热塑性塑料熔融指数(熔体流动速率)的测定:实验原理

熔融指数(Melt Flow Index,MI或MFI)又称熔体流动速率,是指热塑性塑料在一定的温度和压力下,熔体在10 min内通过标准毛细管的质量值,以(g/10 min)表示。在塑料加工成型中是衡量聚合物流动性能好坏的一个重要指标。对于一定结构的聚合物,其熔融指数小,分子量就大,相应的聚合物的断裂强度、硬度等性能都会提高;其熔融指数大,分子量就小,加工时流动性就相对好一些。因此,熔融指数是工业上常用来表示熔体黏度的相对数值。在无分子量数值的情况下,对同一结构的聚合物,熔融指数也可用来比较分子量的相对大小。

此外,当熔融指数与加工条件、产品性能和工作经验联系起来,方可具有较大的实际意义。不同用途和不同的加工方法对聚合物的熔融指数有着不同的要求,如表45-1所示。一般情况下,注射成型用的聚合物熔融指数较高;挤出成型用的聚合物熔融指数较低;吹塑成型用的聚合物熔融指数介于两者之间。熔融指数是在给定的切应力下测得的,而在实际加工过程中,聚合物熔体处在一定的剪切速率范围内,因此对于牌号不同的同一种聚合物,在生产中经常出现熔融指数值相同却表现出不同的流动行为,而熔融指数值不同却有相似的加工性能现象。熔融指数的测定方法简便易行,塑料工业上应用比较广泛,而且国内生产的热塑性树脂常附有熔融指数的指标。

表45-1 各种加工方法适宜的聚合物熔融指数值

聚合物的各种性能与其密度、分子量分布和熔融指数有着密切的关系。一般说来,它的物理机械性能优良,可用多种加工方法和成型设备生产不同用途的制件。例如聚乙烯的密度、分子量分布与熔融指数密切相关,不同品种应用的领域也有所不同,如图45-1所示。

图45-1 聚乙烯密度、分子量分布和熔融指数与使用范围的关系

熔融指数测定仪是一种简单的毛细管式的、在低切变速率下工作的仪器。国产各种型号的熔融指数测定仪虽有一些区别,但都是由主体和加热控制系统两部分组成。加热控制系统可自动将主体料筒内的温度控制在所设定的温度范围内,要求温度波动维持在0.8℃以内。主体部分如图45-2所示。

图45-2 熔融指数测定仪的主体结构示意图

其料筒的加热器由两组加热元件组成,一组加热元件用来供给料筒处于设定温度所需90%的热量,电流供给是连续式的;另一组加热元件用来供给维持桶内温度处于设定温度波动范围内所需的热量。砝码的质量负荷通过活塞杆作用在料筒中聚合物熔融试样上,并将聚合物熔体从毛细管压出。测试时每隔一定间隔用切刀切取从毛细管流出的聚合物熔体样条,并称量其质量,就可求得高聚物的熔融指数。

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