林宏雄，貝沁紅，朱慧紅，黃金鳳，楊 蓓，陳谷峰

（廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東 廣州510623）

自動(dòng)法測(cè)定聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯－苯乙烯共聚物的熔體流動(dòng)速率

林宏雄，貝沁紅，朱慧紅，黃金鳳，楊 蓓，陳谷峰

（廣東出入境檢驗(yàn)檢疫局，廣東 廣州510623）

采用手動(dòng)法和計(jì)時(shí)法測(cè)定聚苯乙烯（PS）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）的熔體密度，研究了自動(dòng)法測(cè)定熔體流動(dòng)速率。結(jié)果表明，自動(dòng)法測(cè)定PS、ABS的熔體流動(dòng)速率方便快捷，與手動(dòng)法比較，其誤差小于2%。

聚苯乙烯；丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物；熔體流動(dòng)速率

0 前言

PS、ABS是應(yīng)用廣泛的通用塑料，而熔體流動(dòng)速率是其常見的質(zhì)量指標(biāo)，也是加工性能的重要指標(biāo)。熔體流動(dòng)速率的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)有ASTM D1238—2010、ISO 1133—2005、GB/T 3682—2000等標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定方法有2種，即手動(dòng)測(cè)定法和自動(dòng)測(cè)定法。手動(dòng)測(cè)定中需一邊讀秒一邊手動(dòng)切割，容易帶來人為誤差，特別是在熔體流動(dòng)速率較大或樹脂很黏時(shí)表現(xiàn)得尤為突出，因此ASTM D1238—2010中規(guī)定熔體流動(dòng)速率大于50g/10min必須使用自動(dòng)測(cè)定法，從而提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，目前能用自動(dòng)法測(cè)定熔體流動(dòng)速率的只有聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），尚未見有自動(dòng)法測(cè)定PS、ABS熔體流動(dòng)速率的報(bào)道。本文針對(duì)以上問題，結(jié)合熔體流動(dòng)速率儀的料筒直徑、高度等參數(shù)，應(yīng)用手動(dòng)法和計(jì)時(shí)法2種方法，準(zhǔn)確地測(cè)定了PS、ABS的熔體密度值，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)法測(cè)定PS和ABS的熔體流動(dòng)速率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PS1，666H，香港陶氏化學(xué)太平洋有限公司；

PS2，N1841，香港石油化學(xué)有限公司；

PS3，336，臺(tái)灣英全公司；

PS4，470，美國陶氏太平洋有限公司；

PS5，HF555，澳大利亞孟三都公司；

PS6，500，日本三井東壓化學(xué)公司；

ABS1，PA757，（臺(tái)灣）奇美實(shí)業(yè)股份有限公司；

ABS2，SD0150，韓國三星綜合化學(xué)化學(xué)公司；

ABS3，121HNP，韓國LG化學(xué)公司；

ABS4，HF－1，日本三菱人造絲公司；

ABS5，HF－5，日本三菱人造絲公司；

ABS6，947MWU，德國巴斯夫公司；

ABS7，PH－AT，德國拜耳化學(xué)公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

熔體流動(dòng)速率儀，ZWICK/ROELL 4106、TOYOSEIKI P101，日本株式會(huì)社東洋精機(jī)制作所；

分析天平，SARTORIUS BS210S，德國賽多利斯股份公司；

秒表，上海秒表廠。

1.3 樣品制備

ABS的吸濕率為0.2%～0.45%，干燥前處理?xiàng)l件為：（80±5）℃，2h[1]；

PS的吸濕率為0.01%～0.2%，不需要干燥前處理[2]。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

ABS、PS的熔體密度測(cè)試條件為：溫度200℃，載荷5kg；

手動(dòng)法測(cè)定熔體密度：（1）輸入溫度：200℃，開機(jī)，待熔體流動(dòng)速率儀到達(dá)預(yù)設(shè)溫度后，恒溫30min，開始測(cè)試；（2）將壓料桿自料筒取出，用漏斗將適量樣品在1min內(nèi)裝入料筒中，隨后將壓料桿放入料筒，用手在壓料桿上端適當(dāng)加壓把樣品壓實(shí)后，用秒表開始記時(shí)；（3）在壓料桿上端加負(fù)荷。為調(diào)整活塞桿在缸體中的位置，可在預(yù)熱時(shí)間4min前將多余料擠壓出來，保證在預(yù)熱時(shí)間（7±0.5）min內(nèi)壓桿正好走到刻線上。此時(shí)報(bào)警器鳴響，同時(shí)儀器上的自動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，立即切樣，棄去該樣條；（4）當(dāng)壓桿走完規(guī)定的25.4mm長(zhǎng)距離后，報(bào)警器停止嗚響，儀器上的自動(dòng)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，此時(shí)立即切樣，保留此期間的樣條，留作計(jì)算使用，記下儀器計(jì)時(shí)器上的時(shí)間 （t）；（5）測(cè)出行 程25.4mm擠出的樹脂質(zhì)量（W），則如式（1）所示[3]：

式中 D——在試驗(yàn)下樹脂的熔體密度，g/cm3

W——擠出樹脂的質(zhì)量，g

計(jì)時(shí)法測(cè)定熔體密度：按自動(dòng)法（ASTM D1238—2010中B法）[3]測(cè)定時(shí)間，設(shè)定活塞行程為6.35mm或25.4mm，自動(dòng)法測(cè)定，記錄活塞經(jīng)過該行程的所需要的時(shí)間（t1），按式（2）計(jì)算自動(dòng)法測(cè)定的熔體流動(dòng)速率（RMFR）；同時(shí)，采用手動(dòng)切割法測(cè)定樹脂的熔體流動(dòng)速率，根據(jù)式（2）可得式（3）。

式中 RMFR——熔體流動(dòng)速率測(cè)定值，g/10min

t1——活塞經(jīng)過該行程的所需要的時(shí)間，s

L——活塞行程，0.635cm或2.54cm

其中，427為活塞和缸體的面積平均值乘以600所得；

自動(dòng)法測(cè)定熔體流動(dòng)速率：輸入實(shí)驗(yàn)得到的PS和ABS的熔體密度，根據(jù)ASTM D1238—2010，按自動(dòng)計(jì)時(shí)流速法測(cè)定PS、ABS的熔體流動(dòng)速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品干燥處理的影響

許多熱塑性塑料在試驗(yàn)前不需經(jīng)過前處理，但對(duì)于有揮發(fā)成分、吸濕率較大的材料則需要經(jīng)過前處理。本文采用不同的干燥溫度和干燥時(shí)間，分別探討了前處理對(duì)ABS和PS的熔體流動(dòng)速率或熔體密度測(cè)量重復(fù)性的影響。各選5個(gè)不同牌號(hào)的PS樹脂和ABS樹脂試樣，分別對(duì)其進(jìn)行樣品干燥處理，處理溫度分別為：70、80、90、100℃，干燥時(shí)間為2h。干燥后的樣品置于干燥器，冷卻后測(cè)定其熔體流動(dòng)速率。

表1表明干燥處理對(duì)PS的試驗(yàn)結(jié)果影響很小，可不需前處理，而由表2可見，ABS樣品若不經(jīng)過前處理，擠出的樣條氣泡多，表面不光滑，不符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定要求，經(jīng)70℃，2h的干燥處理，ABS樣品的熔體流動(dòng)速率仍較大，而經(jīng)90℃，2h的干燥處理后，獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)不大，其擠出樣條也光滑。

表1 不同干燥處理?xiàng)l件時(shí)PS的熔體流動(dòng)速率 g/10minTab.1 Melt flow rate of PS under different drying conditions g/10min

2.2 測(cè)定方法的影響

本文分別用手動(dòng)法和計(jì)時(shí)法測(cè)定同牌號(hào)的PS和ABS的熔體密度，其結(jié)果如表3、4所示。

從表3、4可知：手動(dòng)法的結(jié)果波動(dòng)較大。試驗(yàn)法測(cè)定樹脂的熔體密度（手動(dòng)法）已有報(bào)道[4]，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，熔體流動(dòng)速率儀開始測(cè)定時(shí)，報(bào)警器嗚響，活塞桿到達(dá)行程時(shí)報(bào)警器停止嗚響，立即切樣。但是，不知哪一聲嗚響是最后的嗚響，故切樣的操作總是滯后，并由此造成測(cè)定結(jié)果波動(dòng)較大。

表2 不同干燥處理?xiàng)l件時(shí)ABS樹脂的熔體流動(dòng)速率 g/10minTab.2 Melt flow rate of ABS under different drying conditions g/10min

表3 不同方法測(cè)得的PS樹脂的熔體密度 g/cm3Tab.3 Melt density of PS measured by different methods g/cm3

表4 不同方法測(cè)得的ABS樹脂的熔體密度 g/cm3Tab.4 Melt density of ABS measured by different methods g/cm3

計(jì)時(shí)法測(cè)定熔體密度的原理是假設(shè)在試驗(yàn)溫度下，樹脂的熔體密度基本恒定不變，并且熔體流動(dòng)速率的手動(dòng)切割法測(cè)定值和自動(dòng)法測(cè)定值相等。該方法測(cè)定得到的熔體密度是對(duì)該儀器尺寸精度和溫度精度等綜合修正后的數(shù)值，其測(cè)試結(jié)果較穩(wěn)定，誤差較小。

2.3 樣品牌號(hào)的影響

常溫下，聚合物的密度受分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、分子取向等因素的影響，不同牌號(hào)的PS和ABS有不同的密度。但在試驗(yàn)溫度（200℃）下，PS和ABS為熔體，由于溫度高，大分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈，沒有分子的結(jié)晶，大分子回到蜷曲狀態(tài)[5]，因此，在200℃下，PS和ABS的牌號(hào)對(duì)熔體密度的影響較小。試驗(yàn)結(jié)果如表5、6所示。

表5 不同牌號(hào)的PS樹脂的熔體密度Tab.5 Melt density of PS with different brands

表6 不同牌號(hào)的ABS樹脂的熔體密度Tab.6 Melt density of ABS with different brands

表5、6的結(jié)果表明：PS和ABS的熔體密度幾乎不受牌號(hào)的影響，可以不考慮牌號(hào)的因素。

2.4 熔體流動(dòng)速率的自動(dòng)測(cè)定

輸入PS的熔體密度（0.964g/cm3），ABS的熔體密度（0.973g/cm3），按 ASTM D1238—2010，分別采用手動(dòng)操作法和自動(dòng)計(jì)時(shí)流速法測(cè)定PS和ABS的熔體流動(dòng)速率，結(jié)果如表7、8所示，表明PS和ABS的熔體密度準(zhǔn)確，可應(yīng)用于自動(dòng)法測(cè)定PS和ABS的熔體流動(dòng)速率，操作方便，結(jié)果準(zhǔn)確。

表7 自動(dòng)法測(cè)定的PS樹脂的熔體流動(dòng)速率Tab.7 Melt flow rate of PS measured by automatical method

表8 自動(dòng)法測(cè)定的ABS樹脂的熔體流動(dòng)速率Tab.8 Melt flow rate of ABS measured by automatical method

3 結(jié)論

（1）ABS樹脂熔體流動(dòng)速率的測(cè)定，需進(jìn)行樣品的干燥前處理；

（2）采用手動(dòng)法和計(jì)時(shí)法均可測(cè)定ABS和PS的熔體的密度，計(jì)時(shí)法的測(cè)定結(jié)果波動(dòng)性較小；

（3）樹脂牌號(hào)對(duì)PS和ABS熔體密度的影響可以忽略；

（4）采用試驗(yàn)得到的熔體密度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)法測(cè)定ABS和PS的熔體流動(dòng)速率，與手動(dòng)測(cè)定法比較，其結(jié)果之間的誤差小于2%。

[1] 中國標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 12672—2009 丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）樹脂[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2] 黃 麗.高分子材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：53－57.

[3] American Society for Testing Materials.ASTM D1238—10Standard Test Method for MeltFlow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer[S].Annual Book of ASTM Standards，2010.

[4] 劉守強(qiáng)，李朝暉.試驗(yàn)法測(cè)定樹脂的熔體密度[J].石油化工，1996，25（4）：285－289.

[5] 黃 銳.塑料熱成型和二次加工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：25.

Automatic Determination of Melt Flow Rates of PS and ABS

LIN Hongxiong，BEI Qinhong，ZHU Huihong，HUANG Jinfeng，YANG Bei，CHEN Gufeng
（Guangdong Entry－exit Inspection and Quarantine Bureau，Guangzhou 510623，China）

The test method of automatically timed melt flow rate measurement for ABS and PS was studied，using the melt density data determined by manual method and automatically timed method.Results showed that the precise melt flow rate could be obtained easier by the automatic determination of melt flow rate.Compared with the manual method，the error of the result was less than 2%.

polystyrene；acrylonitrile－butadiene－styrene copolymer；melt flow rate

TQ325.2

B

1001－9278（2011）11－0090－04

2011－10－13

質(zhì)檢總局科研基金資助項(xiàng)目（2010IK036）

聯(lián)系人，linhx4221＠163.com