扭矩流变仪在聚合物加工应用中的研究

批、，　ｌ１　０·　燕山油化　ｌ９９２年　亿　扭矩流变仪在聚合物加工应用中的研究　（　——Ｉ　燕化公司树脂应用研究所．重塑苎　·　１　前害　扭矩流变仪（Ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅ＆￣；ｐｌａｓｔｉ－ｃｏｒｄｅｒ）　可用　洲定及控制聚合物材料的流变性能、加一埤　萼　用于对树脯的新、旧料（回收料）的一０　．　ｉ　能Ｊ．ｒ州　究等　在树脂加　上压　我们通过对各种牌号的树脂进行了大量　。　、　一　。　流变性能的试验研究．得到了许多有用的结果和宝贵数挺．对聚合物的加工应用有一定的指导意义。从中我们有一点看法　就是同牌号的　３．１．１树脂．既使熔融指数相近．但由于聚合过程中使用不同的催化剂．工艺条件也有差异．因而　它们的流变性能有区别。这样就可　给树脂加　工应用厂家提供可靠的、有价值的数据。　本文的目的主要是借助试验数据来描述扭矩流变仪对控制树脂批科和配方的流变性　能、热和加工的稳定性：确定边角料的再生性；　时的结果如图ｌ所示。其它温度下结果类似。评价树脂牌号和批号的挤出特性等。　２试验仪嚣与试样　２．１仪器　ＰＬＤ－－６５１型扭矩流量仪西德Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ　公司的产品。　（１）试验室挤出测量头类型：１９／２５Ｄ　（２）狭缝口模尺　’：ｈ·ｂ·ｌ一０．Ｉｍｍ×　８ｍｍ×ｄ０ｍｍ　（３）ＷＳＯＥＨ型混合器测量头　２．２试样　（１）老ＰＰ３７０２　ＭＥＲ＝ｌ　０．５　燕化公司化：Ｅ－－厂产品（使用老催化荆）　新ＰＰ３７０２　ＭＥＲ＝１０．９　化工二厂产品（使用新催化剂ＴＫ）　（２）ＰＰ３９０３　ＭＥＲ＝３２　化工二厂产品（使用新催化剂ＴＫ）　（３）ＡＢＳ＋Ｈ５３３（１００　）　ＡＢＳｑ－Ｈ５３３（６０　）　３试验内容　一…　３．１　不同催化剂生产的ＰＰ３７０２的同牌号树　脂流变性能的测定　　不同树脂在不同温度、不同剪切速率　下的流变性能的测定　（１）测试条件与结果　新ＰＰ３７０２及老ＰＰ３７０２两种树脂分别测　定在三种不同温度、不同剪切速率条件下的流　蛮性能　机筒温度（℃）为２３０、２４　０、２５０、２６０、２５０　　；　ｌ　Ｏ。　１ｏ　剪切建率．ｉ／ｓ一　围１　新ＰＰ３７０２和老ＰＰ３７０２的流变特性示意围　（２）从图１中可以直接看出某一树脂的表　．　．　。　蕊　场　韶　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　燕山油化　观粘度随剪切速率的增加而下降的幅度。下降　（２）囤３曲线上的Ａ点即熔融峰（圳　的幅度大．说明该树脂的表观粘度对剪切速率　峰）所对应的温度是熔点。Ａ　以后　ｊ缇叫熔　的依赖性较大．工艺操作不易控制．操作范围　融曲线。曲线上的Ｂ点是扭矩曲线上较为稳定　较窄。所以加工工艺要选择依赖性小的稳定　之点　此点就是聚合物的加工牯度点．在这点　区。剪切速率与操作螺杆的转速是成正比的．　材料已完全熔融。Ｘ点是任意取的平稳点　螺杆转速每提高１　０转．就能看出表观粘度下　３．１．３结果与讨论　●　降幅度的大小．由此来确定物料加工操作的稳　下的表观枯度值。　（１）两种树脂在同一加工温度、同样转速　定区。从图上还可　直接找出其一定剪切速率　下的剪切速率不同，相应的表观粘度变化幅度　也不一样．体积流量也有区别　将试验所得数　据列于下表。　表不同机筒温度的剪切遵率、表现粘度变化、惟积流量值　转遭　３．１．２不同树脂的溶融行为的测定　（１）测试结果　老ＰＰ３７０２和新ＰＰ３７０２两种树脂的溶融　行为、热和剪切稳定性参见图２、图３。　样品　ｎ／ｒ·　剪切违　袅琨粘　度变化　体袒流　机筒吾组　直ｒ／ｓ一　量Ｑ／Ｄｓ　愠度ｔ，℃　ｍｉｎ—Ｉ　幅度△　新ＰＰ３７０２　７０　軎ＰＰ３７０２　７０　２×１０ｓ　５×ｌ０　０．５３　０．３　０．７　１：：？３０　２４（　２５０　２６０　２５　新ＰＰ３７０２　６０　ＰＰ３７０２　５０　３×１０ａ　４×１０ｓ　０．ｄ２　１．６５　０．５　０．５　｝１９０　２ｌ（　２２０　２柚２　斩ＰＰ３７０２　５０　３×１０ａ　０．４　】：２２５　２３　５　老”３７０２　５０　５×１０　０．７　２｛０　２４０　２３．　从上表可明显看出．当机筒加工温度为　ｔ　．转速为７０ｒ／ｒａｉｎ时．虽然新ｐｐ３７０２的ｆ为２　×ｌ０＊Ｓ～．ｒ值低，耗能小但△　较大，流量也较　●　低．所以加工不平稳。而老ＰＰ３７０２体积流量　图２新ＰＰ３７０２的熔融行为、热和剪切稳定性　较大．△　较小所以加工较平稳。还可看出．当　机筒加工温度为ｔ：时，虽然新老ＰＰ３７０２的体　壤流量相同，但新ＰＰ３７０２因为△１较小．所以　加工较平稳。并能看出．当机筒温度为ｔｓ时．　转速５０ｒ／ｒａｉｎ．老ＰＰ３７０２ｒ为５×ｌＯ　Ｓ。　，△　为　２．２８．值较小，而Ｑ／Ｄｇ较大，所以物料适合在　这一加工条件下加工。在△　较小，而Ｑ／Ｄｓ较　火情况下对纺丝工艺较合适。　（２）同一树脂在不同的加工温度条件下其　ｒ、△　、Ｑ／Ｄｇ也不同。　（３）由试验得出．新老ＰＰ３７０２两种树脂　在剪切流动下呈“切力变稀”（假塑性）行为。符　囝３老ＰＰ３７￣２的培融行为　热和剪切稳定性　合非牛顿型流动的幂律方程：　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ１２·　１一Ｋｖ　燕山油化　ｌ９９２年　常经受的剪切速率。　通过此方法获得的结果见图ｄ、图５、图　６。　式中　ｔ；剪动应力，Ｐａ　Ｋ；稠度　ｒ：剪切速率．Ｐａ．ｓ　ｎ：流变指数　可以求出ｎ和Ｋ，找出在不同加工温度条　件下．较平稳的ｒ范围内的方程；　机筒温度为２３０、２４０、２５０、２６０、２５０［Ｃ｝　时新老ＰＰ３７０２两种树脂的方程为：　新ＰＰ３７０２　１—７４．１２ｒ　老ＰＰ３７０２　１—２４５４．９ｒ　机筒温度为１９０、２１０、２２０、２３０、２３ｏＣｃ２　时两种树脂的方程为；　新ＰＰ３７０２　Ｔ一６３４．９ｒ　老ＰＰ３７０２　ｔ一５７３１．９ｒ。　机筒温度为２２５、２３５、２４０、２４０、２３５［℃］　时两种树脂的方程为：　新ＰＰ３７０２　Ｔ一７０３．８２ｒ。。“　老ＰＰ３７０２　Ｔ一３３８３．５ｒ　（ｄ）从试验数据看．新ＰＰ３７０２在各个温　度阶段粘度较小．流出量不大。又由于不同高　聚物熔体，挤出膨化度不同，非牛顿型（流变　性）越强的熔体，膨化度越太。所以新ＰＰ３７０２　有其优点　（５）从以上数据分析比较看出．同牌号树　脂虽然熔融指数相近，但催化剂不同，它们的　流变性能也有区别。　３．２　Ｂｒａｂｎｄｅｒ　Ｐｌａｓｔｉ－Ｃｏｒｄｅｒ和ＡＢｓ捌脂的试　验室挤出研究　３．２．１　ＡＢＳ混台料的加工稳定性　这一试验是在２０４Ｃ（４００Ｆ）、转子速ｊ皇＝　为６Ｏｆ／ｒａｉｎ的条件下进行的。为提供一种加迎　试验方法，要选择一个比正常加工温度高些的　试验温度。在加速条件下，具有更好的加工稳　定性的混合料，在正常加工条件下相应地就显　示出较好的加工稳定性。转子速度选择６Ｏｒ／　ｍｉｎ，以便达到这些材料在混炼压延操作中正　圉４＾Ｂｓ混合料的稳定流动曲线　Ｅ　Ｚ　眉　圉５　ＡＢＳ混合料稳定性比较　圉６两种熔体粘度流动行为曲线　·　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　燕山油化　·ｌ｛３·　图Ｊ表明由于交联材料的粘度较大，因此　３　２．２再加工稳定性　加工过程中扭矩明显增加．这就标志了交联的　对树脂的配料者和再生工厂来说．某一种　开始。曲线上流动部分的长度即表示了试验材　热塑性材料首要的是边角料或“回收料”的再　料的加工稳定性。　生能力。对这种材料的再生能力的评价即使要　图５说明了稳定和不稳定混合料所得到　进行的话．也是在不那么令人满意的基础上进　的曲线的型式。由此可以这样认为．１蝤神材料　行的。而利用Ｂｆａｂｅｎｄｅｒ　Ｐｌａｓｔｉ－Ｃｏｒｄｅｒ进行的　除熔体牯度外其它各方面都类似．由于粘度小　各种研究对各方面工作都有指导意义。并且。　的材料在加工中系统所消耗的工作能量较少．　能够使这种再生能力评价提高到定量的水平。　所以表现出较好的加工稳定性。　材料的再生性，可通过把挤出机头和混合　有些试验值并不完全象图５所措绘的曲　头联合使用所进行的研究来评价。材料通过挤　线那样，而象图６所表明的．混合料的稳定性，　出机头受到反复的挤压，在每次加工后取出材　（不能单独事先通过考虑其熔体粘度就来确　料样品并留作随后通过其混合头来测定稳定　定。）不能仅仅靠预先通过考虑其熔体粘度就　性，结果如图７（ａ）、（ｂ）。　可以确定的。　Ｅ　Ｚ　时间．ｔ／　ｕｎ　时间．【／『Ｔｌｊｎ　圉７　ＡＢＳ两种混合料的再生能力比较　洼ＩＡ凰：ＡＢＳ＋Ｈ５３３｛ｌ００％）　Ｂ圉ＩＡＰ，Ｓ￣—Ｈ５３３（６Ｄ　）　０］新ｊｌ己音料　ｌ：混台料第一扶挤出　２：棍台料第二伏挤出　３、４、５……　图７中的曲线为ＡＢＳ两种混台料从第一　但混合料Ａ在这一研究中就再生性来说是劣　次挤出到数次挤出过程中的稳定性曲线。每条　等产品。测定物料的再生性的技术对工厂在设　曲线所标数字系挤出顺序。　计混合料最佳稳定性是很宝贵的。　从图７（Ａ）、（Ｂ）看出·虽然混合料Ａ加工　３．３对ＰＰ３９０３加工稳定性的研究　开始的稳定性与混合料Ｂ的稳定性相差不大，　将高流动纺丝级ＰＰ专用料ＰＰ３９０３树脂　维普资讯 http://www.cqvip.com

燕山油化　ｌ９９２年　经五次挤出造料后，分别对每次挤出样品的塑　时间变化也很小。　化时间及熔融流动行为进行测定．结果见图　从以上分析，说明ＰＰ３９０３树脂加工稳定　８。　性好。　４结论　从以上试验数据分析可以看出扭矩流变　仪在聚合物加工应用中的作用。　（１）可以测定各种聚合物材料的有关流变　参数，进行流变分析．并确定其与加工变量之　二问的关系，对控制物料的加工过程使之高产、　优质、低消耗有指导意义．而且在理论上研究　聚合物材料加工过程原理也很有意义。　（２）可模拟聚合物加工工艺进行配方选　择．并且可以进行小批量试验，给实际生产应　Ｈｊ提供可靠数据。　（３）流变学测量可同时对几种聚合物材料　的相对性质进行比较。由材料的流变性质可以　圉８　ＰＰ３９０３五次挤出造粒后的熔融流动行为比较　对新材料开发及其加工过程中的物料状态作　注，第一次挤出　第二次：×．第三次：ｏ－第四攻：●，第五　出表征。　次：△．与黑粗线重台的部分未西标记　从图８可以看出ＰＰ３９０３树脂在５次挤出　参考文献　过程中，塑化时间及熔融流动行为的变化。在　１　ｊ哥彦豪．聚合物加工流变学基础．西安奎通大学出版社，　定剪切速率条件下．熔融流动过程中，除第　ｊ９８ａ　五次挤出后测定的扭矩曲线有较明显的变化　２丁暗编．塑料加工基础．材料抖学丛书上海：上海科学拄　外．前四次挤出后所测定出的扭矩（ＫＭ）曲线　求出版杜．ｊ９８１　ａ　重合。这说明粘度在熔融流动中变化很小，甚　３曹毂藁．第三届垒国赢变学学术会议论文集上海华东化　工学院．１９９０　４９５　至从曲线上难以区分开其变化情况，而且塑化　（上接第１　５３页）　偏低，分子量分布较宽，支化度相对较低。　生成分子量很大的分子及支化分子的反　应，对聚合物分子量及其分布有显著影响。　参考文献　４．ｄ聚合反应中调节剂含量较低时．易出现　１黄蕉同，欧阳均．络音催化聚台合成豫腔．北京ｔ科学出版　首釜门尼低于末釜的现象．聚合物分子量相对　社．】９８１　２　Ｒｕｂｌｍｒ　ｃｈｅ／Ｉｔ．Ｔｅｃｈｎｏ１．４３。１３６７（１９７０）　偏高，分子量分布较窄，支化度相对较高。　３日特叠昭４３－－２０３０６　１９６ａ　４．５聚合反应中调节剂含量较高时，易出现　｜日特公昭４２－－４９８５　１９６７　首釜门尼高于末釜的现象，聚合物分子量相对　５日特登昭４４－－１９２６０　ｊ９９９