熔融指数与分子量关系

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lOmin内通过标准毛细管的质量 值，以g / lOmin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。因为加工 过程关心的是树脂熔体的流动性，不管分子量、分布以及

2、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/10min。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

4、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n0它是利用n二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，M的指数有所增 大。如果使指数保持为3.4,则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，

5、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n。

6、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分别为毛细管的半径与长度；AP为压差；V为体积流速。贝IJ：（6）在固定毛细

7、管及Ap的条件下由MI的定义知道，MI正比于V,所以 （8）（7）将其代入(3)式，得(9)由上式可导岀(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11-1、1

8、1-2。表 11-2有关塑料试验条件按表11-1序号选用。PE 1, 2, 3, 4,6P0M 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试样加入时用活塞压紧，并在lniin内加完，根据选用的试验条件加负荷。注：如果MFR10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10.0mm处测 量)3. 天平感量为0. 001go4. 秒表精确至0. Is。五、实验步骤(-)熔体流动速率的测定：

9、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 o3. 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 5mmlOnini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=1. 180mm的标准口模。 试样条长度最好选在10mm20mm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岀后用纱布擦净。（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的流动速率。