實(shí)驗(yàn)一 熱塑性塑料熔體流動(dòng)速率的測(cè)定

一、目的要求

1．了解熱塑性聚合物熔體流動(dòng)速率的實(shí)質(zhì)和測(cè)定意義．

2．學(xué)習(xí)掌握XRZ-400型融體流動(dòng)速率測(cè)定儀的使用方法。

3．測(cè)定聚丙烯樹(shù)脂的熔體流動(dòng)速率。

二、原理

聚合物流動(dòng)性即可塑性是一個(gè)重要的加工性能指標(biāo)，他對(duì)聚合物材料的成型和加工有重要意義，而且又是高分子材料的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的重要依據(jù)。

大多數(shù)熱塑性樹(shù)脂材料都可以用他的熔體流動(dòng)速率來(lái)表示其粘流態(tài)時(shí)的流動(dòng)性能，熔休流動(dòng)速率是指在一定溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體10min通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量。通常用英文縮寫(xiě)MFR(Melt Flow Rate)表示。在相同的條件下，單位時(shí)間內(nèi)流出量越大，熔體流動(dòng)速率就越大，這對(duì)材料的選用和成型工藝的確定有重要實(shí)用價(jià)值。但是有一些熱塑性塑料是不能用熔體流動(dòng)速率來(lái)表示的。例如聚四氟乙烯和聚氯乙烯，前者在熔融態(tài)沒(méi)有宏觀流動(dòng)，后者則是熱敏性塑料，其分解溫度低于流動(dòng)溫度，不能在熔態(tài)測(cè)定其流動(dòng)性能。聚氯乙烯通常用其1％的二氯乙烷溶液的絕對(duì)粘度來(lái)表征其流動(dòng)性能，作為加工條件及應(yīng)用的選擇依據(jù)。

熱固性樹(shù)脂通常是含有反應(yīng)基團(tuán)的低聚物，合成樹(shù)脂廠(chǎng)通常用粘度或滴落溫度來(lái)衡量其流動(dòng)性和分子量的大小，粘度越低流動(dòng)性就越好，并由此作為加工成型與應(yīng)用的依據(jù)。熱固性樹(shù)脂受熱時(shí)有一個(gè)流動(dòng)溫度區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，溫度越高粘度越低，但是樹(shù)脂的交聯(lián)固化就會(huì)越塊因而對(duì)加工不利。而流動(dòng)性太好也會(huì)導(dǎo)致溢料或者填料與樹(shù)脂接頭處缺陷，影響成型過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。

熱固性塑料的流動(dòng)性通常用拉西格流程法測(cè)定的。其原理是在一點(diǎn)溫度、壓力和壓制時(shí)間內(nèi)，一定量熱固性塑料經(jīng)拉西格流動(dòng)模型壓制成型時(shí)，測(cè)量物料在模型內(nèi)棱柱體流槽中所得的桿狀試樣長(zhǎng)度（mm），桿狀試樣越長(zhǎng)流動(dòng)性越好，反之越差。

橡膠膠料的流動(dòng)性有多種測(cè)定方法，通常有威廉可塑度和門(mén)尼粘度法等。

本實(shí)驗(yàn)要求測(cè)定聚丙烯樹(shù)脂的熔體流動(dòng)速率。

聚丙烯是常用的熱塑性樹(shù)脂。在熱塑性塑料成型和合成纖維紡絲的加工過(guò)程中，MFR是一個(gè)衡量流動(dòng)性能的重要指標(biāo)。對(duì)于一定結(jié)構(gòu)的同種樹(shù)脂熔體，MFR越大，熔體流動(dòng)速率就越大，說(shuō)明其平均分子量就越低，反之分子量就越大,對(duì)于分子量相同的樹(shù)脂，MFR則是一個(gè)比較分子量分布的手段。

高聚物流動(dòng)性的好壞是高分子材料加工時(shí)必須考慮的，不同的用途和不同的加工方法，對(duì)聚合物的熔體流動(dòng)速率有不同的要求，比如注射成型所選用的聚合物熔體流動(dòng)速率較高，擠出成型用的聚合物熔體流動(dòng)速率較低，吹塑成型的介于兩者之間。

測(cè)定不同結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂熔體的MFR，所選擇的溫度、負(fù)荷符合壓強(qiáng)、試樣用量和取樣時(shí)間各不相同。我國(guó)目前常采用的標(biāo)準(zhǔn)如下表所示（其中共混，共聚等改性的樹(shù)脂試樣可參照同類(lèi)近似條件選用）：

熔體流動(dòng)速率的測(cè)量是在熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀上進(jìn)行的，其原理是一個(gè)毛細(xì)管塑式擠出器。熔體流動(dòng)速率是在給定的剪切應(yīng)力下測(cè)得的，不存在廣泛的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，不能用來(lái)研究粘度與溫度、剪切速率的依賴(lài)關(guān)系，只能用來(lái)比較同類(lèi)結(jié)構(gòu)的高聚物的分子量和熔體粘度的相對(duì)值。

三、儀器設(shè)備和原料

1.         XRZ-400熔體流動(dòng)速率儀

技術(shù)參數(shù)：

砝碼   325g、2160g、5000g

料筒   φ9.55±0.02×160mm

活塞桿重量 160±0.2g

溫度波動(dòng)≤0.2℃，溫差≤1℃。

XRZ-400熔體流動(dòng)速率儀由擠出系統(tǒng)和加熱溫控系統(tǒng)組成。擠出系統(tǒng)包括料筒、壓料桿、出料口和砝碼等部件。溫度控制系統(tǒng)由加熱爐體、控制電路和溫度顯示部分組成。

2.         天平、秒表等工具。

3.         聚丙烯粒料或粉料。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1. 儀器安放平穩(wěn)，調(diào)節(jié)水平，以活塞桿可在料筒內(nèi)自然落下為準(zhǔn)。

2. 開(kāi)啟電源，將調(diào)溫旋鈕設(shè)定至230℃，并開(kāi)始升溫，

3. 當(dāng)實(shí)際溫度達(dá)到設(shè)定值后，恒溫5min后，按照被測(cè)PP物料的牌號(hào)確定稱(chēng)取物料的質(zhì)量。

4.         將壓料桿取出，將物料加入料筒并壓實(shí)，最后固定好套件，開(kāi)始計(jì)時(shí)。

5.         等加入時(shí)間到6-8min后，在在壓料桿頂部加上選定的砝碼（本實(shí)驗(yàn)PP為2160g），熔融的試樣即從出料口擠出，將開(kāi)始擠出的15cm長(zhǎng)度可能含有氣泡的部分切除后開(kāi)始計(jì)時(shí)。

6.         按照選定取樣時(shí)間（PP應(yīng)為1min）取樣，樣品數(shù)量不少于5個(gè)，含有氣泡的料斷應(yīng)棄去。

7.         每種樹(shù)脂試樣都應(yīng)平行測(cè)定兩次，從取樣數(shù)據(jù)中分別求出其MFR值，以算術(shù)平均值作為該試樣的MFR值。 若兩次測(cè)定差距較大或同一次各段重量差距明顯應(yīng)找出原因。  

8.         實(shí)驗(yàn)完畢后，將剩余物料擠出，將料筒和壓料桿趁熱用軟布清理干凈，保證各部分無(wú)樹(shù)脂融體粘附。

9.          

表1. 常用的樹(shù)脂測(cè)量MFR的標(biāo)準(zhǔn)條件

表2.試樣用量與取樣時(shí)間

注意事項(xiàng)

1.         料筒壓料桿和出料口等部位尺寸精密，光潔度高，故實(shí)驗(yàn)要謹(jǐn)慎，防止碰撞變形和清洗是材料過(guò)硬損傷。

2.         實(shí)驗(yàn)和清洗是要帶雙層手套，防止?fàn)C傷。

3.         實(shí)驗(yàn)結(jié)束擠出余料時(shí)，要輕緩用力，切忌以強(qiáng)力施加，以免儀器損傷。

五、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

1.         計(jì)算。將每次測(cè)試所取各段物料，選5個(gè)無(wú)氣泡料段分別用分析天平稱(chēng)量，然后按照下式計(jì)算熔體流動(dòng)速率：

式中  W為5個(gè)切割段的平均重量（g）；

      t為取樣時(shí)間間隔（s）

2.          分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程切割段的顏色，有無(wú)氣泡等現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)方法的關(guān)系。

思考題

1.         測(cè)定MFR的實(shí)際意義有哪些？

2.         可否直接擠出10min的熔體的重量作為MFR值？為什么？