合適的加工生產(chǎn)工藝條件。大部分的PVC增塑糊為“脹流性”液體，這種液體在一定的剪切應(yīng)力和剪切速率條件下表現(xiàn)出漲流流動特性，即只要剪切速率增大，黏度就增大。換言之，用PVC糊樹脂涂覆加工時，其涂速越高，糊料就變得越粘稠，會造成織物撕裂甚至使涂覆機卷軸斷裂[1]。

本文分別選取種子微懸浮法、種子乳液法和微懸浮法三種不同聚合工藝的聚氯乙烯糊樹脂，在本文中樣品的編號分別為1#、2#、3#樣品。通過先進的“HAAKEMARS60”旋轉(zhuǎn)流變儀，對聚氯乙烯糊樹脂的混合、特定溫度下的流變以及在等速升溫的條件下的震蕩流變實驗，分析三種不同生產(chǎn)工藝下的聚氯乙烯糊樹脂的流變特性。

1 旋轉(zhuǎn)流變儀簡介

旋轉(zhuǎn)流變儀具有同軸圓筒、錐板、平行板測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。同軸圓筒有很寬的間隙，適合填充材料，同時具有更大的表面積，測量稀薄液體時更加靈敏，減少了揮發(fā)。錐板在整個間隙中的剪切速率恒定，測得的結(jié)果是絕對黏度，但是存在溶劑產(chǎn)生揮發(fā)和難清理等弊端。平行板的間隙可變易于設(shè)置間隙，能夠獲得高剪切速率，易于清理，但是存在剪切速率在邊緣最大，在中心點為零，也存在溶劑產(chǎn)生揮發(fā)的現(xiàn)象。錐板和平行板測量系統(tǒng)可以用于測試和記錄，由于硬化、固化等化學條件導(dǎo)致的黏度隨時間和溫度的增加，如果聚合物在測試過程中變?yōu)橛补腆w，能夠?qū)⒐袒木酆衔飿悠啡∠?。同軸圓筒測量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)則不能用于檢測熱固性樹脂的固化[2]。

2 旋轉(zhuǎn)流變儀應(yīng)用

許多聚合物溶液，具有長鏈分子。這些長鏈分子數(shù)以百萬相似的分子內(nèi)部成環(huán)和纏繞。當施加很小的力，分子有充足的時間蠕變和相互超越地流動。在低速形變時，聚合物溶液以黏性流動特性為主，而彈性不明顯；但在快速形變時，分子間沒有時間產(chǎn)生黏性流動，最終分子開始解纏繞及取向，并開始朝著剪切力的方向排列產(chǎn)生不可逆流動。

根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變施加方式的不同，旋轉(zhuǎn)流變儀可以分別進行穩(wěn)態(tài)測試、瞬態(tài)測試和動態(tài)測試。對材料進行旋轉(zhuǎn)測試（測量溫度、剪切的時間黏度掃描）、震蕩測試（溫度、頻率、振幅、時間掃描）和蠕變回復(fù)測試（觸變環(huán)、三段式結(jié)構(gòu)恢復(fù)）。測試流場是兩個錐/平板之間的流動；兩個同軸圓筒環(huán)狀間隙內(nèi)的圓周流動。測試過程是單一變量、單一流場的絕對粘度的測試[3]。

3 流動特性對比

聚氯乙烯糊樹脂加工很多是在常溫下進行的，如刮涂、滴塑、噴涂、浸漬等，物料受剪切過程不受熱，成型過程靠熱的傳遞進行塑化定型，因此研究室溫下糊樹脂的流變可以模擬在后加工過程中物物料粘度隨剪切速率的變化。

3.1 增塑糊攪拌特性

按照PVC：DOP=100：60的比例，經(jīng)過初步混合后，在旋轉(zhuǎn)流變儀上用三層兩葉的槳葉轉(zhuǎn)子，設(shè)定轉(zhuǎn)速800rpm，攪拌1h，并采集物料攪拌過程中粘度曲線，具體如圖1所示。

圖1 1#、2#、3#樣品粘度曲線圖

通過攪拌的時間黏度曲線上分析可知：2#樣種子乳液發(fā)聚氯乙烯樹脂隨著攪拌時間的增加，黏度下降速率較快。1#和3#樣攪拌下降速率較慢，在攪拌的20～30min時，3#樣的黏度出現(xiàn)平穩(wěn)，1#樣的黏度出現(xiàn)較快的下降后趨于平穩(wěn)。

3.2 25℃下增塑糊流動特性

將以上混合后的增塑糊在25℃下用10#轉(zhuǎn)子做同心圓筒流變實驗，設(shè)定剪切速率在0.1～1000s-1，間隙2.113mm，恒溫2min，測定PVC增塑糊變剪切流動曲線，具體如圖2所示。

圖2 1#、2#、3#樣品增塑糊變剪切流動曲線圖

從以上剪切速率黏度曲線上分析可以得出：①3#樣微懸浮法聚氯乙烯樹脂隨著剪切速率的增加，黏度出現(xiàn)先下降，當剪切速率達到10以上時，黏度出現(xiàn)上升趨勢，當剪切速率達到170以上時，黏度出現(xiàn)快速上升的趨勢，當剪切速率達到520以上時，黏度達到最大值14.15Pa.s。隨著剪切速率的增加，黏度又出現(xiàn)了下降趨勢；②1#樣種子微懸浮法樹脂當剪切速率達到50以上時，黏度出現(xiàn)緩慢度上升趨勢，當剪切速率達到580時，黏度達到了最高5.13Pa.s，但與最黏度不差2Pa.s，隨著剪切速率的增加，黏度又出現(xiàn)了少許的下降趨勢；③2#樣種子乳液法樹脂初始粘度較高，隨著剪切速率的增加，粘度快速下降，剪切速率到20時，黏度到最低5Pa.s，隨著剪切速率的增加黏度出現(xiàn)了快速的上升，當剪切速率達到350時黏度達到最大11.15Pa.s，后隨著剪切速率的增加，黏度又出現(xiàn)了下降趨勢。

3.3 平行板變溫震蕩下增塑糊的特性

設(shè)定溫度40℃～140℃，升溫速率5℃/min，震蕩弧度10即1.592Hz，平板間隙1mm，樹脂凝膠不流動后，間隙變小，曲線有所偏離?？赏ㄟ^控制法向力和間隙進行調(diào)節(jié)。測試前需對多余的糊料進行刮邊，以消除其測試影響。

3種樣品在40～80℃溫度之間物料的彈性模量G'和粘性模量G”的變化。G'保持材料的特性，G”作為損耗的熱量。彈性模量（又稱儲能模量）遠大于粘性模量（又稱損耗模量）時，材料主要發(fā)生彈性形變，所以材料呈固態(tài)；粘性模量遠大于彈性模量時，材料主要發(fā)生粘性形變，材料呈液態(tài)，儲能模量和損耗模量相當時，材料為半固態(tài)，凝膠即是一種典型半固態(tài)物質(zhì)。彈性模量與材料的形變有關(guān)，粘性模量與材料的流動有關(guān)。許多高聚物在加工時有粘性和彈性特征，有的在加工時表現(xiàn)為類似粘性的液體，有的在加工時表現(xiàn)為類似彈性的膠體，這是材料在加工過程中彈性模量和粘性模量二者之間的平衡，彈性模量因子貢獻大時表現(xiàn)固態(tài)或半固態(tài)，粘度模量因子貢獻大是表現(xiàn)為粘液態(tài)[4]。

從圖3、4、5分析可知，1#樣品在40℃～75℃彈性模量G'小于粘性模量G”，隨著溫度的繼續(xù)升高，出現(xiàn)彈性模量G'大于粘性模量G”。2#樣品在40℃～55℃彈性模量G'小于粘性模量G”，隨溫度升高，出現(xiàn)彈性模量G'大于粘性模量G”。3#樣品在40℃到80°℃彈性模量彈性G始終大于粘性模量G”。按照理論分類增塑糊屬半固狀，3#樣品在該過程中PVC粒子間貢獻的彈性模量突出，溶膠的粘性模量不及彈性模量，這種現(xiàn)象與PVC顆粒關(guān)系影響較大。

圖4 2#樣品彈性模量G'和粘性模量G”變化曲線圖

圖5 3#樣品彈性模量G'和粘性模量G”變化曲線圖

4 結(jié)論

聚合物流變學是一門復(fù)雜的學科，需要深入研究聚合物加工特性，方可解決后加工出現(xiàn)的應(yīng)用問題。而旋轉(zhuǎn)流變儀用科學的實驗數(shù)據(jù)反饋聚氯乙烯糊樹脂的加工特性，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合PVC糊樹脂后加工特性，能夠合理解釋PVC糊樹脂在后加工過程中出現(xiàn)的差異性原因。