聚合物表征 聚合物流变性能的研究

1、2021-6-211 聚合物流变性能的研究 2021-6-212 研究聚合物流变行为的目的研究聚合物流变行为的目的 w 绝大多数聚合物成型加工都是对聚合物流体的绝大多数聚合物成型加工都是对聚合物流体的 加工加工 w 聚合物流体可能是：聚合物流体可能是： 聚合物熔体聚合物熔体 预聚体预聚体 聚合物浓溶液聚合物浓溶液 2021-6-213 研究聚合物流变行为的目的 w 高聚物熔体在流动中都伴随中形变，所以聚合 物材料熔融态时的流变性能直接影响其加工性 能，从而最终影响着产品的外观及使用性能 。 w 流变性能是制定工艺条件的核心问题。 w 流变性能也是设计配方时必须考虑的问题。 2021-6-214

2、 1、测定聚合物流动性的仪器测定聚合物流动性的仪器 w 落球粘度计落球粘度计 w 旋转粘度计旋转粘度计 2021-6-215 1.1 落球粘度计落球粘度计 tk lss )( 9 )(2 3 gr ls s 2021-6-216 1.2 旋转粘度计旋转粘度计 2021-6-217 （1 1）同轴圆筒式）同轴圆筒式 22 0 22 0 i i RR RR M RRl RR i i 22 0 22 0 4 2021-6-218 （2）平行平板粘度计）平行平板粘度计 D R 3 2 R M 2021-6-219 （3）锥板流变仪）锥板流变仪 3 2 3 R M 2021-6-2110 1.3 毛细管

3、流变仪毛细管流变仪 2021-6-2111 1.3.1仪器结构图仪器结构图 2021-6-2112 1.3.2 1.3.2 毛细管流变仪的应用毛细管流变仪的应用 2021-6-2113 （1 1）流变性质与分子结构的关系流变性质与分子结构的关系 指导合成指导合成 w 分子质量分布：ABd2d1 a/Pa.s /S-1 2021-6-2116 炭黑粒径对物料粘度的影响 曲线规律：同种炭黑，用量相同时， 粒径越小， 粘度越大。 原因：炭黑粒子表面能吸附分子链 形成缠结点，炭黑与胶料形成包 容胶和网状结构，使流动困难， 粘度增加，从而使流动阻力变大 。 2021-6-2117 炭黑含量对物料粘度的影

4、响 0 1 2 3 4 5 6 7 8 01234567 40% 30% 20% 10% 0 /S-1 a/Pa.s 2021-6-2118 炭黑含量对物料粘度的影响 w 现象：炭黑分数增加，体系粘度随 之上升 w 原因：也是由于炭黑粒子吸附的分 子链数增多而使体系的流动阻力升 高。 2021-6-2119 （3）聚合物粘弹性的研究）聚合物粘弹性的研究 w 挤出胀大效应（Barus效应） w 熔体破裂效应（不稳定流动） 2021-6-2120 挤出胀大效应（Barus效应） 0 D D B 挤出胀大比： 2021-6-2121 挤出胀大比的测定 wB值可以通过照相法、激光扫描法测 定。 202

5、1-6-2122 挤出胀大现象产生的原因 w高分子熔体最突出的特征是分子链在 分子水平上的缠结，所以分子链越长， 弹性越好，挤出胀大效应就越明显。 2021-6-2123 挤出胀大现象带来的问题 w挤出胀大效应会导致制品变形或者扭 曲，影响产品的尺寸稳定性及表面光 滑状况，还可能在制品内引起内应力， 降低产品的机械性能。 2021-6-2124 避免挤出胀大现象的方 法 w 为了保证产品的质量，应该尽量减少挤出 胀大现象。研究B值可以指导挤出机口型 设计及流道设计。如挤出机头设计成喇叭 口型等，就是为了减少出口压力。 2021-6-2125 熔体破裂现象不稳定流动熔体破裂现象不稳定流动 w 波

6、浪形 w 鲨鱼皮状 w 竹节状 w 不规则破碎 2021-6-2126 熔体破裂的影响 w 物料的不稳定流动会影响加工性能， 导致产品外观缺陷及使用性能下降。 2021-6-2127 1.4 转矩流变仪转矩流变仪 w 可以模拟密炼、挤出等工艺过程 2021-6-2128 仪器结构示意图仪器结构示意图 2021-6-2129 工作原理工作原理 w 物料被加到混炼室中，受到转速不同，转 速相反二个转子所施加的作用力，使物料 在转子与室壁间进行混炼剪切，物料对转 子凸棱施加反作用力，这个力由测力传感 器测量，再经过机械分级的杠杆力臂转换 成克米(gm)读数。其转矩大小反应了物 料粘度的大小。 202

7、1-6-2130 转矩流变曲线转矩流变曲线 t1:物料受热压实时间 t2:塑化时间（熔融软化） t3:达到平衡转矩时间（物料动态热稳定） t4:物料分解时间 M1:最小转矩 M2:最大转矩 M3:平衡转矩 2021-6-2131 转矩流变曲线各段意义（转矩流变曲线各段意义（1） w OA：在给定温度和转速下，物料开始 粘连，转矩上升到A点。 w AB：受转子旋转作用，物料很快被压 实（赶气），转矩下降到B点。（有 的样品没有AB段） 2021-6-2132 转矩流变曲线各段意义（转矩流变曲线各段意义（2） w BC：物料在热和剪切力的作用下， 开始塑化（软化或熔融），物料 即由粘连转向塑化，转

8、矩上升至 C点。 w CD：物料在混合器中塑化，逐渐 均匀。达到平衡，转矩下降到D。 2021-6-2133 转矩流变曲线各段意义（转矩流变曲线各段意义（3） w DE：维持恒定转矩，物料平衡阶 段。（90秒以上） w E：继续延长塑化时间，导致物 料发生分解，交联，固化，使转矩 上升或下降。 2021-6-2134 由转矩流变曲线获得的信息 w 判断可加工性 w 确定加工时间（物料在成型之前的时间） w 确定加工温度 w 评价材料的热稳定性 2021-6-2135 （1）判断可加工 性 w 由于M的大小直接反映了物料的粘度和消 耗的功率。可以看出此配方是否具有加工 的可能性。 w 若M太大，

9、则在加工中需要消耗许多电力， 或在更高的温度下，才能降低M ，成本提 高，这时应考虑改变配比，下调M。 2021-6-2136 （2）加工时间（物料在 成型之前的时间） w 热塑性材料：要求t4不能太短，否则还未 成型就已分解、交联。 w 热固性材料：若t4太长，效率低，需等很 长时间才能固化、脱模，周期长；若t4太 短，来不及出料已固化在螺杆或模具中。 2021-6-2137 （3）加工温度 w 可以测定不同温度下（T）的转矩流变曲 线，得到MT关系。 2021-6-2138 （4）材料的热稳定性 w 以分解时间（t4）的长短来表征。 2021-6-2139 1、研究原材料的可加工性、研究原

10、材料的可加工性 2021-6-2140 三种PVC原料的转矩流变曲线 2021-6-2141 1：t3最长，M3最高，最不宜加工 3：t3最短，M3最低，最宜加工 2021-6-2142 2、测试聚合物热稳定性、测试聚合物热稳定性 2021-6-2143 PVC加工中常用的稳定剂 w CaCO3 w CaSO4 w SiO2 w TiO2 w 高岭土 w 红泥 w 碳黑 w 滑石粉 2021-6-2144 CaCO3，红泥 对PVC热稳定性的影响 2021-6-2145 红泥（RM2） w铝土矿中提取Al2O3后的残渣，含有 Al2O3、Fe2O3、SiO2等。 2021-6-2146 红泥添

11、加量对PVC热稳定 性的影响 2021-6-2147 3、增塑剂吸收情况研究、增塑剂吸收情况研究 2021-6-2148 增塑剂吸收情况观察 w反应增塑剂的分散快慢; w增塑剂与聚合物的相互作用情况。 2021-6-2149 增塑剂吸收过程的流变曲线 2021-6-2150 不同类型增塑剂吸收 过程的流变曲线 邻苯二甲酸二辛酯 邻苯二甲酸二丁酯 邻苯二甲酸二异辛酯 2021-6-2151 3种增塑剂吸收情况分析 w DIOP：达到平衡的时间（t3)最长，但是 达到平衡时的转矩值(M3)最低。（说明吸 收完全，增塑效果最好） 2021-6-2152 5、生胶或混炼胶塑化性能、生胶或混炼胶塑化性能 w 天然橡胶胶料在使用前都需要经过有效的 塑化 w 如在开炼机或密炼中进行塑化，要达到塑 化完全，必须保证有充足的塑化时间，安