聚合物特征和试验2005课件

Polymercharacterizationandtesting

聚合物特征和试验Testingandcharacterization(generally3categories)

试验和特征（通常可分为三类）

ProductionlabtestingforpolymerQArelease为发放聚合物质量保证书而进行的生产实验室试验Mfr,solubles,additives,etc，熔体流动速率（MFR）、可溶性和添加剂等Non-routinepolymerstructuretesting非常规的聚合物结构试验MWD,tacticity,meltingbehavior，分子量分布（MWD）、立构规正度、熔融特性Applicationtesting(howdoesitperformpostprocessing)应用试验（在后加工过程中表现的特性）Tensiles,HDT,flexmod,impact,etc，拉伸强度、热变形温度（HDT）、弯曲模量、抗冲击强度等Testingofmoldedparts(microscopy,gloss,etc)，对模塑零件进行的试验（显微镜试验、表面光泽等）Productiontesting

生产试验Mfr，熔体流动速率（MFR)Additivecontent，添加剂含量Ethylenecontent，乙烯含量Hexaneextractables，己烷可抽提物Decalinsolubles，十氢化萘可溶物Xyleneextractables，二甲苯可抽提物Volatiles，挥发份Yellownessindex，黄度指数Pelletsize，塑料粒子尺寸Powderparticlesizedistribution，粉体颗粒度分布Powdermetalsanalysis，粉体金属含量分析Dirt/contamination/pelletappearancetest，杂质／污染物以及粒子的外观试验Filterpressurerise/geltest，过滤器压力升高／凝胶试验Mfrcontinued

熔体流动速率（MFR)（续）Mfr(gms/10minutes)=weightofextrudate/timeintervalMFR（克／10分钟）＝挤出条的重量／时间间隔Generallyanautomatedprocess通常是一个自动进行的测试过程Customersoftenhaveonly1plastometer;maynotagreewithourlab客户通常只有一台塑性计，有可能和我们实验室仪器的型号不同TiniusOlsenMP600=>右图为TiniusOlsenMP600型Multipleextrusions/MFRtestingmeasuresadditivepackageeffectiveness多次挤出／熔体流动速率测试，测量添加剂配比的有效性Additivecontent

添加剂含量Onlyone“keyadditive”ismeasuredinthepellet只测定塑料颗粒中“关键添加剂”的含量Thekeyadditivelevelisusedasanindicatoroftotaladditivelevelandotheradditivelevels.根据各项添加剂的添加比例，用这项关键添加剂的含量来表示总的添加剂含量以及其它添加剂含量MethoddependsontheadditiveMasterbatchbeingcorrect!本方法取决于添加剂母料混合物的配方比例必须是正确的Someadditivesareeasiertomeasurewithprecisionthanothers(typicalkeyadditivesarephenolics,phosphites,andCaStorDHT).某些添加剂要比其它添加剂更容易精确测定（常用的关键添加剂有酚醛树脂、磷酸酯，和硬脂酸钙或二丁基羟甲苯（DHT））SpecifictestsusedtodetermineadditivelevelincludeFTIRandXRF用于测定添加剂含量的特殊试验方法包括富利埃变换红外光谱法（FTIR)和X射线荧光分析法（XRF）FTIR

富利埃变换红外光谱“FourierTransformInfraRed”Spectroscopy“富利埃变换红外”光谱GoodforPhenolics,HinderedPhenols(PrimarystabilizersandUVStabilizers),andsimilarmolecules适合于酚醛树脂、受阻酚(主要的稳定剂和紫外光稳定剂)以及类似分子的检测CommonKeyadditivesincludeIrganox1010/3114,DGMS,andTinuvin622,andSodiumBenzoate常用的关键添加剂包括Irganox1010/3114、DGMS以及Tinuvin622和苯甲酸钠Pelletsarecompressionmoldedintosheet,whichisinsertedintomachine先将样品塑料粒子压制成薄片，然后将样片插入到检测仪器中Calibrationcurveneededtocalculateadditivelevel需要用校正曲线来计算添加剂的含量EthyleneContent

乙烯含量UsesFTIR(pressedplaques,etc)采用富利埃变换红外光谱（试样压片等）Calculates计算Totalweightpercentethylene乙烯的总重量百分比含量WeightPercentethyleneintherandomcopolymersegment无规共聚物片断中的乙烯重量百分比含量Calculatesthepercentageoftheimpactcopolymercomposedofethylene-propylenerandomcopolymer计算由乙烯-丙烯无规共聚物组成的高抗冲共聚物的百分比含量UsedforQCcontrolandproductrelease用于QC控制以及发放产品质量证书HexaneExtractables

己烷可抽提物Pelletsaregroundintoapowder先将塑料粒子磨成粉末Refluxedinboilinghexanefor3hoursinathimble放在套管内用沸腾的己烷回流三小时Weightlostinextractionisreportedas%hexaneextractables称重计算抽提失重，计作己烷可抽提物百分比Inplantenvironment,%HEisalsomeasuredbyNMR在工厂环境中，己烷可抽提物百分比也可以用核磁共振法（NMR）进行测定Samesampleprep准备相同的样品NMRmustbecalibratedbasedonnumerousknownsamplesNMR必须用各种已知的样品进行校正DecalinandXyleneSolubles

十氢萘和二甲苯可溶物

Xyleneextractsmorefromtheresinthanhexane二甲苯可以比己烷从树脂中抽提出更多的提取物DecalinextractsmorefromtheresinthatXylene十氢化萘可以比二甲苯从树脂中抽提出更多的提取物Decalintestprocedure:十氢化萘试验步骤：

powdersampleisdissolvedinheateddecalin将粉状样品溶解在加热的十氢化萘中thesolutionischilledat0C,andthenfiltered将溶液在0ºC下冷冻，然后进行过滤Theresultingsolutionisplacedinaweighedpan,andheatedat120Cfor2hours.Materialinpanisdecalinsolubles.将过滤所得的溶液放置在一个称量盘中，在120ºC下加热两小时，称重盘中的剩余物料计作十氢化萘可溶物XylenetypicallynotusedbyBPNA,thoughothersuppliersuseitBP北美通常不采用二甲苯可溶物指标，虽然其它供应商采用这个指标NMRisalsousedtotestDSandXS也可以用核磁共振法(NMR)进行十氢化萘可溶物(DS)和二甲苯可溶物(XS)试验YellownessIndex

黄度指数HunterLabcolorimeterusedfortest试验用Hunter试验室色度仪进行PelletYImeasuredbyplacingpelletsintosamplecupandmeasuringwithdevice将颗粒料放置在样杯中，然后用色度仪进行颗粒料的黄度指数测定Bcolorsometimesusedbyfilmcustomers有些时候薄膜制造商采用B色度Oldmethodincludedpressingafilmfromthepowderorpellets,andthenmeasuringthefilm老的测试方法还包括将粉料或颗粒料压制成薄膜，然后用薄膜样进行色度测试Additionalthermalhistorymakesthisalessrepeatable,morevariabletest由于制样过程中承受的热经历，老方法的重现性较差，测试结果的变化也较大Pelletsize

颗粒料的粒度Reportedin#ofpellets/g以颗粒数／克计Seedcounterused采用种子计数器进行测试Roughly0.96to1.04gramsofpelletsareweighedintoadish,theseareplacedinseedcounter,andthenumberofpelletsarecounted.在称量盘中称重大约0.96-1.04克的样品颗粒，然后放入种子计数器进行颗粒数计数Manywaystotest/report:有许多测试／报告的方式：Somecustomerscountbyhand(thiscanleadtodebatesoverwhatisconsideredapelletvsachiporchafe）有些客户采用手工计数法（这种方法在决定哪些颗粒算作碎片或磨屑时会导致争议）Somesuppliersreportgper100pelletsorasimilarmeasure有些供应商报告为每100颗塑料粒子的重量（克），或类似的计量方法Powderparticlesizedistribution

粉料的颗粒度分布 MalvernMatersizermeasuresthesizeofparticlesfallingfromapowderfeederusingalaserlightsourceandmultipledetectors采用MalvernMatersizer激光粒度仪作颗粒度测定，被测粉料的样品从加料器中加入，使用激光光源和多通道检测器进行颗粒度计数Softwarereportsresult使用专用的软件来报告测定的结果Sievetestoftenused(morelaborintensive)经常采用筛分试验（但需耗费较多的人力）Dirt/Contamination/Appearance

杂物／污染物／外观Fordirtandcontamination,a4”X4”X1/8”plaqueiscompressionmolded.压制一个4”X4”X1/8”的样板，用于杂物和污染物测定Plaquevisuallyinspectedfordirt&contamination对样板进行杂物和污染物的目视检测Pelletappearance–45gofpelletspouredintosquaretray1pelletdeep塑料粒子的外观－将45克塑料粒子倒入一个颗粒深度的方型盘中，检查Finesaresmallparticles<10mesh(usuallytailsfrompoorcut)粒度小于10目的为细料（通常为粒料切割不当而产生的尾料）Snakeskins:thinstreamers/filmsformedfromabrasion/buildupofresinintransferpipes蛇皮料：由于树脂颗粒在输料管道中摩擦和积聚而形成的薄的条带／薄膜Angelhair:thin,smallstrandsoffiber/filmsimilartosnakeskin(frequentlyballtogetherinclumps)毛边料：类似于蛇皮料的薄的、小纤维条／薄膜束（常常团聚成为块状）Chips:fragmentofpellets片状料：塑料粒子的碎片Smears:flattenedpelletsnotcutcleanly扁平料；没有完全切割好的扁平的塑料粒子Tails:pelletswithsmallstrandsattached–knivesnotcuttingwell尾料：连有细小的料束的塑料粒子－切割刀片没有切割好Doubles:twopelletsjoinedbyfilm–knivesnotcuttingcleanly双联料：由薄膜连接的两颗塑料颗粒－切割刀片没有切割干净FilterPressureRise/GelTest

过滤器压力升高／凝胶试验 NeitherusedatChocolateBayou,bothrunatDeerParkChocolateBayou两种试验均不进行，DeerPark两种试验都采用Infilterpressurerisetest,resinisextrudedlongenoughtoflushextruder,anewfilterdiskisinserted,andaspecificamountofresin(ortime)isrunandthepressurerisemeasured.Thisisanindicationofresincleanliness–normallynotaproblemwith4thgenerationcatalysts在过滤器压力升高试验中，先用树脂样进行足够长时间的挤出以便将挤出机冲洗干净，然后插入一张新的过滤盘，挤出规定量的树脂（或运行规定的时间），测定压力的升高。压力升高值可以代表树脂的清洁程度－对于第四代催化剂通常不会存在树脂清洁度问题Ingeltest,theresinisextrudedintoafilmandthefilmisexaminedforgels(oftenanautomatedprocess).Generallynotanissuewith4thgenerationcatalyst,canbeanissuewithICPs.在凝胶试验中将树脂挤出成一张薄膜，然后测定薄膜上的凝胶点（通常采用一种自动的测试过程）。对于用第四代催化剂生产的树脂通常不会出现问题，对于抗冲共聚物（ICPs）会有问题Non-RoutinePolymerTesting

非常规聚合物试验

GPCMWD气体渗透色谱法测定分子量分布NMRTacticity核磁共振法测定立构规正度DSCMeltingBehavior差示扫描量热法测定熔融特性NMRTacticity

核磁共振法测定立构规正度

NuclearMagneticResonanceSpectroscopy核磁共振光谱法Expensive，昂贵Determineshowcarbonsarebonded，检测碳原子是如何连接的Tellsyouhow“perfect”orisotacticaresinsamplesis.可以告诉您，一种树脂样品是如何“结构完美”或全同立规的Thehighertheisotacticity,themoreperfectthemolecules,thehigherthestrengthandstiffness全同立规的程度越高，分子的结构就越完美，强度和刚性就越大Lowertacticitydesirableforfilmgrades(tohelpinthefilmstretchingprocess)andforapplicationsthatneedlowerstiffness对于薄膜级产品以及需要较低刚度的应用，就需要立构规正度低一些的树脂（有助于薄膜的拉伸过程）Forhomopolymersonly–ICPandRCPgivestrangeresultsbecauseofhighethylenecontent本测定方法只适用于均聚物－由于乙烯基含量高，抗冲共聚物（ICP）和无规共聚物（RCP）会给出奇怪的测定结果DSC–DifferentialScanningCalorimetry

DSC-差示扫描量热法Thermalproperties

热性能Meltingpoint熔点温度Meltingenthalpy熔融焓Crystallizationpoint结晶温度Crystallizationenthalpy结晶焓FromGHO,SeccoTrainingJune2004取自于GHO，赛科培训，2004年6月ApplicationTesting

应用性试验

Usedtocompareresins用于进行树脂的比较Testssuitabilityforanend-useapplication对某一项终端应用进行适用性试验Typicallytestapartmadeundercontrolledconditions,suchasatensilebarorcastfilm常用于对在某一规定条件下制造的部件进行测试，例如，拉伸试条或流延薄膜MostcommontestsusedonPPDatasheets:用于聚丙烯特性数据表的最常用的试验Tensiles,elongation,modulus，抗拉强度、伸长率、模量Flexuralmodulus，弯曲模量Heatdeflectiontemperature，热变形温度Impacttesting，冲击试验Visualcharacteristics–gloss,blush,haze,etc.，目视特性－光泽度、泛红光、浑浊度等ASTMMoldingProcedure

美国材料协会（ASTM）模塑成型步骤MoldTemp60+/-3C，模具温度60±3ºCCycleTime:45sectotal，周期：总计45秒20secinjection，20秒注塑20seccooling，20秒冷却5secejection，5秒样条取出MeltTemp–varieswithMFR(highermfr=lowertempbecauseofviscositydifference)熔融温度根据MFR而不同（由于粘度的不同，较高MFR的试验采用较低的熔融温度）BackPressure–0.7MPa背压－0.7MPaConstantpartweightistargeted指标是恒定的样条重量MoldedBarTensiles

模塑样条的拉伸试验 Sampleisinsertedintoatensileloadtester,whichclampsbothendsofthebarandpullsuntilbreak.Loadismeasuredbyaloadcell;elongationbytherateofextension(speedofthetest).将样条插入一台拉伸载荷试验机，试样两端被夹住并拉伸至断裂。通过一个测力传感器测量载荷，通过延伸的速率（测试的速度）测量伸长率Typicallyreportloadandelongationatyield,andloadandelongationatbreak通常报告试样在屈服和断裂时的载荷以及伸长率Modulus(theratioofstresstostrain)isalsosometimesreported(load/elongation,typicallyatlowelongations)有时也报告模量（应力／应变之比）（载荷／伸长率，特别是在低伸长率）FlexuralModulus

弯曲模量Measuresstiffness测量刚度ASTMD790A-Testsbarmoldedbarstiffnessinathreepointtest:barissupportedatends,andastandardtippressesagainstthemiddleandmeasuresload/resistance.ASTMD790A–在一个三点试验中测试模塑样条的刚度：样条的两端受到支撑，用一个测试尖端压在样条的中部，测试载荷／冲击强度，TypicallyreportedaskpsiorMPa通常报告的单位为kpsi或MPaGeneralRulesforFlexMod

弯曲模量的通用规律

LowerMFR=HigherFlexuralModulus较低的MFR=较高的弯曲模量HigherTacticity=HigherFlexMod较高的立构规整度=较高的弯曲模量LowerSolubles=HigherFlexMod较低的可溶物=较高的弯曲模量NarrowerMWD=HigherFlexMod较窄的分子量分布=较高的弯曲模量Nucleation=HigherFlexMod晶核形成=较高的弯曲模量HigherEthyleneContent=LowerFlexMod较高的乙烯含量=较低的弯曲模量HeatDeflectionTemperature

热变形温度 Measuresstiffness/heatresistance测量刚度／耐热性能Barissupportedattheendsinanovenwithatipunderastandardloadpressingdownonit.Thetemperatureisincreasedatasteadyrateuntilthebardeflectsby0.25mm(ASTMD648)将样条两端支撑起来，置于烘箱内，在标准的载荷下用一个测量尖端向下施压。以一个稳定的升温速率升高温度直至样条变形达到0.25mm（ASTMD648）Typicallyhassametrendsasflexmod.通常和弯曲模量有相同的趋势Fillersandnucleationwillincreasestiffness填充料和晶核形成会增加刚度NotchedIzodImpactTest

缺口（艾氏）冲击试验 Measurestheabilityofthepolymertoabsorbanimpact.测定聚合物吸收冲击的能力ASTMD256uses1/8”thickbar.NAtypicallyrunsnotchedbartest.ASTMD256采用1/8”厚的样条。北美常采用缺口样条冲击试验Un-notchedsideisimpactedwithapendulum–theheighttowhichthependulumreboundsindicatestheenergyabsorbedbythesample(oritbreaks)用摆锤冲击样条不开缺口的一侧，摆锤回弹的高度表明了样条吸收的能量（或完全断裂）HPPtypicallyhasverypoorimpact(brittle),especiallycoldimpact均聚聚丙烯通常具有较差的抗冲击强度（脆性的），特别在冷态冲击试验中RCPslightlybetter无规共聚物的抗冲击强度略好ICPverygood;coldimpactgoodenoughforbumpersandfrozenfoodcontainers等规共聚物有极好的抗冲击强度：冷态下的抗冲击强度极好可以制作保险杠和冷冻食品的容器OtherImpactMeasurements

其它冲击强度测定方法

CharpyImpact摆锤式冲击试验机AlsoapendulumtestsimilartoIzod也是一种类似于艾氏缺口冲击强度试验的摆锤式冲击强度试验Gardner,FallingDart加德纳，落锤试验Aweighteddartisdroppedonthesampleinsteadofanimpac