聚合物表征 聚合物流變性能研究

1、2022-5-81聚合物流變性能的研究 2022-5-82研究聚合物流變行為的目的研究聚合物流變行為的目的 w 絕大多數(shù)聚合物成型加工都是對(duì)聚合物流體的絕大多數(shù)聚合物成型加工都是對(duì)聚合物流體的加工加工w 聚合物流體可能是：聚合物流體可能是： 聚合物熔體聚合物熔體預(yù)聚體預(yù)聚體 聚合物濃溶液聚合物濃溶液2022-5-83研究聚合物流變行為的目的w 高聚物熔體在流動(dòng)中都伴隨中形變，所以聚合物材料熔融態(tài)時(shí)的流變性能直接影響其加工性能，從而最終影響著產(chǎn)品的外觀及使用性能 。w 流變性能是制定工藝條件的核心問(wèn)題。w 流變性能也是設(shè)計(jì)配方時(shí)必須考慮的問(wèn)題。2022-5-841、測(cè)定聚合物流動(dòng)性的儀器、測(cè)定聚

2、合物流動(dòng)性的儀器w 落球粘度計(jì)落球粘度計(jì) w 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 2022-5-851.1 落球粘度計(jì)落球粘度計(jì) tklss)(9)(23grlss2022-5-861.2 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)2022-5-87（1 1）同軸圓筒式）同軸圓筒式 220220iiRRRRMRRlRRii22022042022-5-88（2）平行平板粘度計(jì)）平行平板粘度計(jì) DR32RM2022-5-89（3）錐板流變儀）錐板流變儀 323RM2022-5-8101.3 毛細(xì)管流變儀毛細(xì)管流變儀2022-5-8111.3.1儀器結(jié)構(gòu)圖儀器結(jié)構(gòu)圖2022-5-8121.3.2 1.3.2 毛細(xì)管流變儀的應(yīng)用毛細(xì)管流

3、變儀的應(yīng)用2022-5-813（1 1）流變性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系流變性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系指導(dǎo)合成指導(dǎo)合成 w 分子質(zhì)量分布：ABd2d1a/Pa.s/S-12022-5-816炭黑粒徑對(duì)物料粘度的影響曲線規(guī)律：同種炭黑，用量相同時(shí)，粒徑越小， 粘度越大。原因：炭黑粒子表面能吸附分子鏈形成纏結(jié)點(diǎn)，炭黑與膠料形成包容膠和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使流動(dòng)困難，粘度增加，從而使流動(dòng)阻力變大。2022-5-817炭黑含量對(duì)物料粘度的影響0123456780123456740%30%20%10%0/S-1a/Pa.s2022-5-818炭黑含量對(duì)物料粘度的影響w 現(xiàn)象：炭黑分?jǐn)?shù)增加，體系粘度隨之上升w 原因：也是由于炭黑

4、粒子吸附的分子鏈數(shù)增多而使體系的流動(dòng)阻力升高。 2022-5-819（3）聚合物粘彈性的研究）聚合物粘彈性的研究 w 擠出脹大效應(yīng)（Barus效應(yīng)） w 熔體破裂效應(yīng)（不穩(wěn)定流動(dòng)） 2022-5-820擠出脹大效應(yīng)（Barus效應(yīng)）0DDB 擠出脹大比：2022-5-821擠出脹大比的測(cè)定wB值可以通過(guò)照相法、激光掃描法測(cè)定。2022-5-822擠出脹大現(xiàn)象產(chǎn)生的原因w高分子熔體最突出的特征是分子鏈在分子水平上的纏結(jié)，所以分子鏈越長(zhǎng)，彈性越好，擠出脹大效應(yīng)就越明顯。2022-5-823擠出脹大現(xiàn)象帶來(lái)的問(wèn)題w擠出脹大效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致制品變形或者扭曲，影響產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性及表面光滑狀況，還可能在制品內(nèi)

5、引起內(nèi)應(yīng)力，降低產(chǎn)品的機(jī)械性能。2022-5-824避免擠出脹大現(xiàn)象的方法w 為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)該盡量減少擠出脹大現(xiàn)象。研究B值可以指導(dǎo)擠出機(jī)口型設(shè)計(jì)及流道設(shè)計(jì)。如擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)成喇叭口型等，就是為了減少出口壓力。 2022-5-825熔體破裂現(xiàn)象不穩(wěn)定流動(dòng)熔體破裂現(xiàn)象不穩(wěn)定流動(dòng) w 波浪形 w 鯊魚(yú)皮狀w 竹節(jié)狀 w 不規(guī)則破碎 2022-5-826熔體破裂的影響w 物料的不穩(wěn)定流動(dòng)會(huì)影響加工性能，導(dǎo)致產(chǎn)品外觀缺陷及使用性能下降。2022-5-8271.4 轉(zhuǎn)矩流變儀轉(zhuǎn)矩流變儀w 可以模擬密煉、擠出等工藝過(guò)程2022-5-828儀器結(jié)構(gòu)示意圖儀器結(jié)構(gòu)示意圖 2022-5-829工作原理工作

6、原理 w 物料被加到混煉室中，受到轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)速相反二個(gè)轉(zhuǎn)子所施加的作用力，使物料在轉(zhuǎn)子與室壁間進(jìn)行混煉剪切，物料對(duì)轉(zhuǎn)子凸棱施加反作用力，這個(gè)力由測(cè)力傳感器測(cè)量，再經(jīng)過(guò)機(jī)械分級(jí)的杠桿力臂轉(zhuǎn)換成克米(gm)讀數(shù)。其轉(zhuǎn)矩大小反應(yīng)了物料粘度的大小。 2022-5-830轉(zhuǎn)矩流變曲線轉(zhuǎn)矩流變曲線 t1:物料受熱壓實(shí)時(shí)間 t2:塑化時(shí)間（熔融軟化） t3:達(dá)到平衡轉(zhuǎn)矩時(shí)間（物料動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定）t4:物料分解時(shí)間M1:最小轉(zhuǎn)矩 M2:最大轉(zhuǎn)矩 M3:平衡轉(zhuǎn)矩2022-5-831轉(zhuǎn)矩流變曲線各段意義（轉(zhuǎn)矩流變曲線各段意義（1）w OA：在給定溫度和轉(zhuǎn)速下，物料開(kāi)始粘連，轉(zhuǎn)矩上升到A點(diǎn)。w AB：受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作用，

7、物料很快被壓實(shí)（趕氣），轉(zhuǎn)矩下降到B點(diǎn)。（有的樣品沒(méi)有AB段）2022-5-832轉(zhuǎn)矩流變曲線各段意義（轉(zhuǎn)矩流變曲線各段意義（2）w BC：物料在熱和剪切力的作用下，開(kāi)始塑化（軟化或熔融），物料即由粘連轉(zhuǎn)向塑化，轉(zhuǎn)矩上升至C點(diǎn)。w CD：物料在混合器中塑化，逐漸均勻。達(dá)到平衡，轉(zhuǎn)矩下降到D。2022-5-833轉(zhuǎn)矩流變曲線各段意義（轉(zhuǎn)矩流變曲線各段意義（3）w DE：維持恒定轉(zhuǎn)矩，物料平衡階段。（90秒以上）w E：繼續(xù)延長(zhǎng)塑化時(shí)間，導(dǎo)致物料發(fā)生分解，交聯(lián)，固化，使轉(zhuǎn)矩上升或下降。2022-5-834由轉(zhuǎn)矩流變曲線獲得的信息w 判斷可加工性w 確定加工時(shí)間（物料在成型之前的時(shí)間）w 確定加工溫

8、度w 評(píng)價(jià)材料的熱穩(wěn)定性2022-5-835（1）判斷可加工性w 由于M的大小直接反映了物料的粘度和消耗的功率。可以看出此配方是否具有加工的可能性。w 若M太大，則在加工中需要消耗許多電力，或在更高的溫度下，才能降低M ，成本提高，這時(shí)應(yīng)考慮改變配比，下調(diào)M。 2022-5-836（2）加工時(shí)間（物料在成型之前的時(shí)間）w 熱塑性材料：要求t4不能太短，否則還未成型就已分解、交聯(lián)。w 熱固性材料：若t4太長(zhǎng)，效率低，需等很長(zhǎng)時(shí)間才能固化、脫模，周期長(zhǎng)；若t4太短，來(lái)不及出料已固化在螺桿或模具中。2022-5-837（3）加工溫度w 可以測(cè)定不同溫度下（T）的轉(zhuǎn)矩流變曲線，得到MT關(guān)系。 2022

9、-5-838（4）材料的熱穩(wěn)定性w 以分解時(shí)間（t4）的長(zhǎng)短來(lái)表征。 2022-5-8391、研究原材料的可加工性、研究原材料的可加工性2022-5-840三種PVC原料的轉(zhuǎn)矩流變曲線 2022-5-8411：t3最長(zhǎng)，M3最高，最不宜加工3：t3最短，M3最低，最宜加工 2022-5-8422、測(cè)試聚合物熱穩(wěn)定性、測(cè)試聚合物熱穩(wěn)定性2022-5-843PVC加工中常用的穩(wěn)定劑w CaCO3w CaSO4w SiO2w TiO2 w 高嶺土w 紅泥w 碳黑w 滑石粉2022-5-844CaCO3，紅泥 對(duì)PVC熱穩(wěn)定性的影響2022-5-845紅泥（RM2）w鋁土礦中提取Al2O3后的殘?jiān)?/p>

10、有Al2O3、Fe2O3、SiO2等。2022-5-846紅泥添加量對(duì)PVC熱穩(wěn)定性的影響2022-5-8473、增塑劑吸收情況研究、增塑劑吸收情況研究 2022-5-848增塑劑吸收情況觀察w反應(yīng)增塑劑的分散快慢;w增塑劑與聚合物的相互作用情況。 2022-5-849增塑劑吸收過(guò)程的流變曲線2022-5-850不同類型增塑劑吸收過(guò)程的流變曲線鄰苯二甲酸二辛酯 鄰苯二甲酸二丁酯 鄰苯二甲酸二異辛酯 2022-5-8513種增塑劑吸收情況分析w DIOP：達(dá)到平衡的時(shí)間（t3)最長(zhǎng)，但是達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)矩值(M3)最低。（說(shuō)明吸收完全，增塑效果最好）2022-5-8525、生膠或混煉膠塑化性能、生膠或混煉膠塑化性能w 天然橡膠膠料在使用前都需要經(jīng)過(guò)有效的塑化w 如在開(kāi)煉機(jī)或密煉中進(jìn)行塑化，要達(dá)到塑化完全，必須保證有充足的塑化時(shí)間，安全的加