熔體破裂（melt 斷裂）是指聚合物熔體在導管中流動時，如速度梯度大于某一極限值，產生了不穩定流動，擠出物表面出現凹凸不平或外形發生竹節狀、螺旋狀等畸變，以至支離、斷裂的現象。熔體破裂發生的原因是材料流入模口時速度過大，不能形成平行線流，或者熔體粘度過高，內應力松弛時間要求過長，使熔體各點所表現的彈性應變不一樣。
名詞簡介
熔體破裂（melt fracture）在擠出成型時擠出速度太大或材料溫度過低，擠出物表面形成不規則凹凸不平，呈竹節枝狀，失去光澤的現象。
在均聚物加工時，熔體速度梯度較低時擠出物具有光滑表面和均勻形狀。當剪切速率達到某值時，擠出物表面失去光澤且表面粗糙，類似于橘皮紋。當擠壓速率再升高時，擠出物表面出現眾多的不規則的結節、扭曲或竹節紋，甚至支離和斷裂成碎片或柱段。這種現象稱為熔體破裂。
這些現象說明，在低的剪力應力或速率下，各種因素引起的擾動被熔體黏性所抑制。而在高的剪切應力或速率下，流體的彈性恢復的擾動難以抑制，且發展成不穩定流動，引起流體的破裂。
原因
發生的原因是材料流入模口時速度過大，不能形成平行線流，或者熔體黏度過高，內應力松弛時間要求過長，這些使熔體各點所表現的彈性應變不一樣，從而使擠出物在彈性恢復過程中出現畸變或斷裂現象。此外．在流入口模的角度不適當或口模流路有死角也可發生該現象。
熔體破裂的分類
熔體破裂根據擠出物的形態可以被分為鯊魚皮、粘滑破裂和整體（波狀）破裂三種類型。鯊魚皮是一種表面粗糙現象，具有自相似性和準周期性，其平均波長與肋狀物的平均深度呈線性關系，周期與分子鏈的松弛時間有關。整體破裂的肋狀物尺寸可達到直徑的10%，且通常雜亂無章。鯊魚皮與整體破裂的區別不僅能通過外觀直接觀察到，還可以通過流變學臨界條件和口模內的流動特征來區分。
機理
壁滑及分子不穩定解釋
壁滑的觀點常被用來解釋擠出物畸變和熔體流動不穩定。壁滑是一種界面現象，是由有機高分子化合物與口模壁材料之間的界面條件決定的。Pearson、Renardy、Hill等通過修改經典流體力學非滑動邊界條件，建立了各自的流體動力學模型，認為壁滑速度取決于剪力應力或形變歷史。Hatzikiriatos 和Dealy使用冪律本構方程建立流動模型，模擬出的粘滑區域的壓力振蕩與實驗結果基本吻合。
本構方程不穩定解釋
本構不穩定引起的熔體破裂是另一個主要觀點。某些纏結的聚合物在恒速毛細管擠出時，超出一定臨界活塞速率后，毛細管口模進口處所測壓力將周期性波動，擠出物表面呈現竹節狀或光滑與粗糙交替出現。這種振蕩流動及流動不連續性起源于內在本構的不穩定性。
改善方法
熔體破裂的改善方法包括：
- 將口模入口角變成圓角，減小應力集中現象。
- 根據聚合物本身性質，調整口模定型長度，比如對于LDPE就要減小口模定型長，聚乙烯則要增加。
- 改善口型區的表面光滑度。
- 適度提高加工溫度。
- 加入加工助劑。
此外，還有以下幾種常用方法：
- 在模具設計時注意利用口模的直徑、長徑比等對鯊魚皮形成的影響。
- 選擇特殊的口模材料，如合金鋼或其它材料，對口模材料進行特殊處理。
- 根據聚合物選擇加工助劑（外潤滑劑、吸附劑、填料），改變流動邊界條件，可以減緩或消除熔體破裂。
- 根據熔體破裂的溫度效應，提高或降低溫度，具體情況要結合聚合物的種類等來確定。
參考資料 >