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賽默飛世爾科技智能制造與過程分析

流變性能一鍵掌控!HAAKE旋轉(zhuǎn)流變儀揭秘聚合物“微觀結(jié)構(gòu)”密碼

時間:2025-4-11 閱讀:141
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聚合物是由重復的小分子單元相互連接為長鏈而形成的較大分子,既存在黏性又不乏彈性。在許多常見的加工工藝中,彈性過高可能導致流動異常,產(chǎn)生不良效應。比如,熔體離開擠出機的窄模具時發(fā)生膨脹。因此,了解聚合物材料的黏彈性,對于優(yōu)化配方與共混,以及選用適應于特定材料的加工工藝至關重要。

 

流變學經(jīng)證明是分析聚合物在不同狀態(tài)下機械性能的不錯工具。GB/T 33061塑料動態(tài)力學性能的測定第10部分:使用平行平板振蕩流變儀測定復數(shù)剪切黏度,規(guī)定了使用旋轉(zhuǎn)流變儀測定聚合物熔體的動態(tài)流變學性能。

 

1

聚合物分子量及分布的快速判定

 

頻率掃描可以直接測定聚合物的黏性和彈性,即在不同頻率(時間)下的儲存模量和損耗模量(G’&G”)。該數(shù)據(jù)不僅揭示材料的一般結(jié)構(gòu),而且提供分子量MW和分子量分布MWD的信息。圖1(左)顯示了相同聚合物熔體的MW或MWD變化時,交點模量(G’= G”)如何變化。如圖1(右)是兩種聚偏氟乙烯(PVDF)的頻率掃描圖。1號樣品的模量交點頻率更高,模量更大,代表其能夠更快松弛。所以1號樣品的分子量較小,但分布較窄。

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圖1、PS(190℃)的頻率掃描圖(左)、兩種PVDF(230℃)的黏彈性模量(右)(點擊查看大圖)

 

2

聚合物加工性能的評估

 

運用Cox- Merz規(guī)則,即對未填充、無交聯(lián)、線型聚合物及聚合物的中、高濃度溶液有

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不同頻率下的復數(shù)黏度數(shù)據(jù)可對應聚合物在不同高剪切(最高628 s-1)加工應用中的流動阻力。另一方面,低頻(剪切)數(shù)據(jù)可用于計算聚合物熔體的平均分子量。如圖2為兩種聚碳酸酯PC的頻率掃描圖。在高剪切下,4號樣品黏度更低,說明此樣品更易加工。低剪切下,其零切黏度更大,說明此樣品含有更多較長分子鏈,分子量更大。

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圖2、聚合物熔體的黏度-剪切速率依賴性及典型應用(左)、兩種PC的復數(shù)黏度-剪切速率(利用Cox-Merz規(guī)則)圖(右)(點擊查看大圖)

 

3

聚合物特征溫度的表征

 

利用旋轉(zhuǎn)流變儀可在連續(xù)變化的溫度下對聚合物進行振蕩剪切,獲得的數(shù)據(jù)可用于表征材料的特征相變溫度,如玻璃化轉(zhuǎn)變、熔融和結(jié)晶溫度等。這些特征溫度與其產(chǎn)品使用和加工工藝息息相關。如圖3為PC的溫度掃描(120~260℃)曲線,玻璃化溫度Tg為161.9℃,黏流溫度Tf為218.7℃。

 

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圖3、PC的黏溫特性曲線(點擊查看大圖)

 

4

聚合物的高溫熱穩(wěn)定性評價

 

大多數(shù)聚合物在高溫熔融并且暴露在空氣的條件下,會出現(xiàn)不同程度的氧化降解或者交聯(lián)現(xiàn)象。GB/T 33061.10規(guī)定了聚合物的熱穩(wěn)定性時間:從掃描開始到G*、G’和G”中任一測量值變化達到初始值5%時所用的時間。如圖4,某種聚苯硫醚(PPS),在330℃的熔融溫度下,熱穩(wěn)定時間為9.084min,而37min即出現(xiàn)黏彈性模量交點(凝膠點),代表PPS出現(xiàn)了較大程度的交聯(lián)網(wǎng)絡。

 

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圖4、某種PPS的熱交聯(lián)過程(點擊查看大圖)

 

總結(jié)

 

賽默飛HAAKE旋轉(zhuǎn)流變儀可以幫助用戶將熱塑性材料的微觀結(jié)構(gòu)信息聯(lián)系到其流變行為上。如:

 

1

聚合物的分子量對其低剪切率下的黏度的影響、分子量及分布與黏彈性模量的關系;

2

幫助用戶量化材料在不同高剪切加工應用中的流動阻力;

3

考察聚合物隨溫度變化可能發(fā)生的各種相態(tài)轉(zhuǎn)變;評價聚合物的熱穩(wěn)定性等。

 

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