標(biāo)準(zhǔn)口模與小口模測試的超高M(jìn)FR聚丙烯的MFR結(jié)果轉(zhuǎn)換關(guān)系

樊 潔，黃慶東，吳 宇，李艷芹，郭 義

（1.中國石油天然氣股份有限公司蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060；2.中國石油天然氣股份有限公司華北化工銷售公司，北京 100009）

目前，市場上熔噴專用聚丙烯的熔體流動速率（MFR）大部分在1 500 g/10 min以上，屬于超高M(jìn)FR聚丙烯，該結(jié)果是采用標(biāo)準(zhǔn)口模（孔徑2.095 mm，長8 mm）在溫度為230 ℃，負(fù)荷為2.16 kg的條件下得到的［1］。用標(biāo)準(zhǔn)口模測量超高M(jìn)FR聚丙烯時，熔體流動的速率很快，測量難度較大，而且對熔體流動速率儀的要求太高。GB/T 3682.1—2018規(guī)定，如果測試材料的MFR大于75 g/10 min，可以使用長4 mm，孔徑1.050 mm的半口模［1］，此時得到的MFR較小，同時降低了測量難度以及對熔體流動速率儀的要求，因此，認(rèn)為采用半口模測量超高M(jìn)FR聚丙烯的MFR較為合理；但目前市場上一直沿用標(biāo)準(zhǔn)口模得到的測量結(jié)果，如果改成半口模的測量結(jié)果，在一定時期內(nèi)，可能會使應(yīng)用廠家感到困惑。如果能夠找到半口模和標(biāo)準(zhǔn)口模MFR測量結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即將半口模的測量結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)口模的測量結(jié)果，那么可使應(yīng)用廠家在沿用標(biāo)準(zhǔn)口模測量結(jié)果的同時，了解采用標(biāo)準(zhǔn)口模與半口模測量結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系。本工作分別用標(biāo)準(zhǔn)口模、半口模、小口模1和小口模2測試超高M(jìn)FR聚丙烯的MFR，并得出MFR之間的換算關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚丙烯：PPM-151，中國石油天然氣股份有限公司蘭州化工研究中心；91500，金發(fā)科技股份有限公司；PF1500，湖南盛錦新材料有限公司；HP461Y，韓國大林公司；RP-1，RP-2，RP-3，RP-4，RP-5，RP-6，采用降解法制備的不同MFR的小試聚丙烯試樣。

1.2 主要設(shè)備

MI-40型熔融指數(shù)儀，德國高特福公司；標(biāo)準(zhǔn)口模，內(nèi)徑2.095 mm，長8 mm；半口模，內(nèi)徑1.050 mm，長4 mm；小口模1，內(nèi)徑1.050 mm，長8 mm；小口模2，內(nèi)徑1.180 mm，長8 mm。

1.3 測試方法及條件

MFR按GB/T 3682.1—2018的B法測試。溫度230 ℃，負(fù)荷2.16 kg，加料量5 g。

2 結(jié)果與討論

選取RP-1，RP-2，PPM-151，91500，RP-3，RP-4，分別用標(biāo)準(zhǔn)口模、半口模、小口模1和小口模2進(jìn)行MFR測試，找出采用標(biāo)準(zhǔn)口模與半口模、小口模1以及小口模2測試結(jié)果間的換算關(guān)系。由于超高M(jìn)FR聚丙烯的流動特性與一般高M(jìn)FR（100 g/10 min左右）聚丙烯的流動特性存在差異，導(dǎo)致口模之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系存在差異，因此，只研究超高M(jìn)FR（700～2 600 g/10 min）聚丙烯測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

2.1 半口模與標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系

分別采用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模測試試樣的MFR，測試5次，取平均值，測試結(jié)果見表1。

用Excel對采用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模測試的MFR結(jié)果進(jìn)行線性回歸，其中，x軸為半口模的MFR測試結(jié)果，y軸為標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR測試結(jié)果。從圖1看出： MFR為700～2 600 g/10 min時，標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模測試結(jié)果的線性相關(guān)程度很好，其線性關(guān)系為y=7.498x，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 4。因此，標(biāo)準(zhǔn)口模與半口模的MFR測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果=半口模測試結(jié)果×7.5。

表1 標(biāo)準(zhǔn)口模及半口模的MFR測試結(jié)果Tab.1 Test results of MFR by standard die and half die g/10 min

圖1 標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模的MFR測試結(jié)果擬合曲線Fig.1 Fitting curves of MFR by standard die and half die

2.2 小口模1與標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系

分別用標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模1測試試樣的MFR，測試5次，取平均值，結(jié)果見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)口模及小口模1的MFR測試結(jié)果Tab.2 Test results of MFR by standard die and small die 1 g/10 min

用Excel對采用標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模1測試的MFR測試結(jié)果進(jìn)行線性回歸，其中，x軸為小口模1的MFR測試結(jié)果，y軸為標(biāo)準(zhǔn)口模MFR測試結(jié)果。從圖2可以看出：MFR為700～2 600 g/10 min時，標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模1測試結(jié)果的線性相關(guān)程度很好，其線性關(guān)系為y=15.713x，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 3。因此，得出標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模1的MFR測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果=小口模1測試結(jié)果×15.7。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模1的MFR測試結(jié)果擬合曲線Fig.2 Fitting curves of MFR by standard die and small die 1

2.3 小口模2與標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系

分別采用標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模2測試試樣的MFR，測試5次，取平均值，測試結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)口模及小口模2的MFR測試結(jié)果Tab.3 MFR test results of standard die and small die 2 g/10 min

用Excel對采用標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模2測試的MFR測試結(jié)果進(jìn)行線性回歸，其中，x軸為小口模2的MFR測試結(jié)果，y軸為標(biāo)準(zhǔn)口模MFR測試結(jié)果。從圖3可以看出：MFR為700～2 600 g/10 min時，標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模2測試結(jié)果的線性相關(guān)程度很好，其線性關(guān)系為y=10.029x，線性相關(guān)系數(shù)為0.995 8。因此，得出標(biāo)準(zhǔn)口模與小口模2的MFR測試結(jié)果的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果=小口模2測試結(jié)果×10.0。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)口模和小口模2的MFR測試結(jié)果擬合曲線Fig.3 Fitting curves of test results of MFR by standard die and small die 2

2.4 MFR大于1 000 g/10 min的測試結(jié)果

分別用半口模、小口模1和小口模2測試HP461Y，PF1500，PPM-151，91500，RP-3，RP-4，RP-5，RP-6的MFR，表4是各口模乘以相應(yīng)倍數(shù)得到的MFR測試結(jié)果以及每個試樣用半口模、小口模1和小口模2測試結(jié)果間的相對極差。GB/T 3682.1—2018中規(guī)定，A法中如果單個稱量值中最大值與最小值之差大于平均值的15.0%時，則舍棄該組數(shù)據(jù)。從表4可以看出：經(jīng)換算后，每種試樣分別用半口模、小口模1和小口模2測試的MFR的相對極差最大為4.0%，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的同組數(shù)據(jù)中相對極差大于15.0%則應(yīng)舍棄數(shù)據(jù)的情況。因此，半口模、小口模1和小口模2與標(biāo)準(zhǔn)口模的換算倍數(shù)合理，該方法可用于測量MFR大于1 000 g/10 min的聚丙烯。

表4 各口模乘以相應(yīng)倍數(shù)的MFR測試結(jié)果及每種試樣測試結(jié)果間的相對極差Tab.4 Relative range between test results and multiplied test results of MFR by each die

2.5 各口模之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的適用范圍

以上倍數(shù)關(guān)系僅限于本實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)口模與半口模和小口模的測試結(jié)果。已有實(shí)驗(yàn)證明，其他實(shí)驗(yàn)室小口模與標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果間的換算倍數(shù)和本實(shí)驗(yàn)室的略有差異。這是由于各口模孔徑尺寸存在差別，GB/T 3682.1—2018規(guī)定，口?？讖降墓顬椤?.005 mm，雖然口模孔徑規(guī)定的誤差很小，但從哈根-伯肅葉方程Q=πΔPR4/8ηL（Q為體積流速，ΔP為毛細(xì)管兩端的壓力差，R為毛細(xì)管半徑，η為流體黏度，L為毛細(xì)管長度）可以看出，熔體體積流速與毛細(xì)管半徑為4次方關(guān)系［2］，故口模半徑對MFR的影響很大，因此，各實(shí)驗(yàn)室在換算標(biāo)準(zhǔn)口模與小口模測試結(jié)果的倍數(shù)關(guān)系時，需先采用各口模測量超高M(jìn)FR聚丙烯的MFR，然后根據(jù)測量結(jié)果換算本實(shí)驗(yàn)各口模間的倍數(shù)關(guān)系。

3 結(jié)論

a）本實(shí)驗(yàn)室的半口模、小口模1、小口模2與標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR換算關(guān)系分別為：標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果=半口模測試結(jié)果×7.5，標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果=小口模1測試結(jié)果×15.7，標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果=小口模2測試結(jié)果×10.0。

b）所得倍數(shù)關(guān)系僅限于本實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)口模與半口模和小口模的測試結(jié)果。