《聚合物特征和试验》PPT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,Mfr熔体流动速率,ASTMD1238美国材料实验协会ASTMD1238（试验方法的标准）MeasuresviscosityofPPmelt(afunctionofMw)测量聚丙烯熔体的粘度（是分子量的函数）Samplessizefrom2.5to6.0grams(higherMFRrequiresmoresamplebecausemoreflowsthroughmachineduringtest)样品重量2.5-6克（MFR较高的样品，由于在试验中流经测试仪器的流量较大，所以需要更多试样量）Cylindricalchamberfilledwithresinandpistonsetinplace将被测树脂填满圆筒形的测试管，将活塞安放就位After4minutepreheat,2.16kgweightplacedonpistonandpistonpushedtocalibrationmark(6minutes)预热4分钟后，将2.16公斤的重锤安放在活塞的顶端，并将活塞推到校准的标记位置（6分钟）Cutextrudatestarttimer.Atendoftimeperiod,cutextrudate切断熔体的挤出条，按动秒表计时，在定时周期结束时，再次切断熔体的挤出条,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,XRF:X-RayFluorescenceSpectrometerXRF:X-射线荧光光谱仪,GoodforadditivescontainingCalcium,Phosphorus,Sodium,Sulfur,Zinc适合于检测含有钙、磷、钠、硫、锌的添加剂Pelletspressedintoplaqueandinsertedintomachine先将试样塑料粒子压制成型为样板，然后将样板插入检测仪器Needtohaveacalibrationcurveforadditive必须先建立一条添加剂含量的校正曲线,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0C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120C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,OvenVolatiles烘箱挥发份试验,Sampleissealedinmetalcontainerwhentakenfromunit将从生产装置上取来的样品放置在密封的金属容器中Forpowder,20gisplacedintoapre-weigheddisposablealuminumdishandheatedat105Cforonehour.Theweightlostisthe%volatiles.对于粉状样品，取20克样品放置在预先称重的一次性铝盘中，然后在105C下加热一小时，称重计算失重，计作挥发份百分比Forpellets,5gisplaceinadish,heatedforonehourat165C.Weightlostis%volatiles.对于颗粒状样品，取5克样品放置在预先称重的一次性铝盘中，然后在165C下加热一小时，称重计算失重，计作挥发份百分比Reminder:weightlostcouldbeoligomers,additives,water,oranythingelsethathappenedtobeonorinthesample!注意：失重的物质中可包括低聚物、添加剂、水以及任何偶然沾染到样品表面或进入样品中的其它物质,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）,PowderResidualMetalsAnalysis粉料残余金属含量分析,UsesXRFinstrumentandprocedure采用X-射线荧光光度计和测试步骤进行测试Typicallytrackaluminum,titanium,andchlorine通常追踪铝、钛和氯的残余量Canbeusedtohelpdeterminecatalystactivity(howmuchcatalystisneededtoproduceXkgofPP)测试结果可以用于决定催化剂的活性（生产X公斤聚丙烯需要多少催化剂）,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Plaquevisuallyinspectedfordirtelongationbytherateofextension(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）,Measurementofthetensilebehaviourofaspecimen(smallinjectedpiece):tensilemodulus,tensilestrengthatyieldandatbreak样条（小型的注塑件）拉伸特性的测量：在屈服和断裂时的拉伸模量、拉伸强度InEurope,weuse:ISO527，在欧洲，我们采用：ISO527标准InNA,weuse:ASTMD638，在北美，我们采用：ASTMD638标准Units:ModulusMPa(psiinNA)，单位：模量MPa（北美用psi)StrengthatyieldandatbreakMPa(psiinNA)屈服和断裂强度MPa(北美用psi)Elongationatbreakandatyield(%)，屈服和断裂伸长率（）,Elongationatbreak断裂伸长率,Strengthatbreak断裂强度,Elongationatyield屈服伸长率,Strengthatyield屈服强度,TensileTestContinued拉伸试验续,yieldpointbeyondwhichthematerialdeformsirreversibly屈服点：超过该点后材料的变形是不可逆转的breakpointwherethematerialcannotstretchanymore:itbreaks.断裂点：材料发生断裂，再也无法伸长,FromG.Hallotpresentation摘自G.Hallot的演示,GeneralRulesforTensiles拉伸试验的通用规律,LowerMFR=LowerTensileStrength较低的MFR=较低的抗拉强度HigherTacticity=HigherTensileStrength较高的规正度=较高的抗拉强度LowerSolubles=HigherTensileStrength较低的可溶物=较高的抗拉强度NarrowerMWD=HigherTensileStrength较窄分子量分布=较高的抗拉强度Nucleation=HigherTensileStrength晶核形成=较高的抗拉强度EthyleneContent=LowerTensilestrength较高的乙烯含量=较低的抗拉强度,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MPa,GeneralRulesforFlexMod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-notchedsideisimpactedwithapendulumtheheighttowhichthependulumreboundsindicatestheenergyabsorbedbythesample(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Aweighteddartisdroppedonthesampleinsteadofanimpactbyapendulum一个有规定重量的试锤跌落到试样上，代替用摆锤进行冲击试验,Hardness硬度,Twomostcommonmeth