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高熔體強度聚合物的表征方法

2019-06-12 15:03:29 作者：本網(wǎng)整理來源：奎源高分子分享至：

熔體強度是影響聚合物發(fā)泡性能的一個重要因素，表征熔體強度的方法有直接測量法以及間接分析法。

一、直接測量法

熔體強度測試儀是表征聚合物熔體強度最直接的儀器，圖1左為測量PP熔體強度所用的Gottfert“Rheotens”熔體強度測試儀示意圖，是將聚合物熔體單軸拉伸，首先熔體從擠出機口模向下擠出，同時被裝在平衡梁上的兩個運動方向相反的輥筒牽引。熔體束被拉伸時受的力是輥筒的速度和時間的函數(shù)，輥筒均勻加速運動，直到熔體束斷裂，此熔體束斷裂所受的力就是該聚合物的“熔體強度”，一般對同一個樣品需多次測試，取拉伸力的平均值作為該樣品的熔體強度的值。擠出溫度越低、擠出速率越高，聚合物的熔體強度越高，所以在加工時應(yīng)該選取適當?shù)募庸囟群蛿D出速率，以制備滿足不同市場需求的聚合物。有人使用熔體強度測試儀分別在180℃、190℃、200℃、210℃以及220℃對四種不同的樣品進行了測試，發(fā)現(xiàn)分子量越高以及分子量分布越寬將會導(dǎo)致樣品的熔體強度更高。

圖1熔體強度測試儀示意圖（左）旋轉(zhuǎn)儀變儀拉伸粘度測試系統(tǒng)（右）

二、間接測量法

1、熔垂法

聚合物的熔體強度與融垂性能有著密切的聯(lián)系，可以通過測試聚合物的融垂性能來表示聚合物的熔體強度，即在相同時間內(nèi)聚合物熔體下垂的長度的大小就可以判斷其熔體強度的大小。有人等利用融垂性能測試比較了HMSPP和PP的熔體強度，圖2為HMSPP與PP的融垂性能對比圖，可以看出HMSPP的抗融垂性能明顯優(yōu)于普通PP，所以融垂性能測試可以簡便、直觀的體現(xiàn)出聚合物的熔體強度大小。

圖2 HMSPP與PP的融垂性能對比圖

2、紅外光譜法

有人通過觀察改性PP的紅外圖譜中是否出現(xiàn)羰基的吸收峰來判斷改性PP中是否出現(xiàn)了交聯(lián)，可以間接判斷產(chǎn)物的熔體強度。通過紅外光譜法檢測，他們發(fā)現(xiàn)與普通PP對比，改性后的PP（接枝己二醇二丙烯酸酯）在1736cm-1處出現(xiàn)了羰基吸收峰，這表明己二醇二丙烯酸酯（HDDA）成功接枝到了PP上，使改性后的PP中出現(xiàn)交聯(lián)，間接說明了改性PP的熔體強度得到了提高。

3、拉伸粘度法

拉伸粘度可以表征HMSPP的應(yīng)變硬化效應(yīng)，Münstedt H等用Meissner型單軸拉伸流變儀測試了聚合物的熔體強度，圖3為Meissner型單軸拉伸流變儀的示意圖，測量時，樣品一端被拉伸，另一端測量拉力，可以在不同溫度下，施加不同的拉伸速率進行測試，以測得聚合物的拉伸粘度，觀察到聚合物的應(yīng)變硬化行為。

圖3 Meissner型單軸拉伸流變儀的示意圖

4、流變學(xué)法

有人等通過流變學(xué)方法表征聚合物的熔體強度，他們用Zn2+和胺改性接枝了馬來酸酐的PP，制得了四種不同的離聚物，然后對這四種離聚物及接枝了馬來酸酐的PP進行了零切粘度和復(fù)數(shù)粘度測試，發(fā)現(xiàn)側(cè)基的大小和數(shù)量的增加會導(dǎo)致離子交互作用的減小，從而使零剪切粘度和復(fù)數(shù)粘度減小，導(dǎo)致離聚物熔體強度下降。Ardakani F等通過儲能模量表征聚合物的熔體強度，他們將PB-1按不同的質(zhì)量分數(shù)與PP混合，他們通過實驗發(fā)現(xiàn)20wt%的PB-1與PP混合后的產(chǎn)物在低頻端具有較高的儲能模量，加入20wt%的PB-1可以更好的提高聚合物的熔體強度。

5、熔體指數(shù)儀法（MFR）

利用公式：可以計算出樣品的熔體強度，式中，MS為熔體強度（Pa·s）；；Δl為擠出物直徑減少50%時的擠出物長度（mm）；；r0為最初從模口露出的擠出物半徑；MFR230是由熔體指數(shù)測試儀（MFR）測得的在230℃、負荷2.16kg下的熔體流動速率（g/10min）。在熔融狀態(tài)下通過引入支鏈會導(dǎo)致高分子聚合物在熔融狀態(tài)下的糾纏度提高，單體濃度越高、分子內(nèi)的支鏈數(shù)量越多、分子內(nèi)的支鏈的長度越長都會導(dǎo)致糾纏度的提高，從而會引起熔體流動速率的減小，所以熔體強度就越高。

6、差式掃描量熱法（DSC）

DSC是測試表征聚合物熱行為最有效的手段，DSC可以模擬HMSPP的生產(chǎn)過程中的一系列熱行為，主要是HMSPP的熔融與結(jié)晶行為。為了同時研究HMSPP的流變與熔融結(jié)晶行為，Raps D等設(shè)計了一種新的裝置如圖4所示，他們利用其設(shè)計的裝置可以研究冷卻速率、CO2注入量及壓力對流變行為與結(jié)晶行為的影響。實驗結(jié)果表明冷卻速率越高、CO2注入量越高，熔體的粘度會越低，材料的熔體強度越低。