熔融指数与分子量的关系

1、熔融指数与分子量的关系熔体指数简称MI,是反映热塑性树脂熔体流动特性及分子量大 小的指标,在一定的温度和负荷下,其熔体在10min通过标准毛细管 的质量值,以g/10min表示.10g(MI)=A-BlogM , A和B是比例常数,M即分子量.工业上常常 利用这一关系来比拟两个具有相同(相似)结构的聚合物分子量的相 对大小.因而熔融指数的大小可以反映聚合物分子量的大小,所以分子量 对树脂性能的影响在熔融指数的变化上应该都可能有所反映, 而且也 可能反响出一个聚合物的枝化程度等.熔融指数可以在一定程度上反映分子量,在加工中很常用.因 为加工过程关心的是树脂熔体的流动性,不管分子量、分布以及分子

2、结构如何,最终都要反映在流动性上,所以熔融指数的意义对于加工 来说很大.熔融指数也就受上述多种因素的影响, 反过来也可以在一 定程度上反映上述各参数.聚合物熔体流动速率及流动活化能的测定在塑料加工中,熔体流动速率是用来衡量塑料熔体流动性的一个 重要指标.通过测定塑料的流动速率,可以研究聚合物的结构因素. 此法简单易行,对材料的选择和成型工艺条件确实定有其重要的实用 价值,工业生产中采用十分广泛.但该方法也有局限性,不同品种的 高聚物之间不能用其熔融指数值比拟其测定结果,不能直接用于实际 加工过程中的高切变速率下的计算,只能作为参考数据.此种仪器测 得的流动性能指标,是在低剪切速率下测得的,不存

3、在广泛的应力应 变速率关系,因而不能用来研究塑料熔体粘度和温度,粘度与剪切速 率的依赖关系,仅能比拟相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数 值.一、实验目的：1 . 了解热塑性塑料在粘流态时粘性流动的规律.2 .熔体速率仪的使用方法.二、实验原理：所谓熔体流动速率MFR是指热塑性塑料熔体在一定的温、压 力下,在10分钟通过标准毛细管的质量,单位：g/10min.对于同种高聚物,可用熔体流动速率来比拟其分子量的大小, 并可作为生产指标.一般来讲,同一类的高聚物化学结构相同假设 熔体流动速率变小,那么其分子量增大,机械强度较高；但其流动性变 差,加工性能低；熔体流动速率变大,那么分子量减小,强度有

4、所下降, 但流动性变好.研究流动曲线的特性说明,在很低的剪切速率下,聚合物熔体的 流动行为是服从牛顿定律的,其粘度不依赖于剪切速率,通常把这种 粘度称为最大牛顿粘度或0剪切粘度刀0,它是利用Y=f S关系, 从很小的剪切应力S外推到零求得的.根据布契理论,线形聚合 物的零剪切粘度与大于临界分子量的重均分子量的关系式为,式 中K是依赖于聚合物类型及测定温度的常数.许多研究说明,对于分子量分布较窄或分级的高密度聚乙烯, 是遵守3.4次方规那么的.但在分子量分布宽时,M的指数有所增大.如果使指数保持为 3.4,那么需用某种平均分子量代替重均分子量,其关系式为：式中,.当分子量分布窄时,接近；当分子量

5、分布宽时,接近Z均分于量.在实际应用中,不是用零剪切粘度评定分子量,而是用 低剪切速率的熔体流动速度习惯上叫熔融指数评定的.经研究, 熔融指数与重均分子量的关系如下：但由于熔融指数不只是分子量的函数,也受分子量分布及支链的影 响,所以在使用这一公式时应予注意.根据ASTM®定,聚乙烯的熔融指数是在190C,负载2.16公斤 下,熔体在10分钟通过标准口型d 2.095?mn的重量,单位为 g/10min.下面讨论如何用熔融指数测定聚合物熔体的流动活化能.对高聚物熔体粘度进行的大量研究说明,温度和熔体零剪切粘度 的关系在低切变速率区可以用安德雷德方程描述.-式中刀0为温度T下时的零剪切

6、粘度,Ex为大分子的链段以一个 平衡位置移动到下一个平衡位置必须克服的能垒高度,即流动活化 能.上式在50c的温度区间具有很好的规律,把3式化为对数形 式,得：以lg刀0对1/T作图,应得一直线,其斜率为 Et1 /2.303RT由此很 容易标出Ei.由于需要在每一温度条件下用改变荷重的方法做一组 实验,通过外推才能求得零剪切粘度.所以费时太多.可以利用熔融指数仪,测定不同温度,恒定切应力条件下的MI值,并由此求出表观活化能.原理如下：由泊萧叶方程知道,通过毛细管粘度计的熔体的粘度 5式中：R与L分别为毛细管的半径与长度；AP 为压差；V为体积流 速.那么： 6在固定毛细管及 p的条件下 由M

7、I的定义知道,MI正比于V所以 8将其代入3式,得 9由上式可导出 10式中B= IgAlgK'.以-lgMI对1/T作图,应得一直线,由其斜率 可求得Ex.还可以利用MI的实测值计算样品的,A及不同温度下 刀的值.三、仪器与试剂：图 11-4 XRZ-400A图 11-3 XRZ-400AXRZ-400A型熔体流动速率仪,该仪器由试料挤出系统和加热限制系 统两局部组成,其面板及主体结构分别如图11-1和11-2所示.天平、 聚乙烯粒料.四、实验条件：测定不同结构的塑料的熔体流动速率,所选择的温度、负荷、试 料用量、切割时间等各不相同,其规定标准见表11-1、11-2.表 11-2有关

8、塑料试验条件按表11-1序号选用.PE 1, 2, 3, 4, 6POM 3PS 5, 7, 11, 13ABS 7, 9PP 12, 14PC 16PA 10, 15丙烯酸酯8 , 11, 13纤维素酯2, 3共聚、共混和改性等类型的塑料可参照上述分类试验条件选用.表 11-2试样参加时用活塞压紧,并在1min加完,根据选用的试验条件加负 荷.注：如果MFR> 10时,这种情况下预热期间可不加负荷或加较小负荷.2 .温度波动应保证在？.5C以炉温须在距标准口模上端 10.0mmt 测量3 .天平感量为0.001g.4 .秒表精确至0.1s.五、实验步骤一熔体流动速率的测定：1 .将仪器

9、调至水平.2 .仪器需清洁,在装好标准口模并插入活塞后,开始升温,当温度升到规定温度时,恒温15min.3 .根据试样预计的熔体流动速率值, 按表11-2称取试样并参加料筒 中.4 .试样经4min预热,炉温度恢复到规定温度.可用手压使活塞降到 下环形标记,距料筒口 5mnr 10mm止,这个操彳时间不超过l min.待活塞下降 至下环形标记和料筒口相平时切除己流出的样条,并按表 11-2规定 的切样时间间隔开始正式切取.保存连续切取的无气泡样条 5个.当活塞下降到上环形标记和料筒口相平时,停止切取.注：MFR>25时,可选用 巾=1.180mm!勺标准口模.试样条长度最好选在10mnr20mmi间,但以切样间隔为准.样条冷却后,置于天平上称重.假设每组所切样中重量的最大值和最小值之差超过其平均值的10%,实验应重做.每次试验后,必须用纱布擦净标准口模外表、活塞和料筒,模孔用直径适宜的黄铜丝或木钉趁热将余料顶出后用纱布擦净.二LDP璇动活化能的测定在130C-230 c区间选5-6个温度点,按一的步骤分别测定 LDPE 的流