(中國石化 洛陽分公司 , 河南 洛陽 471012)
熔體流動速率(MFR)是評價高分子材料流動性能的一項重要物性指標(biāo),廣泛應(yīng)用于科研生產(chǎn)中。隨著新產(chǎn)品的不斷開發(fā),特別是熔噴料的生產(chǎn),對高MFR樣品的分析越來越多。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,通過各種參數(shù)優(yōu)化,最多只能測到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,但樣品還是會從口模塞和口模接觸縫隙處流出,造成清洗困難,用力頂時會造成口模位置變動,影響結(jié)果準(zhǔn)確度。用砝碼支架時操作繁瑣,精度差。
因此,在GB/T 3682.1—2018也提出,當(dāng)MFR>75 g/(10 min)時建議用半口模測試,但測試結(jié)果如何換算為標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR值并未說明。在生產(chǎn)中通常以標(biāo)準(zhǔn)口模的MFR值來表征產(chǎn)品的特性,如果用半口模來表征容易混亂,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,同時可以拓寬儀器的使用范圍[1-2]。
PPH-Y35X,熔體質(zhì)量流動速率為36.4 g/(10 min),中石化洛陽分公司;PPH-MN60,熔體質(zhì)量流動速率65.1 g/(10 min),中石化洛陽分公司;PPH-MN90B,熔體質(zhì)量流動速率94.5 g/(10 min),中石化洛陽分公司;PPH-MN150,熔體質(zhì)量流動速率152 g/(10 min),中石化洛陽分公司;PPH-MN220,熔體質(zhì)量流動速率215 g/(10 min),中石化洛陽分公司;過渡料,熔體質(zhì)量流動速率582 g/(10 min),中石油遼陽石化。
MI-4型熔融指數(shù)儀,德國GOTTFERT;AE-240型電子天平,上海梅特勒。
按GB/T 3682.1—2018中方法B實驗。因高MFR樣品流動速率快,有的樣品未達到測量位置,樣品已經(jīng)流完,無法測出結(jié)果,而用半口??讖叫】梢詼y更高的MFR樣品。
要保證半口模測試結(jié)果準(zhǔn)確,就必須保證半口模測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(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)口模測試結(jié)果準(zhǔn)確,就要保證預(yù)熱時間結(jié)束時活塞桿有效測量位置應(yīng)在進樣口上方,這就要從加樣量、活塞桿喂料位置、測量位移等方面進行探討。
進樣量分別為4、6、8 g,喂料至110 mm處、5 mm測量距離,用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模進行試驗,試驗結(jié)果見表1。
從表1可以看出,在進樣量為4、6 g時,隨著MFR的升高,標(biāo)準(zhǔn)口模測試結(jié)果明顯升高,與半口模的比值也升高;進樣量為8 g時相對變化較小[2]。主要是由于高MFR樣品在預(yù)熱時間結(jié)束時樣品損失較多造成,這也與GB/T 3682.1—2018中要求MFR值高時需增加進樣量一致。因半口模多用于MFR>75 g/(10 min)的高流動性樣品測試,所以測試時應(yīng)盡量多加樣品。
表1 不同進樣量(MFR)結(jié)果對比 g/(10 min)
喂料位置分別設(shè)定在70、90、110 mm,稱8 g樣品、5 mm測量距離用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模進行試驗。試驗結(jié)果見表2。
通過表2可以看出,只有喂料在110 mm處時“過度料”樣品才有結(jié)果,同時喂料到110 mm時標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模的比值更穩(wěn)定。說明測高MFR樣品時盡量保持較高的喂料位置,測試結(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)果對比 g/(10 min)
測量距離分別設(shè)定為2、5、10 mm,稱8 g樣品、喂料至110 mm處用標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模進行試驗。試驗結(jié)果見表3。
表3 不同測量位移MFR結(jié)果對比 g/(10 min)
在GB/T 3682.1—2018中根據(jù)不同結(jié)果對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個結(jié)果,對于大部分熔指儀有效位移長度只有30 mm,理論上按10 mm位移可以出3個結(jié)果。通過試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)MFR<60 g/(10 min)時,出3個結(jié)果問題不大,但第一個結(jié)果明顯偏大。當(dāng)MFR>60 g/(10 min)時出3個結(jié)果較困難,隨著MFR增加,出1個結(jié)果也困難。而GB/T 3682.1—2018對儀器的時間、位移精度做了明確要求,要分別達到±0.01 s和±0.02 mm,現(xiàn)在出廠儀器都能達到精度要求。對于具有較高時間、位移精度的儀器適當(dāng)降低活塞位移距離對測量結(jié)果影響不大。
從表3可以看出, 5 mm測試位移結(jié)果比值較2 mm和10 mm的波動偏小,用10、5 mm測試位移得出的結(jié)果差別不明顯。因此,選用5 mm測試位移不僅可以保證加一次樣可以出3個結(jié)果,同時結(jié)果的重復(fù)性也較好。
取加8 g樣、110 mm喂料位置、測試位移5 mm時對應(yīng)的結(jié)果比值的平均值計算出標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模MFR結(jié)果關(guān)系。測試結(jié)果見表4和圖1。
表4 選定條件下標(biāo)準(zhǔn)口模和半口模MFR測試結(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。
試驗過程用的是600 g/(10 min)以下的樣品,無需再用該范圍內(nèi)的樣品進行驗證,對更高MFR結(jié)果的樣品需進一步驗證。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)整過程中的過度料來驗證,測試數(shù)據(jù)見表5。
從表5可以看出差值最大的為37 g/(10 min),遠小于出廠指標(biāo)規(guī)定的±200 g/(10 min),說明儀器可以用于超高熔指熔噴料的測試。通過測試條件優(yōu)化,儀器用半口模時測量范圍可以拓展到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測試結(jié)果 g/(10 min)
用半口?;驑?biāo)準(zhǔn)口模測試高MFR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,對于高MFR樣品在有效30 mm測試位移范圍內(nèi),單個結(jié)果測試位移越長,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??梢杂冒肟谀矸治龈進FR的樣品。