熔體流動速率的測試方法

1、熔一1熔體流動速率的測試方法一. 基本概念1. 什么是熔體流動速率？圖1是熔體流動速率試驗的結(jié)構(gòu)示意圖。料筒外面包裹的是加熱器，在料筒的底部有一只口 模，口模中心是熔體擠壓流出的毛細管。料筒內(nèi)插入一支活塞桿，在桿的頂部壓著砝碼。試驗時，先將料筒加熱，達到預(yù)期的試驗溫度后，將活塞桿拔出，在料筒中心孔中灌入試樣 （塑料粒子或粉末），用工具壓實后，再將活塞桿放入，待試樣熔融，在活塞桿頂部壓上砝碼， 熔融的試樣料通過口模毛細管被擠出。塑料熔體流動速率（MFR,以前又稱為熔體流動指數(shù)（ MFI）和熔融指數(shù)（Ml ）。T型確碼|-!牘碼圖11. 1定義熔體流動速率是指熱塑性材料在一定的溫度和壓力下，熔體每

2、10min通過標準口模的質(zhì)量,單位為g/10min.1. 2影響試驗結(jié)果的因素a. 負荷：加大負荷將使流動速率增加；b. 溫度：在試樣允許的前提下，升高溫度將使流動速率增加，如果料筒內(nèi)的溫度分布不均勻， 將給流動速率的測試帶來很明顯的不確定因素；c. 關(guān)鍵零件（口模內(nèi)孔、料筒、活塞桿）的機械制造尺寸精度誤差使測試數(shù)據(jù)大大偏離。粗糙 度達不到要求，也將使測試數(shù)據(jù)偏小。2. 意義熔體流動速率表征了熱塑性聚合物的熔體的流動性能，通過對它的測量可以了解聚合物的分 子量及其分布、交聯(lián)程度，以及加工性能等等。二. 熔體流動速率試驗的技術(shù)要求由于溫度、負荷、機械零件的任何一項偏差，都會導(dǎo)致試驗結(jié)果的不正確，

3、因此，為了保證 試驗結(jié)果的正確性，必須對這些參數(shù)很具體地確定下來。1.溫度由于在本試驗中，唯有溫度是動態(tài)參數(shù)，對試驗的結(jié)果影響也很大，因此對溫度的技術(shù)參數(shù) 規(guī)定得很細致。有的廠家生產(chǎn)的各種儀器 （還有如恒溫槽，維卡軟化點，等等）凡有溫度指標的, 均標上“溫控精度”這一項，其實是對用戶提供了一個貌似高精度而實則是沒有實際意義的指標。 1. 1溫度數(shù)顯準確度。準確度，這里指數(shù)顯值與標準溫度計之間的差值。一般來說，只要溫控系統(tǒng)具有長期的穩(wěn)定 性和微小的波動，準確度都是可以通過校正來消除誤差的。通常（按國家標準，下同）要求在0.5 C內(nèi)。1. 2溫度波動溫度波動，指料筒內(nèi)不論加料與否、溫度穩(wěn)定后的溫度

4、波動情況，這表征了設(shè)備的溫度控制 能力。1. 3溫度長時間穩(wěn)定性指料筒內(nèi)不論加料與否，在經(jīng)過一段長時間，如4h后，溫度變化的數(shù)值，它表征了溫度控制系統(tǒng)抗環(huán)境溫度變化、 抗電源電壓變化的能力， 以及自身電子系統(tǒng)的漂移。通常要求不超過1C。1. 4溫度分布特指料筒內(nèi)口模上端起50mm長度范圍內(nèi)的溫度梯度，反映了料筒內(nèi)溫度的均勻性。通常要求在溫度高端不超過土 1.5 C,低端不超過土 1 C。2. 負荷根據(jù)測試標準，要求負荷的誤差在0.5 %以內(nèi)。3. 機械制造精度a. 口模?？谀５拿毠軆?nèi)孔要求相當嚴格，有二種規(guī)格：內(nèi)徑 d1=2.095mm土 0.005mm,粗糙度 0.25 內(nèi)徑 d 2=1.

5、180mm 0.010mm,粗糙度 0.25b. 料筒。料筒內(nèi)孔要求達到d=9.55mm 0.025mm,粗糙度0.25級，維氏硬度 600;c. 活塞桿。測量頭部要求與料筒內(nèi)孔有合適的間隙配合，粗糙度0.25級，維氏硬度500。這里要提及的是，在活塞桿上有多根刻線，在料筒內(nèi)加料后，活塞桿插入料筒，這時刻線都 暴露在上面，料筒內(nèi)近底部的熔體由于存在氣泡等原因是不采用的，要等到活塞桿下移后達到第 一根刻線，才進入有效范圍，至最上面刻線為止，多余部分也屬無效。至于多根刻線，是根據(jù)不 同國家制定的要求而作的標志。三. 試驗參數(shù)的選擇看似繁多的技術(shù)參數(shù)，其實是儀器制造廠家的任務(wù)。供實驗人員在操作時選用

6、的，只有下列 三項：溫度，負荷，口模。在新標準中，1.180mm的口模已不再出現(xiàn)。而即使在以前的老標準中，1.180mm的口模也極少用到。如何選擇試驗參數(shù)，在相關(guān)的國家標準GB3682國際標準ISO1133，美國標準（試驗方法）ASTM D1238都已明確規(guī)定：標準GB3682- 2000中的附錄B:附錄B熱塑性材料的試驗條件表B1列出的是已規(guī)定在有關(guān)標準中的試驗條件，如有必要，對某些特殊材料可以使用未被 列出的其他試驗條件。表B1材 料條件（字母代號）試驗溫度0 ,c標稱負荷（組合）irnom,kgPSH2005.00PED1902.16PEE1900.325PEG19021.60PET19

7、05.00PPM2302.16ABSU22010.00PS-1H2005.00E/VACB1502.16E/VACD1902.16E/VACZ1250.325SANU22010.00ASA ACS AESU22010.00PCW3001.20PMMAN2303.80PBD1902.16PBF19010.00POMD1902.16MABSU22010.00標準GB3862- 2000中的附錄A附錄A（標準的附錄）測定熔體流動速率的試驗條件所有試驗條件應(yīng)由相應(yīng)材料命名或規(guī)格標準規(guī)定，表A1列出了已證明是適用的試驗條件。表A1條件（字母代號）試驗溫度0 ,c標稱負荷（組合）mnom,kgA2502.

8、16B1502.16D1902.16E1900.325F19010.00G19021.6H2005.00M2302.16N2303.80S2802.16T1905.00U22010.00W3001.20Z1250.325注：如果將來需要使用本表中未列出的試驗條件，例如，對新的熱塑性材料，則只可選擇本表 中已使用的負荷和溫度。很明確，我們可以根據(jù)不同的材料，選用不同的試驗條件， 當同一種材料有多種試驗條件時，根據(jù)約定俗成的原則，或雙方商議（供、需雙方等等）來確定。如PE, 般在沒有特別說明的情況下，總是采用2.16kg的負荷、190C的試驗溫度，盡管它有多達四種的試驗條件。要注意的是,標準附表中

9、明確說明了，對沒包括在附錄中的新的熱塑性材料，也“只可選擇本表中已使用的負 荷和溫度”。熔一4四 試驗步驟1確定了試驗條件，就可以具體地進行試驗了。a. 設(shè)置溫度，待穩(wěn)定；b. 需要清潔料筒活塞桿，清潔后，將活塞桿插入，還需等待溫度穩(wěn)定；c. 將活塞桿拔出；d. 加料，壓實（應(yīng)在 1min 內(nèi)完成），重新插入活塞桿；e. 待46分鐘（有規(guī)定的按規(guī)定，一般 4分鐘后，溫度已開始進入穩(wěn)定狀態(tài)）；f. 加砝碼；g. 如料太多，或下移至起始刻度線太慢，可用手加壓或增加砝碼加壓，使快速達到活塞桿上的 測試起始刻線；h. 計時，切樣，可切數(shù)段；i. 稱重；j. 計算，取平均值；k. 用紗布、專用工具（清洗

10、桿）清洗料筒、活塞桿，如料的粘性太重，不易清洗，可在表面涂 一些潤滑物，如石臘等。清洗一定要趁熱進行。料筒、活塞桿在每次試驗后都必須進行清洗。l. 口模清洗，用專用工具（口模清洗桿）將內(nèi)孔中熔融物擠出。在做相同材料的試驗時，口模 不必每次清洗，但在調(diào)換試驗品種、關(guān)閉加熱器前或已經(jīng)多次試驗，則必須清洗。遇有不易清洗 的情況，同樣可涂一些石臘等潤滑物。2計算通過上述操作過程，我們對每一段樣條，取得了二個數(shù)值： 樣條的質(zhì)量 m， g 該樣條流出的時間 t ， s因為我們的定義是：每 10min （即600s）流出口模毛細管的熔體的質(zhì)量，而在上述的流出時 間 t ，不一定是 6 0 0s ，甚至可能差

11、很多，因此，要折合到600s 計算，這樣：MFR= 600.m/t式中，m t的意義同上，MFR即為熔體（質(zhì)量）流動速率，單位為 g/10min。五 自動測試方法綜上所述，在整個試驗過程中，測試人員需要將熔體通過口模內(nèi)孔流下的部分按時間間隔 切割下來，這里附帶有許多人工操作的誤差因素，同時，如果流動速率很大的話，試驗人員根本 來不及切割操作，而如果是很小的速率，流下一段需要花費半小時甚至更長的時間，操作者的勞 動強度是很大的（思想緊張） 。因此，自動的試驗方法很有必要。MFR自動測試有二種方法：一種是：預(yù)先設(shè)定熔體流出的體積，然后對該體積的熔體的流出時間 自動記錄，這是國內(nèi)外通行的做法；另一種

12、是設(shè)定熔體流出的時間。然后檢測該段時間流出的熔 體的體積。總之，流出熔體的體積和流出時間是最終要知道的數(shù)值，而只要知道了熔體的密度， 就可以知道流出的這一段熔體的質(zhì)量。我們回想一下原先的定義，就可計算出熔體流動速率 了：MFR= 600.m/t2將m= n r .L. p代入p * 一熔體的密度，對PE, p PE190C = 0.7636 g/cm 對 PP, p pp23gc = 0.7386 g/cm經(jīng)簡化得：MFR= F/t式中：F 系數(shù)，參見下表* :材料試驗溫度行程長度FPE190 C2.54cm8260.635cm207PP230 C2.54cm7990.635cm200熔體的體

13、積最終是由活塞桿的行程決定的，這樣，只要選定行程（一般在儀器上已設(shè)置若干 規(guī)格），記錄計時數(shù)值，就可很容易得到熔體流動速率，而減少了很多的人為誤差。使用自動測試方法，還可以測試低達零點零幾、高達上千數(shù)值的材料的熔體流動速率，這在 人工測試時簡直是不可能的。六.熔體密度的測定上面在自動測試的方法介紹中，已經(jīng)提到了熔體密度這一概念及其作用，對于PE, PP,不論其熔體流動速率如何，在特定的溫度下，其熔體密度是一個常數(shù)*，對熔體流動速率的測定帶來很多方便，但畢竟有許多材料，沒有正式公布其數(shù)值。但我們也可以通過以下方法來測定（注 意，僅對被測的批次有效）。將儀器設(shè)置在自動測試工作狀態(tài)，選擇行程（25.

14、4/6.35/等等），從計時器自動計時開始，切割一次，至記時結(jié)束為止，再切割一次。將這兩次切割間的樣條稱重。重復(fù)幾次試驗。同樣，現(xiàn)在的已知條件是：該樣條的質(zhì)量（m、該樣條在熔融狀態(tài)下的體積（ V= L. n r2）。于是，可得出下式，以方便地計算該熔體的密度：3p =14m/L g/cm 式中，m 樣條的平均質(zhì)量 gL活塞桿的行程。mm七.熔體體積流動速率（MVR的測定目前，一般而言的熔體流動速率都是指熔體質(zhì)量流動速率MFR而在最近的國家標準中，已根據(jù)國際標準ISO1133 1997，增加了“熔體體積流動速率”的內(nèi)容。1.定義熔體體積流動速率是指熱塑性材料在一定溫度和壓力下，熔體每10min通

15、過規(guī)定的標準口模的體積，用 MVF表，單位： cm /10min.它從體積的角度出發(fā)，來表達熱塑性材料在熔融狀態(tài)下的粘流特性，對調(diào)整生產(chǎn)工藝，提供了科學(xué)的指導(dǎo)參數(shù)。2測定方法及計算按第5章“自動測試方法”，根據(jù)計時的數(shù)值，按下式計算：L與t的意義同上。八試驗中遇到的幾個問題1測試數(shù)據(jù)離散 這里所指的離散，是嚴重的程度，相同材料的試驗值有相差數(shù)倍的，這種情況多發(fā)生在粉料狀態(tài)。這是由于材料的熱降解或交聯(lián)引起的，因此，在必要時，需要加入穩(wěn)定劑（抗氧化劑）來 解決。2 關(guān)于熔體流動速率值偏低的分析2.1 料桿運動的靈活性 料桿在料筒內(nèi)孔中能保持垂直運動，依靠軸線的兩點定位，一是料桿的測量頭部與料筒內(nèi)孔

16、間的0.075mm左右的公差配合，二是料桿中間部位與導(dǎo)向套之間的公差配合，使料桿在料筒內(nèi)既能自由上下運動 , 又不會歪斜 , 保持垂直。而且從理論上講 , 使用的年限越長 , 摩擦系數(shù)越小 , 越靈 活。操作時 ， 導(dǎo)向套良好地固定 ， 能有效的防止料桿彎曲變形，這是用戶常有疏忽的。然而 ， 用戶有時很少注意到料桿的靈活運動。 當使用一段時間后 ， 料桿上很明顯地會薄薄地沉 積一層焦化物 ， 即使用戶在每次都認真地清洗了料桿 ， 這一層沉積物還是慢慢地形成了 （ 更不用說 有些用戶本身的清洗工作就做得很差 ）， 而且，導(dǎo)向套的內(nèi)壁還不會去清洗它 ，這樣，使用一段時間 后， 料桿和導(dǎo)向套之間的配

17、合將不再是這么如意 ， 越來越粘滯 ， 卻始終引不起用戶的注意。 至于導(dǎo)向套未妥善地放置，以致沒有起到導(dǎo)向作用而使活塞桿歪斜，也是常見現(xiàn)象。 這些故障的結(jié)果是測量值明顯偏小 ，而用戶往往怪罪于其它原因。2.2 口模及料筒的情況 按操作要求，料筒在每次試驗時，都要清洗，口模要求最少每天清洗一次及在換料前清洗，但用戶一般對料筒每次都認真清洗，而疏忽了口模，一方面當然還是因為口模難以清洗之故。常 用的口模內(nèi)徑是 2.095 0.005mm, 口模內(nèi)徑直接影響了熔體流經(jīng)的速度，其內(nèi)壁更容易沉積焦化 物，而薄薄地一層，相對于小口徑來說，已占了相當?shù)谋壤?，使熔體流經(jīng)的阻力大大增加，試驗 值明顯減小。對口模

18、內(nèi)徑測試，發(fā)現(xiàn)內(nèi)徑減小了。但我們知道，除了口模受到外力的敲擊，使內(nèi) 孔發(fā)生變形外，在正常使用的情況下口模內(nèi)徑總是變大的。上述二種情況，是該種儀器最常見的故障，它們都使試驗值偏小，甚至有減少一倍以上的。 筆者曾遇到一家頗有聲望的單位，該單位的一臺進口儀器的口模不小心掉了，買了一只國內(nèi)生產(chǎn) 的口模， 剛開始時， 試驗數(shù)據(jù)一切正常， 后來突然發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偏小， 越來越嚴重， 便懷疑口模不好， 要求筆者提供一只。經(jīng)筆者檢查，該機料桿不靈活，口模內(nèi)孔也臟，經(jīng)清洗后，一切恢復(fù)正常。清洗方法很簡單 : 趁熱態(tài)按常規(guī)清洗料桿、料筒及口模后，將料桿和導(dǎo)向套分離，用最細的 金相砂紙，沾油后將料桿表層的沉積物打磨掉，同

19、時，將一小片沾油的砂紙卷起，塞入口模以及 導(dǎo)向套內(nèi)孔，輕輕拉動，當能看到金屬本色后，即可獲得當初靈活自如的運動狀態(tài)，試驗數(shù)據(jù)也 將恢復(fù)正常。2.3 料筒的加熱料筒有一定的長度，因此在料筒外緣套有數(shù)只不銹鋼外殼的加熱圈（有的廠家的產(chǎn)品用電熱絲繞在外緣 ）。由于溫度控制的測量點僅在下段的一個區(qū)間，因此當加熱圈局部損壞時，即使溫 度顯示還是達到原來的數(shù)值， 但料筒內(nèi)的溫度分布已發(fā)生了或高或低的變化 , 使試驗值明顯偏離。這類故障的一般外部反映為 :溫度控制反映遲鈍 ,波動大,恢復(fù)時間明顯延長 （一般為 46分 鐘），甚至無法穩(wěn)定，用交流電流表測儀器電源電流，在加熱狀態(tài)將明顯低于額定電流。此時， 需有

20、專業(yè)儀器維修人員更換內(nèi)部加熱圈。2.4 溫度的準確性國標規(guī)定，溫度穩(wěn)定允差 0.5 C,儀器盡管采用了電腦軟件控溫，消除了許多不穩(wěn)定因素，但隨時間的流逝，傳感器及電子電路總有些許變化使穩(wěn)定顯示值偏差。因此，要經(jīng)常用專用校正 溫度計進行校對。當實際溫度偏低時，熔體流動性變差，試驗值變小，但在正常情況下，如果偏 離值不大（如小于 0.5 C）,對試驗結(jié)果不會有特別明顯的影響。3 腐蝕問題我們注意到，在國家標準和國際標準中，沒有將PVC列入標準的試驗條件，一般來說，PVC是不采用熔體流動速率的試驗而是采用特性粘度的試驗的，但在目前，高分子材料越來越多，五花八門的改性也越來越體現(xiàn)出自身的價值。于是，各種PVC等