半口模在高熔體流動(dòng)速率聚丙烯測(cè)試中的探討

(中國(guó)石化 洛陽(yáng)分公司 ， 河南 洛陽(yáng) 471012)

熔體流動(dòng)速率(MFR)是評(píng)價(jià)高分子材料流動(dòng)性能的一項(xiàng)重要物性指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于科研生產(chǎn)中。隨著新產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，特別是熔噴料的生產(chǎn)，對(duì)高M(jìn)FR樣品的分析越來(lái)越多。一般MFR分析用儀標(biāo)準(zhǔn)口模分析MFR>100 g/(10 min)樣品就比較困難，通過(guò)各種參數(shù)優(yōu)化，最多只能測(cè)到260 g/(10 min)左右。雖然使用口模塞和砝碼支架可以將結(jié)果提高到600 g/(10 min)左右，但樣品還是會(huì)從口模塞和口模接觸縫隙處流出，造成清洗困難，用力頂時(shí)會(huì)造成口模位置變動(dòng)，影響結(jié)果準(zhǔn)確度。用砝碼支架時(shí)操作繁瑣，精度差。

因此，在GB/T 3682.1—2018也提出，當(dāng)MFR>75 g/(10 min)時(shí)建議用半口模測(cè)試，但測(cè)試結(jié)果如何換算為標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR值并未說(shuō)明。在生產(chǎn)中通常以標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR值來(lái)表征產(chǎn)品的特性，如果用半口模來(lái)表征容易混亂，因此，找到半口模與標(biāo)準(zhǔn)口模的數(shù)據(jù)關(guān)系就很有必要，同時(shí)可以拓寬儀器的使用范圍[1-2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

PPH-Y35X，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率為36.4 g/(10 min)，中石化洛陽(yáng)分公司；PPH-MN60，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率65.1 g/(10 min)，中石化洛陽(yáng)分公司；PPH-MN90B，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率94.5 g/(10 min)，中石化洛陽(yáng)分公司；PPH-MN150，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率152 g/(10 min)，中石化洛陽(yáng)分公司；PPH-MN220，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率215 g/(10 min)，中石化洛陽(yáng)分公司；過(guò)渡料，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率582 g/(10 min)，中石油遼陽(yáng)石化。

1.2 儀器設(shè)備

MI-4型熔融指數(shù)儀，德國(guó)GOTTFERT；AE-240型電子天平，上海梅特勒。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

按GB/T 3682.1—2018中方法B實(shí)驗(yàn)。因高M(jìn)FR樣品流動(dòng)速率快，有的樣品未達(dá)到測(cè)量位置，樣品已經(jīng)流完，無(wú)法測(cè)出結(jié)果，而用半口?？讖叫】梢詼y(cè)更高的MFR樣品。

要保證半口模測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，就必須保證半口模測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)口模測(cè)試結(jié)果換算關(guān)系準(zhǔn)確，就是保證用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模測(cè)試的結(jié)果都準(zhǔn)確，特別是標(biāo)準(zhǔn)口模結(jié)果。要保證標(biāo)準(zhǔn)口模測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，就要保證預(yù)熱時(shí)間結(jié)束時(shí)活塞桿有效測(cè)量位置應(yīng)在進(jìn)樣口上方，這就要從加樣量、活塞桿喂料位置、測(cè)量位移等方面進(jìn)行探討。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同進(jìn)樣量影響

進(jìn)樣量分別為4、6、8 g，喂料至110 mm處、5 mm測(cè)量距離，用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在進(jìn)樣量為4、6 g時(shí)，隨著MFR的升高，標(biāo)準(zhǔn)口模測(cè)試結(jié)果明顯升高，與半口模的比值也升高；進(jìn)樣量為8 g時(shí)相對(duì)變化較小[2]。主要是由于高M(jìn)FR樣品在預(yù)熱時(shí)間結(jié)束時(shí)樣品損失較多造成，這也與GB/T 3682.1—2018中要求MFR值高時(shí)需增加進(jìn)樣量一致。因半口模多用于MFR>75 g/(10 min)的高流動(dòng)性樣品測(cè)試，所以測(cè)試時(shí)應(yīng)盡量多加樣品。

表1 不同進(jìn)樣量(MFR)結(jié)果對(duì)比 g/(10 min)

2.2 不同喂料位置影響

喂料位置分別設(shè)定在70、90、110 mm，稱8 g樣品、5 mm測(cè)量距離用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表2可以看出，只有喂料在110 mm處時(shí)“過(guò)度料”樣品才有結(jié)果，同時(shí)喂料到110 mm時(shí)標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模的比值更穩(wěn)定。說(shuō)明測(cè)高M(jìn)FR樣品時(shí)盡量保持較高的喂料位置，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性更好，精密度更高[3]。

表2 不同喂料位置MFR結(jié)果對(duì)比 g/(10 min)

2.3 不同測(cè)試位移影響

測(cè)量距離分別設(shè)定為2、5、10 mm，稱8 g樣品、喂料至110 mm處用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同測(cè)量位移MFR結(jié)果對(duì)比 g/(10 min)

在GB/T 3682.1—2018中根據(jù)不同結(jié)果對(duì)活塞最小位移做出了相應(yīng)規(guī)定，MFR>20 g/(10 min)的樣品選擇10 mm位移，而且要保證每次加樣出3個(gè)結(jié)果，對(duì)于大部分熔指儀有效位移長(zhǎng)度只有30 mm，理論上按10 mm位移可以出3個(gè)結(jié)果。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)MFR<60 g/(10 min)時(shí)，出3個(gè)結(jié)果問(wèn)題不大，但第一個(gè)結(jié)果明顯偏大。當(dāng)MFR>60 g/(10 min)時(shí)出3個(gè)結(jié)果較困難，隨著MFR增加，出1個(gè)結(jié)果也困難。而GB/T 3682.1—2018對(duì)儀器的時(shí)間、位移精度做了明確要求，要分別達(dá)到±0.01 s和±0.02 mm，現(xiàn)在出廠儀器都能達(dá)到精度要求。對(duì)于具有較高時(shí)間、位移精度的儀器適當(dāng)降低活塞位移距離對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大。

從表3可以看出， 5 mm測(cè)試位移結(jié)果比值較2 mm和10 mm的波動(dòng)偏小，用10、5 mm測(cè)試位移得出的結(jié)果差別不明顯。因此，選用5 mm測(cè)試位移不僅可以保證加一次樣可以出3個(gè)結(jié)果，同時(shí)結(jié)果的重復(fù)性也較好。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)模和半口模換算關(guān)系

取加8 g樣、110 mm喂料位置、測(cè)試位移5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)果比值的平均值計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模MFR結(jié)果關(guān)系。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4和圖1。

表4 選定條件下標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模MFR測(cè)試結(jié)果 g/(10 min)

圖1 半口模與標(biāo)準(zhǔn)口模換算關(guān)系

通過(guò)表4、圖1可以看出在分析條件優(yōu)化后半口模與標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR結(jié)果有較穩(wěn)定的換算關(guān)系。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)模和半口模換算關(guān)系驗(yàn)證

試驗(yàn)過(guò)程用的是600 g/(10 min)以下的樣品，無(wú)需再用該范圍內(nèi)的樣品進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)更高M(jìn)FR結(jié)果的樣品需進(jìn)一步驗(yàn)證。熔噴料生產(chǎn)使用的廠家較多，用熔噴料和熔噴料生產(chǎn)調(diào)整過(guò)程中的過(guò)度料來(lái)驗(yàn)證，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

從表5可以看出差值最大的為37 g/(10 min)，遠(yuǎn)小于出廠指標(biāo)規(guī)定的±200 g/(10 min)，說(shuō)明儀器可以用于超高熔指熔噴料的測(cè)試。通過(guò)測(cè)試條件優(yōu)化，儀器用半口模時(shí)測(cè)量范圍可以拓展到1 500 g/(10 min)左右，大大增加了儀器的使用范圍。

表5 熔噴料半口模MFR測(cè)試結(jié)果 g/(10 min)

3 結(jié)論

用半口?；驑?biāo)準(zhǔn)口模測(cè)試高M(jìn)FR樣品，加樣量越多、喂料位置越高，結(jié)果重復(fù)性越好。在儀器滿足GB/T 3682.1—2018要求時(shí)，對(duì)于高M(jìn)FR樣品在有效30 mm測(cè)試位移范圍內(nèi)，單個(gè)結(jié)果測(cè)試位移越長(zhǎng)，結(jié)果重復(fù)性不一定越好。在合適的分析條件下標(biāo)準(zhǔn)口模與半口模的MFR結(jié)果有較穩(wěn)定的換算關(guān)系。可以用半口模來(lái)分析更高M(jìn)FR的樣品。