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        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

        2021-03-01 04:12:24黃慶東李艷芹
        合成樹脂及塑料 2021年1期
        關(guān)鍵詞:測量標(biāo)準(zhǔn)

        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(dòng)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(shí),熔體流動(dòng)的速率很快,測量難度較大,而且對熔體流動(dòng)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(shí)得到的MFR較小,同時(shí)降低了測量難度以及對熔體流動(dòng)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(shí)期內(nèi),可能會(huì)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(shí),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(dòng)特性與一般高M(jìn)FR(100 g/10 min左右)聚丙烯的流動(dòng)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(shí),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(shí),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(shí),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(gè)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(gè)稱量值中最大值與最小值之差大于平均值的15.0%時(shí),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??讖匠叽绱嬖诓顒e,GB/T 3682.1—2018規(guī)定,口??讖降墓顬椤?.005 mm,雖然口??讖揭?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(shí),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。

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