熔融指数与分子量的关系

1、熔融指数与分子量的关系 作者：日期: 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lOmin内通过标准毛细管的质 量值，以 g /lOmin 表示。？log(MI)=A Bio gM, A 和 E 是 比例常数，M即分子量。工业上常常利用这一关系来比较两个具有相同 (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 也可能反应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

2、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的确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较其测定结果，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

3、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，仅能比较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/ 1 0mino 对于同种高聚物，可用熔体流动速率来比较其分子量的大小，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)若熔体流 动速率变小，则其分子量增大，机械

4、强度较高;但其流动性变差，加工性 能低;熔体流动速率变大，则分子量减小，强度有所下降，但流动性变 好。 研究流动曲线的特性表明，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nQ它是利用n = 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。许多研究表明，对于分子量分布较窄或 分级的高密度聚乙烯，是遵守3 .4次方规则的。但在分子量分 布宽时，皿的指数有所增大。如果使指数保持为3

5、. 4,则需用某种平均 分子量O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19 0C,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/10 m in。 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

6、体粘度进行的大量研究表明，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。 -式中叶0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I g n0对1 /T作图,应得一直线，其斜率为En/2. 3 0 3RT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M I值,并由此求出表 观 活化能。原理如下： 由

7、泊萧叶方程知道，通过毛细管粘度计的熔体的粘度 （5） 4MMB *MMMW4MMMW*MWW4MMMHB * W*MMMWWM HMMHMHM J J 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。 则：（6） 在固定毛细管及Ap的条件下 由M I的定义知道，M I正比于V, 所以 （ 8） 将其代入（3）式，得 一一 一一 一一 ） 由上式可导出 （1 0） 式中B=lgA-lg K ，。以一IgMI对1/T作图,应得一直线，由其斜率可求 得E n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-4 0 0A 图 11- 3

8、XR Z- 4 00A XRZ-4 0 OA型熔体流动速率仪，该仪器由试料挤岀系统和加热控制系 统 两部分组成，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11T、U-2o 表 1 1 2 有关塑料试验条件按表11-1序号选用。 PE 1 , 2 ,3 ,4, 6 P 0M 3 PS 5, 7, 1 1, 13 ABS 7, 9 P P 12, 14 PC 1 6 PA 10 , 1 5 丙烯酸酯8, 1 1, 13 纤维素酯2, 3 共聚、共混和改

9、性等类型的塑料可参照上述分类试验条件选用。 表 11-2 试样加入时用活塞压紧，并在lmi n内加完，根据选用的试验条件 加负荷。 注:如果M FR10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10. 0 mm处测量） 3. 天平感量为0. OOIgo 4. 秒表精确至0Iso 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 规疋温度时，怛温1 5 m i rio 3 根据试样预计的熔体流动速率值，按表11- 2称取试样并加入料筒 中。 4 试样经4

10、m i n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 5mnT 1 0mm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。保留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: MFR25时，可选用 巾=l180mm的标准口模。 试样条长度最好选在10m m20mm之间，但以切样间隔为准。 样条冷却后，置于天平上称重。 若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表面、活塞和料筒，模孔用 直 径合适的黄 铜丝或木钉趁热将余料顶出后用纱布擦净。 （二儿D PE流动活化能的测定 在13 0C- 230C区间选5 -6个温度点，按（一）的步骤分别测定L D PE的流动速率。 六、结果计