基于毛细管挤出的PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物不稳定流动行为分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.003

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (11): 13-19.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.003

基于毛细管挤出的PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物不稳定流动行为分析

徐成龙(), 王玉, 李果(), 谢林生, 马玉录

华东理工大学机械与动力工程学院，上海 200237

收稿日期:2024-11-27 出版日期:2025-11-26 发布日期:2025-11-21
通讯作者: 李果（1987-），男，助理研究员，博士，主要研究方向为高分子材料成型装备与工艺，gl_119@ecust.edu.cn
E-mail:xcl1526259715@163.com;gl_119@ecust.edu.cn
作者简介:徐成龙（2000-），男，硕士，主要研究方向为高分子材料成型装备与工艺，xcl1526259715@163.com

Analysis of unstable flow behavior in PE⁃UHMW/PE⁃HD blends during capillary extrusion

XU Chenglong(), WANG Yu, LI Guo(), XIE Linsheng, MA Yulu

School of Mechanical and Power Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China

Received:2024-11-27 Online:2025-11-26 Published:2025-11-21
Contact: LI Guo E-mail:xcl1526259715@163.com;gl_119@ecust.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

针对超高分子量聚乙烯在熔融挤出过程中容易产生挤出缺陷的问题，借助毛细管流变仪挤出超高分子量聚乙烯（PE⁃UHMW）/高密度聚乙烯（PE⁃HD）共混物，通过观察纯PE⁃UHMW、纯PE⁃HD及共混挤出物的表面形貌，分析了不同挤出温度下共混物的不稳定流动行为，包括挤出过程中发生振荡畸变和熔体破裂现象的临界剪切速率，以及超过临界剪切速率后挤出物的压力振荡行为和壁面滑移现象。结果表明，共混物的挤出形貌经过了鲨鱼皮⁃振荡畸变⁃整体熔体破裂的演变过程。毛细管挤出温度为260 ℃时，当剪切速率达到116 s^-1后，挤出压力产生剧烈振荡，熔体与管壁界面存在动态黏⁃滑转变特征，引起挤出物的振荡畸变和壁面滑移现象。同时，挤出温度的升高可以延缓挤出物不稳定流动的发生，引发振荡畸变形貌发生的剪切速率区间从116~522 s^-1增加至152~686 s^-1。

关键词: 超高分子量聚乙烯, 毛细管挤出, 流变特性, 不稳定流动, 熔体破裂

Abstract:

This study investigated the unstable flow behavior of ultra⁃high molecular weight polyethylene （PE⁃UHMW）/high⁃density polyethylene （PE⁃HD） blends during capillary extrusion. The surface morphology of extrudates， including pure PE⁃UHMW， pure PE⁃HD， and their blends， was analyzed to characterize flow instabilities at various extrusion temperatures. Key phenomena examined include the critical shear rate for the onset of oscillatory distortion and melt fracture， as well as pressure oscillations and wall slip beyond this critical rate. The results indicated that the extrusion morphology evolved through a sequence of shark skin， oscillatory distortion， and global melt fracture. At an extrusion temperature of 260 ℃， severe pressure oscillations occurred at a shear rate of 116 s⁻¹， accompanied by a dynamic stick–slip transition at the melt–wall interface that induces oscillatory distortion and wall slip. Furthermore， increasing the extrusion temperature delayed the onset of unstable flow， expanding the shear rate range for oscillatory distortion from 116~522 s⁻¹ to 152~686 s⁻¹.

Key words: ultra?high molecular weight polyethylene, capillary extrusion, rheological property, unstable flow

中图分类号:

TQ325.1⁺2

徐成龙, 王玉, 李果, 谢林生, 马玉录. 基于毛细管挤出的PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物不稳定流动行为分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(11): 13-19.

XU Chenglong, WANG Yu, LI Guo, XIE Linsheng, MA Yulu. Analysis of unstable flow behavior in PE⁃UHMW/PE⁃HD blends during capillary extrusion[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 13-19.

图/表 8

图1 PE⁃HD、PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物和PE⁃UHMW的黏度随剪切速率的变化曲线

Fig.1 Viscosity vs shear rate curves for PE⁃HD， PE⁃UHMW/PE⁃HD blends， and PE⁃UHMW

试样

零剪切黏度η₀/

Pa·s

松弛时间

λ/s

非牛顿指数

表1 PE⁃HD、PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物和PE⁃UHMW的流变特征参数

Tab.1 Rheological characteristic parameters of PE⁃HD， PE⁃UHMW/PE⁃HD blends and PE⁃UHMW

图2 物料流动曲线及挤出形貌演变显微照片

Fig.2 Material flow curves and evolution micrographs of extrusion morphology

试样	振荡畸变		螺旋熔体破裂	总熔体破裂
试样	临界剪切速率/s^-1	临界剪切应力/kPa	临界剪切速率/s^-1	临界剪切速率/s^-1
PE⁃HD	428	272	774	⁃
PE⁃UHMW/PE⁃HD	116	342	⁃	522
PE⁃UHMW	27	395	⁃	450

表2 不稳定流动的临界剪切速率和临界剪切应力分布

Tab.2 Distribution of critical shear rate and critical shear stress for unstable flow

图3 不同温度下不稳定流动的临界剪切速率分布

Fig.3 Distribution of critical shear rate for unstable flow at different temperatures

图4 PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物的流动曲线：

Fig.4 Flow curves of PE⁃UHMW/PE⁃HD blends

图5 毛细管挤出时的压力随时间变化曲线及熔体在管壁发生黏⁃滑转变的速率分布

Fig.5 Pressure vs time curves during capillary extrusion and rate distribution of viscoelastic⁃to⁃slip transition of melt at pipe wal

图6 壁面滑移特征参数临界壁面滑移速度vsc和临界滑移外推长度bc随挤出温度的变化曲线

Fig.6 Wall slip characteristics parameters critical wall slip velocityvscand critical slip extrapolation length bc vs extrusion temperature curve

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基于毛细管挤出的PE⁃UHMW/PE⁃HD共混物不稳定流动行为分析

Analysis of unstable flow behavior in PE⁃UHMW/PE⁃HD blends during capillary extrusion

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