熔融指數(shù)與分子量關(guān)系

1、熔融指數(shù)與分子量的關(guān)系熔體指數(shù)簡(jiǎn)稱MI ,是反映熱塑性樹(shù)脂熔體流動(dòng)特性及分子量大小的指 標(biāo)，在一定的溫度和負(fù)荷下，其熔體在lOmin內(nèi)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的質(zhì)量 值，以g / lOmin表示。log(MI)=A-BlogM , A和B是比例常數(shù),M即分子量。工業(yè)上常 常利 用這一關(guān)系來(lái)比較兩個(gè)具有相同(相似)結(jié)構(gòu)的聚合物分子量的相對(duì)大小。因而熔融指數(shù)的大小可以反映聚合物分子量的大小，所以分子量對(duì)樹(shù) 脂性能的影響在熔融指數(shù)的變化上應(yīng)該都可能有所反映，而且也可能反應(yīng)出 一個(gè)聚合物的枝化程度等。熔融指數(shù)可以在一定程度上反映分子量，在加工中很常用。因?yàn)榧庸?過(guò)程關(guān)心的是樹(shù)脂熔體的流動(dòng)性，不管分子量、分布以及

2、分子結(jié)構(gòu)如何， 最終都要反映在流動(dòng)性上，所以熔融指數(shù)的意義對(duì)于加工來(lái)說(shuō)很大。熔融 指數(shù)也就受上述多種因素的影響，反過(guò)來(lái)也可以在一定程度上反映上述各參 數(shù)。聚合物熔體流動(dòng)速率及流動(dòng)活化能的測(cè)定在塑料加工中，熔體流動(dòng)速率是用來(lái)衡量塑料熔體流動(dòng)性的一個(gè)重要 指標(biāo)。通過(guò)測(cè)定塑料的流動(dòng)速率，可以研究聚合物的結(jié)構(gòu)因素。此法簡(jiǎn)單易 行，對(duì)材料的選擇和成型工藝條件的確定有其重要的實(shí)用價(jià)值，工業(yè)生產(chǎn)中 采用十分廣泛。但該方法也有局限性，不同品種的高聚物之間不能用其熔融 指數(shù)值比較其測(cè)定結(jié)果，不能直接用于實(shí)際加工過(guò)程中的高切變速率下的計(jì) 算，只能作為參考數(shù)據(jù)。此種儀器測(cè)得的流動(dòng)性能指標(biāo)，是在低剪切速率 下測(cè)得的，

3、不存在廣泛的應(yīng)力應(yīng)變速率關(guān)系，因而不能用來(lái)研究塑料熔體 粘度和溫度，粘度與剪切速率的依賴關(guān)系，僅能比較相同結(jié)構(gòu)聚合物分子 量或熔體粘度的相對(duì)數(shù)值。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解熱塑性塑料在粘流態(tài)時(shí)粘性流動(dòng)的規(guī)律。2.熔體速率儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：所謂熔體流動(dòng)速率（MFR）是指熱塑性塑料熔體在一定的溫、壓力下， 在10分鐘內(nèi)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的質(zhì)量，單位：g/10min。對(duì)于同種高聚物，可用熔體流動(dòng)速率來(lái)比較其分子量的大小，并可作 為生產(chǎn)指標(biāo)。一般來(lái)講，同一類的高聚物（化學(xué)結(jié)構(gòu)相同）若熔體流動(dòng)速率 變小，則其分子量增大，機(jī)械強(qiáng)度較高；但其流動(dòng)性變差，加工性能低；熔 體流動(dòng)速率變大，則分子量減小，強(qiáng)度

4、有所下降，但流動(dòng)性變好。研究流動(dòng)曲線的特性表明，在很低的剪切速率下，聚合物熔體的流動(dòng) 行為是服從牛頓定律的，其粘度不依賴于剪切速率，通常把這種粘度稱為 最大牛頓粘度或0剪切粘度n0它是利用n二f （S）關(guān)系，從很小的剪切應(yīng) 力（S）外推到零求得的。根據(jù)布契理論，線形聚合物的零剪切粘度與大于臨 界分子量的重均分子量（）的關(guān)系式為，式中K是依賴于聚合物類型 及測(cè)定溫度的常數(shù)。許多研究表明，對(duì)于分子量分布較窄或分級(jí)的高密度 聚乙烯，是遵守3.4次方規(guī)則的。但在 分子量分布寬時(shí)，M的指數(shù)有所增 大。如果使指數(shù)保持為3.4,則需用某種平均分子量（）代替重均分子 量，其關(guān)系式為：式中，。當(dāng)分子量分布窄時(shí)，

5、接近；當(dāng)分子量分布寬 時(shí)，接近Z均分于量。在實(shí)際應(yīng)用中，不是用零剪切粘度評(píng)定分子量，而是用 低剪切速率的熔體流動(dòng)速度（習(xí)慣上叫熔融指數(shù)）評(píng)定的。經(jīng)研究，熔 融指數(shù)與重均分子量的關(guān)系如下：但由于熔融指數(shù)不只是分子量的函數(shù)，也 受分子量分布及支鏈的影響，所以在使用這一公式時(shí)應(yīng)予注意。按照ASTM規(guī)定，聚乙烯的熔融指數(shù)是在190 C,負(fù)載2. 16公斤下，熔體在10分鐘內(nèi)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)口型（ 2. 095?mm）的重量，單位 為g/10min。下面討論如何用熔融指數(shù)測(cè)定聚合物熔體的流動(dòng)活化能。對(duì)高聚物熔體 粘度進(jìn)行的大量研究表明，溫度和熔體零剪切粘度的關(guān)系在低切變速率區(qū)可 以用安德雷德方程描述。-式中n。

6、為溫度T下時(shí)的零剪切粘度，En為大分子的鏈段以一個(gè)平 衡位置移動(dòng)到下一個(gè)平衡位置必須克服的能壘高度，即流動(dòng)活化能。上式在50 C的溫度區(qū)間內(nèi)具有很好的規(guī)律，把（3）式化為對(duì)數(shù)形式，得：以lg n對(duì)1/T作圖，應(yīng)得一直線，其斜率為En/2. 303RT由此很容易標(biāo)出 En由于需要在每一溫度條件下用改變荷重的方法做一組實(shí)驗(yàn)，通過(guò)外推才能 求得零剪切粘度。所以費(fèi)時(shí)太多?？梢岳萌廴谥笖?shù)儀，測(cè)定不同溫度，恒定切應(yīng)力條件下的MI值，并由此求出表觀 活化能。原理如下：由泊蕭葉方程知道，通過(guò)毛細(xì)管粘度計(jì)的熔體的粘度（5）式中：R與L分別為毛細(xì)管的半徑與長(zhǎng)度；AP為壓差；V為體積流速。貝IJ：（6）在固定毛細(xì)

7、管及Ap的條件下由MI的定義知道，MI正比于V,所以 （8）（7）將其代入(3)式，得(9)由上式可導(dǎo)岀(10)式中B IgA -IgK；以-IgMI對(duì)1/T作圖，應(yīng)得一直線，由其斜率可求得En還可以利用MI的實(shí)測(cè)值計(jì)算樣品的，A及不同溫度下n的值。三、儀器與試劑：圖 11-4 XRZ-400A圖11-3 XRZ-400A XRZ-400A型熔體流動(dòng)速率儀，該儀器由試料擠出系統(tǒng) 和加熱控制系統(tǒng)兩部分組成，其面板及主體結(jié)構(gòu)分別如圖11-1和11-2所 示。天平、聚乙烯粒料。四、實(shí)驗(yàn)條件：測(cè)定不同結(jié)構(gòu)的塑料的熔體流動(dòng)速率，所選擇的溫度、負(fù)荷、試料用量、切割時(shí)間等各不相同，其規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表11-1、1

8、1-2。表 11-2有關(guān)塑料試驗(yàn)條件按表11-1序號(hào)選用。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纖維素酯2,3共聚、共混和改性等類型的塑料可參照上述分類試驗(yàn)條件選用。表11-2試樣加入時(shí)用活塞壓緊，并在lniin內(nèi)加完，根據(jù)選用的試驗(yàn)條件加負(fù)荷。注：如果MFR10時(shí)，這種情況下預(yù)熱期間可不加負(fù)荷或加較小負(fù)荷。2. 溫度波動(dòng)應(yīng)保證在？ .5C以內(nèi)(爐溫須在距標(biāo)準(zhǔn)口模上端10.0mm處測(cè) 量)3. 天平感量為0. 001go4. 秒表精確至0. Is。五、實(shí)驗(yàn)步驟(-)熔體流動(dòng)速率的測(cè)定：

9、1 將儀器調(diào)至水平。2. 儀器需清潔，在裝好標(biāo)準(zhǔn)口模并插入活塞后，開(kāi)始升溫，當(dāng)溫度升到規(guī)定 溫度時(shí)，恒溫15min o3. 根據(jù)試樣預(yù)計(jì)的熔體流動(dòng)速率值，按表11-2稱取試樣并加入料筒中。4. 試樣經(jīng)4min預(yù)熱，爐溫度恢復(fù)到規(guī)定溫度?？捎檬謮菏够钊档较颅h(huán) 形標(biāo)記，距料筒口 5mmlOnini為止，這個(gè)操作時(shí)間不超過(guò)I min。待活塞下降至下 環(huán)形標(biāo)記和料筒口相平時(shí)切除己流出的樣條，并按表11-2規(guī)定的切樣時(shí)間 間隔開(kāi)始正式切取。保留連續(xù)切取的無(wú)氣泡樣條5個(gè)。當(dāng)活塞下降到上環(huán) 形標(biāo)記和料筒口相平時(shí)，停止切取。注： MFR25時(shí)，可選用巾=1. 180mm的標(biāo)準(zhǔn)口模。 試樣條長(zhǎng)度最好選在10mm20mm之間，但以切樣間隔為準(zhǔn)。 樣條冷卻后，置于天平上稱重。 若每組所切樣中重量的最大值和最小值之差超過(guò)其平均值的10 %,實(shí)驗(yàn)應(yīng)重做。每次試驗(yàn)后,必須用紗布擦凈標(biāo)準(zhǔn)口模表面、活塞和料筒，?？子弥睆胶线m的黃銅絲或木釘趁熱將余料頂岀后用紗布擦凈。（二）LDPE流動(dòng)活化能的測(cè)定在130 C -230 C區(qū)間選5-6個(gè)溫度點(diǎn)，按（一）的步驟分別測(cè)定LDPE的流動(dòng)速率。