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
聚合物是由重復(fù)的小分子單元相互連接為長(zhǎng)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(dǎo)致流動(dòng)異常,產(chǎn)生不良效應(yīng)。比如,熔體離開擠出機(jī)的窄模具時(shí)發(fā)生膨脹。因此,了解聚合物材料的黏彈性,對(duì)于優(yōu)化配方與共混,以及選用適應(yīng)于特定材料的加工工藝至關(guān)重要。
流變學(xué)經(jīng)證明是分析聚合物在不同狀態(tài)下機(jī)械性能的不錯(cuò)工具。GB/T 33061塑料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測(cè)定第10部分:使用平行平板振蕩流變儀測(cè)定復(fù)數(shù)剪切黏度,規(guī)定了使用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定聚合物熔體的動(dòng)態(tài)流變學(xué)性能。
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頻率掃描可以直接測(cè)定聚合物的黏性和彈性,即在不同頻率(時(shí)間)下的儲(chǔ)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(shí),交點(diǎn)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(hào)樣品的模量交點(diǎn)頻率更高,模量更大,代表其能夠更快松弛。所以1號(hào)樣品的分子量較小,但分布較窄。
圖1、PS(190℃)的頻率掃描圖(左)、兩種PVDF(230℃)的黏彈性模量(右)(點(diǎn)擊查看大圖)
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運(yùn)用Cox- Merz規(guī)則,即對(duì)未填充、無交聯(lián)、線型聚合物及聚合物的中、高濃度溶液有

不同頻率下的復(fù)數(shù)黏度數(shù)據(jù)可對(duì)應(yīng)聚合物在不同高剪切(最高628 s-1)加工應(yīng)用中的流動(dòng)阻力。另一方面,低頻(剪切)數(shù)據(jù)可用于計(jì)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(hào)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(zhǎng)分子鏈,分子量更大。
圖2、聚合物熔體的黏度-剪切速率依賴性及典型應(yīng)用(左)、兩種PC的復(fù)數(shù)黏度-剪切速率(利用Cox-Merz規(guī)則)圖(右)(點(diǎn)擊查看大圖)
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利用旋轉(zhuǎn)流變儀可在連續(xù)變化的溫度下對(duì)聚合物進(jìn)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(guān)。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℃。

圖3、PC的黏溫特性曲線(點(diǎn)擊查看大圖)
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大多數(shù)聚合物在高溫熔融并且暴露在空氣的條件下,會(huì)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(shí)間:從掃描開始到G*、G’和G”中任一測(cè)量值變化達(dá)到初始值5%時(shí)所用的時(shí)間。如圖4,某種聚苯硫醚(PPS),在330℃的熔融溫度下,熱穩(wěn)定時(shí)間為9.084min,而37min即出現(xiàn)黏彈性模量交點(diǎn)(凝膠點(diǎn)),代表PPS出現(xiàn)了較大程度的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

圖4、某種PPS的熱交聯(lián)過程(點(diǎn)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:
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聚合物的分子量對(duì)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(guān)系;
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幫助用戶量化材料在不同高剪切加工應(yīng)用中的流動(dòng)阻力;
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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(píng)價(jià)聚合物的熱穩(wěn)定性等。
相關(guān)產(chǎn)品
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