聚苯乙烯及其改性材料流变性能的研究

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图3.2 HIPS5050在200oC,60rpm下的转矩、温度—时间曲线

图3.3 GPPS158K在200℃,60rpm下的转矩、温度—时间曲线

的作用。158K粘度最大，混合时扭矩值最大，所受剪切最强，产生的剪切热使物料熔体温度升高值最多，因而平衡温度值最高，达到210.4℃，而5050因分子量较小，分子链缠结相对较小，由剪切引起的剪切热相对较小，因此平衡温度只有207.1℃。

仔细观察可以发现，在温度-时间曲线的185℃～195℃附近，HIPS1300和GPPS158K都出现了一个比较细微的波动，HIPS1300在188℃,158K在195℃，而5050没有明显的温度曲线波动。此温度值，与聚苯乙烯的粘流

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温度基本吻合。可以推定，由于物料在这个温度大量地由高弹态向粘流态转变，同时吸热，引起物料温度的突然波动。而5050牌号的分子量较低，分子量分布较广，没有集中的熔融吸热，因而没出现明显的温度波动。

3.1.2 不同温度对转矩流变曲线的影响

在转子转速为60rpm时，改变温度为200℃,220℃,240℃分别对各种物料进行实验，发现温度对物料的加料峰值、塑化时间、平衡扭矩等都有不同程度的影响。

图3.4 不同温度对聚苯乙烯转矩流变曲线的影响

以GPPS158K的曲线（见图3.4）为例，随混炼温度的升高，塑化时间减少，平衡扭矩明显降低。以扭矩曲线的加料峰到拐点出现时间作为塑化时间，200 ℃时，塑化时间在110s以上，平衡扭矩为6.3Nm;220℃时，塑化时间在90s左右，平衡扭矩下降为4.8Nm;而当温度升高为240℃后，塑化时间已减少到80s，平衡扭矩只有2.5Nm，这是因为温度升高，加入的物料熔化速度加快使固体粒料的减少，同时已熔化的物料在固体粒子表面形成一层润滑层，故扭矩大为降低。由于加料峰值还受加料速度和压料杆下压速度的影响，随温度的变化不是很明显，但从各种物料在三个温度下的曲线总体来看，加料峰值还是随温度升高而降低。总之，温度升高会使高聚物分子链热运动能增加，加快分子链相对滑移，因而粘度下降明显[11]。

将158K，1300，5050三个牌号物料在三个温度下实验所得的平衡扭矩对温度作图（图3.5），无论GPPS还是HIPS，粘度均随温度升高而降低。

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从图中的曲线可以看出，转矩的下降并不随温度线形下降，随温度的升高，转矩下降幅度逐渐变小。这说明了分子链段的相对运动随温度不是无限增加，而是趋于某个平衡体系。从图中还可看出，在高温下，1300和150K转矩相差幅度较在低温时低，说明HIPS分子链中的橡胶相在高温时的增粘作用较为明显。

图3.5 平衡扭矩-温度关系曲线

从温度-时间曲线上来看，由于设定温度升高，平衡温度值升高，但温度的相对升高值才反映剪切的强度和剪切热的产生。在200℃、220℃、240℃时，最终平衡温度相对于设定温度的升高值分别为10.5℃、7.5℃和4.5℃，这与转矩下降幅度是相对应的，进一步说明了分子链段的相对运动随温度升高趋于某个平衡体系，也导致了由于剪切作用导致的分子链段之间的摩擦升热减少，即剪切热的降低。

3.1.3 不同转速对转矩流变曲线的影响

为了研究同一物料在不同转速下进行混炼的转矩流变曲线，在220℃,改变转速为30rpm,60rpm,90rpm,120rpm和150rpm进行实验。

以HIPS 1300为例。为了更清楚地看到不同转速下的差别，将较低转速（见图3.6）和较高转速（见图3.7）分开对比。与图3.4比较，转速对转

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矩的影响小于温度对转矩的影响，这是由于HIPS分子链中含有苯环，刚性较强，在剪切力作用下，分子链段之间的滑移较为困难的结果，而对温度较为敏感，则是由于HIPS的粘流活化能相对较大的缘故。不过仍然可以发现，随着转速的增加，加料峰的扭矩值，塑化时间和平衡扭矩值等都有所

图例：A-30rpm, B-60rpm, C-90rpm

图3.6 不同转速对聚苯乙烯转矩流变曲线的影响（一）

图例：C-90rpm, D-120rpm, E-150rpm

图3.7 不同转速对聚苯乙烯转矩流变曲线的影响（二）

改变。而转速越高，它的增加对曲线的影响就越小，这尤其体现在平衡扭矩值上(见表3.1)。转速从30rpm增加到120rpm，平衡扭矩值有总体增大的趋势，这是由于转速增加使剪切增强的结果。但在150rpm时，平衡扭矩值却与120rpm时非常接近。除粘度最大的158K外，其它几

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