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Ml，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内通过标准毛细管的质量值，以g/ 10min表示。log(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

3、， 不存在广泛的应力应 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 分钟内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

4、子量减小，强度有所下 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n0它是利用n= fs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

5、系式为： 式中， 。当分子量分布窄时， 接近 ；当分子量分布宽时， 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。按照ASTM规定，聚乙烯的熔融指数是在190 C,负载2.16公 斤下，熔体在10分钟内通过标准口型© 2.095?mm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

6、度 的关系在低切变速率区可以用安德雷德方程描述。-式中n。为温度T下时的零剪切粘度，En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50 C的温度区间内具有很好的规律， 把3式化为对数形式， 得：以lg n对1/T作图，应得一直线，其斜率为 En/2.303RT由此很容 易标出En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

7、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Ap的条件下 7由 MI 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= IgA IgK；以-IgMI对1/T作图，应得一直线，由其斜率可 求得En还可以利用MI的实测值计算样品的，A及不同温度下n 的值。三、仪器与试剂：图 11-4 XRZ-400A图 11-3 XRZ-400A XRZ-400A 型熔体流动速率仪，该仪器由试料挤出系统和加热控制系 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

8、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 内加完，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以内炉温须在距标准口模上端

9、10.0mm 处测量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 5mm 10mm为止，这个操作时间不超过I 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的标准口模。 试样条长度最好选在 10mm 20mm 之间，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LDPE流动活化能的测定在130 C-230 C区间选5-6个温度点，按一的步骤分别测定LDPE 的