熔體流動速率的測試方法

1、熔體流動速率的測試方法一i.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，在桿的頂部壓著祛碼。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，在活塞桿頂部壓上祛碼，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)（MI）。T理法碼|一碼增塞料_B_.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10min

2、通過標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量,單位為g/10min.2. 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。3. 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，因此，為了保證試驗結(jié)果的

3、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(biāo)的,均標(biāo)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(biāo)。1. 1溫度數(shù)顯準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度，這里指數(shù)顯值與標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確度都是可以通過校正來消除誤差的。通常（按國家標(biāo)準(zhǔn)，下同）要求在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)定后的溫度波動情況，這表征了設(shè)備的溫度控制能力。2

4、.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±C,低端不超過土1C。3 .負荷根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)，要求負荷的誤差在以內(nèi)。4 .機械制造精度a.口模?？谀５拿毠軆?nèi)孔要求相當(dāng)嚴格，有二種規(guī)格：內(nèi)徑d1=±,粗糙度內(nèi)徑d2=±,粗糙度b.料筒。料筒內(nèi)孔要求達到d=9.55mm±0.025mm,粗糙度級，維氏硬度

5、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(biāo)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的，只有下列三項：溫度，負荷，口模。在新標(biāo)準(zhǔn)中，的口模已不再出現(xiàn)。而即使在以前的老標(biāo)準(zhǔn)中，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(biāo)準(zhǔn)GB368

6、2國際標(biāo)準(zhǔn)ISO1133,美國標(biāo)準(zhǔn)（試驗方法）ASTMD1238fB已明確規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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。，c標(biāo)稱負荷（組合）irnom,kgPSH200PED190PEE190PEG190PET190PPM230ABSU220PS-1H200E/VACB150E/VACD190E/VACZ125SANU220ASAACSAESU220PCW300PMMAN230PBD190PBF190POMD190MABSU220標(biāo)準(zhǔn)G

7、B3862-2000中的附錄A附錄A（標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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。，c標(biāo)稱負荷（組合）mnom,kgA250B150D190E190F190G190H200M230N230S280T190U220W300Z125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(dāng)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,一般在沒有特別說

8、明的情況下，總是采用的負荷、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(biāo)準(zhǔn)附表中明確說明了，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”。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.加祛碼；g.如料太多，或下移至起始刻度線太慢，可用手加壓或增加祛碼加壓，使快速達到活塞桿上的測試起始刻線；h.計時，切樣，可切

9、數(shù)段；i.稱重；j.計算，取平均值；k.用紗布、專用工具（清洗桿）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。1 .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)量一mg該樣條流出的時間一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,

10、不一定是600s,甚至可能差很多，因此，要折合到600s計算，這樣：MFFR=t式中，mt的意義同上，MFRW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

11、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=t將m=兀.p代入MFR=600.兀.p/t式中：兀r2活塞和料筒的平均截面積cm2,r為料筒內(nèi)孔平均半徑；L一預(yù)先設(shè)定的活塞桿下移距離（一般為1"、1/4”,即25.4mm6.35mni）;P*熔體的密度，對PE,ppe190c=g/cm3,對PP,pPP23=g/cm3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FPE190c2.54cm

12、8260.635cm207PP230c2.54cm7990.635cm200熔體的體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

13、（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（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.Ttr2）。于是，可得出下式，以方便地計算該熔體的密度：p=14m/Lg/cm3式中，m樣條的平均質(zhì)量gL一活塞桿的行程。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(biāo)準(zhǔn)中，已根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)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

14、性材料在一定溫度和壓力下，熔體每10min通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)口模的體積，用MVF,單位：cm3/10min.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：*：ASTMD123801BAutomaticallyTimedFlowRateMeasurementMFR=600兀r2.L/t=427L/tL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

15、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(dāng)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（

16、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(dāng)然還是因為口模難以清洗之故。常用的口模內(nèi)徑是土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，

17、相對于小口徑來說，已占了相當(dāng)?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

18、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(dāng)能看到金屬本色后，即可獲得當(dāng)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(dāng)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4-6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，需有專業(yè)儀器維修人員更換內(nèi)部加熱圈。2.4 溫度的準(zhǔn)確性國標(biāo)規(guī)定，溫度穩(wěn)定允差0.5C,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(dāng)實