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熔融指数与分子量的关系
浏览: 发布日期:2019-07-15

  熔融指数与分子量的关系_能源/化工_工程科技_专业资料。熔融指数与分子量的关系 熔体指数简称 MI,是反映热塑性树脂熔体流动特性及分子量大 小的指标,在一定的温度和负荷下,其熔体在 10min 内通过标准毛 细管的质量值,以 g/10min 表示。 log

  熔融指数与分子量的关系 熔体指数简称 MI,是反映热塑性树脂熔体流动特性及分子量大 小的指标,在一定的温度和负荷下,其熔体在 10min 内通过标准毛 细管的质量值,以 g/10min 表示。 log(MI)=A-BlogM, A 和 B 是比例常数,M 即分子量。工业上常 常利用这一关系来比较两个具有相同(相似)结构的聚合物分子量的 相对大小。 因而熔融指数的大小可以反映聚合物分子量的大小, 所以分子量 对树脂性能的影响在熔融指数的变化上应该都可能有所反映, 而且也 可能反应出一个聚合物的枝化程度等。 熔融指数可以在一定程度上反映分子量,在加工中很常用。因 为加工过程关心的是树脂熔体的流动性,不管分子量、分布以及分子 结构如何,最终都要反映在流动性上,所以熔融指数的意义对于加工 来说很大。熔融指数也就受上述多种因素的影响,反过来也可以在一 定程度上反映上述各参数。 聚合物熔体流动速率及流动活化能的测定 在塑料加工中, 熔体流动速率是用来衡量塑料熔体流动性的一个 重要指标。通过测定塑料的流动速率,可以研究聚合物的结构因素。 此法简单易行, 对材料的选择和成型工艺条件的确定有其重要的实用 价值,工业生产中采用十分广泛。但该方法也有局限性,不同品种的 高聚物之间不能用其熔融指数值比较其测定结果, 不能直接用于实际 加工过程中的高切变速率下的计算,只能作为参考数据。此种仪器测 得的流动性能指标,是在低剪切速率下测得的,不存在广泛的应力应 变速率关系,因而不能用来研究塑料熔体粘度和温度,粘度与剪切速 率的依赖关系, 仅能比较相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数 值。 一、实验目的: 1.了解热塑性塑料在粘流态时粘性流动的规律。 2.熔体速率仪的使用方法。 二、实验原理: 所谓熔体流动速率(MFR)是指热塑性塑料熔体在一定的温、压 力下,在 10 分钟内通过标准毛细管的质量,单位:g/10min。 对于同种高聚物,可用熔体流动速率来比较其分子量的大小, 并可作为生产指标。一般来讲,同一类的高聚物(化学结构相同)若 熔体流动速率变小,则其分子量增大,机械强度较高;但其流动性变 差, 加工性能低; 熔体流动速率变大, 则分子量减小, 强度有所下降, 但流动性变好。 研究流动曲线的特性表明,在很低的剪切速率下,聚合物熔体的 流动行为是服从牛顿定律的,其粘度不依赖于剪切速率,通常把这种 粘度称为最大牛顿粘度或 0 剪切粘度 η0,它是利用 η=f(S)关系, 从很小的剪切应力(S)外推到零求得的。根据布契理论,线形聚合 物的零剪切粘度与大于临界分子量的重均分子量( )的关系式为 ,式 中 K 是依赖于聚合物类型及测定温度的常数。 许多研究表明, 对于分 子量分布较窄或分级的高密度聚乙烯,是遵守 3.4 次方规则的。但在 分子量分布宽时,M 的指数有所增大。如果使指数保持为 3.4,则需 用某种平均分子量( )代替重均分子量,其关系式为: 式中, 。当分子量分布窄时, 接近 ;当分子量分布宽时, 接近 Z 均分于量 。在实际应用中,不是用零剪切粘度评定分子量,PK牛牛官网而是用 低剪切速率的熔体流动速度(习惯上叫熔融指数)评定的。经研究, 熔融指数与重均分子量的关系如下: 但由于熔融指数不只是分子量的函数,也受分子量分布及支链的影 响,所以在使用这一公式时应予注意。 按照 ASTM 规定,聚乙烯的熔融指数是在 190℃,负载 2.16 公 斤下,熔体在 10 分钟内通过标准口型(φ2.095?mm)的重量,单位 为 g/10min。 下面讨论如何用熔融指数测定聚合物熔体的流动活化能。 对高聚物熔体粘度进行的大量研究表明, 温度和熔体零剪切粘度 的关系在低切变速率区可以用安德雷德方程描述。 -式中 η0 为温度 T 下时的零剪切粘度,Eη 为大分子的链段以一个平 衡位置移动到下一个平衡位置必须克服的能垒高度,即流动活化能。 上式在 50℃的温度区间内具有很好的规律, (3) 把 式化为对数形式, 得: 以 lgη0 对 1/T 作图,应得一直线RT 由此很容 易标出 Eη.由于需要在每一温度条件下用改变荷重的方法做一组实 验,通过外推才能求得零剪切粘度。所以费时太多。可以利用熔融指 数仪,测定不同温度,恒定切应力条件下的 MI 值,并由此求出表观 活化能。原理如下: 由泊萧叶方程知道,通过毛细管粘度计的熔体的粘度 ----------------------------------------- (5) 式中: 与 L 分别为毛细管的半径与长度; 为压差; 为体积流速。 R ?P V 则: ---------------------------------------- (6) 在固定毛细管及 ?ρ 的条件下 ------------------------------------------- (7) 由 MI 的定义知道,MI 正比于 V, 所以 -------------------------------------------- (8) 将其代入(3)式,得 ---------------------------------------- (9) 由上式可导出 ------------------------------- (10) 式中 B=lgA-lgK′。以-lgMI 对 1/T 作图,应得一直线,由其斜率可 求得 Eη。还可以利用 MI 的实测值计算样品的 ,A 及不同温度下 η 的值。 三、仪器与试剂: 图 11-4 XRZ-400A 图 11-3 XRZ-400A XRZ-400A 型熔体流动速率仪,该仪器由试料挤出系统和加热控制系 统两部分组成, 其面板及主体结构分别如图 11-1 和 11-2 所示。 天平、 聚乙烯粒料。 四、实验条件: 测定不同结构的塑料的熔体流动速率,所选择的温度、负荷、试 料用量、切割时间等各不相同,其规定标准见表 11-1、11-2。 表 11-2 有关塑料试验条件按表 11-1 序号选用。 PE 1,2,3,4,6 POM 3 PS 5,7,11,13 ABS 7,9 PP 12,14 PC 16 PA 10,15 丙烯酸酯 8,11,13 纤维素酯 2,3 共聚、共混和改性等类型的塑料可参照上述分类试验条件选用。 表 11-2 试样加入时用活塞压紧,并在 1min 内加完,根据选用的试验条件加 负荷。 注:如果 MFR>10 时,这种情况下预热期间可不加负荷或加较小负 荷。 2.温度波动应保证在?.5℃以内(炉温须在距标准口模上端 10.0mm 处测量) 3.天平感量为 0.001g。 4.秒表精确至 0.1s。 五、实验步骤 (一)熔体流动速率的测定: 1.将仪器调至水平。 2.仪器需清洁,在装好标准口模并插入活塞后,开始升温,当温度 升到规定温度时,恒温 15min。 3.根据试样预计的熔体流动速率值,按表 11-2 称取试样并加入料筒 中。 4.试样经 4min 预热,炉温度恢复到规定温度。可用手压使活塞降 到下环形标记, 距料筒口 5mm~10mm 为止,这个操作时间不超过 l min。待活塞下 降至下环形标记和料筒口相平时切除己流出的样条,并按表 11-2 规 定的切样时间间隔开始正式切取。保留连续切取的无气泡样条 5 个。 当活塞下降到上环形标记和料筒口相平时,停止切取。 注: ①MFR>25 时,可选用 ф=1.180mm 的标准口模。 ②试样条长度最好选在 10mm~20mm 之间,但以切样间隔为准。 ③样条冷却后,置于天平上称重。 ④若每组所切样中重量的最大值和最小值之差超过其平均值的 10%,实验应重做。 ⑤每次试验后,必须用纱布擦净标准口模表面、活塞和料筒,模孔用 直径合适的黄 铜丝或木钉趁热将余料顶出后用纱布擦净。 (二)LDPE 流动活化能的测定 在 130℃-230℃区间选 5-6 个温度点, (一) 按 的步骤分别测定 LDPE 的流动速率。 六、结果计算: 1. 熔体流动速率按下式计算: MFR=600w/t 式中: MFR 为熔体流动速度(g/10min); W 为切取样条重量的算术平均值(g) t 为切样时间间隔(s); 计算结果取二位有效数字。 2.以-lgMI~1/T?03 作图,由直线斜率求得求出流动活化能 Eη。 3.利用(2)式计算 LDPE 试料的分子量。

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