硬质PVC熔体中粘弹性检测方案(流变仪)

用旋转流变仪表征硬质PVC熔体的粘弹性 Aly Frank， TAInstruments-Waters LLC 介绍 对高分子材料常常用熔体流动速率(熔融指数MI)表示材料熔体的流动性，这种测试完全忽略了材料的流动模型，所以对每一个被研究的材料所施加应变历史都不相同。这种单点的数值是粘性和弹性共同贡献的结果。这种完全经验的数值完全没有定义确定的变形，一般而言仅仅作为材料的等级或窗口数值。由于其测量方法的限制，它不可能区分粘性和弹性。很多情况下具有同样MI 的材料却表现出截然不同的加工性能。所以熔体流动速率(MI)测试只能用于质量控制，它无法提供材料的基本性能信息或于加工过程相关联。 不过在控制应力/应变流变仪上的动态测试对材料流动行为可以提供非常有价值的信息。流变仪可以通过单一实验准确的测得弹性和粘性响应。 我们研究的样品为三种硬质PVC 样品，分别以A，B和C样品来标记。每一种样品 PVC样品在稳定剂类型和浓度及基本 PVC 树脂类型等方面均有明显的不同。 解决 样品的复合粘度通过 TA 公司 SMT 技术流变仪 ARES-RDA 使用平行板夹具测得。测试是按照 ASTM DJ 4440/ISO 6721-10进行煉。样品干燥后通过热压机压制成直径25mm的圆片。 首先根据标准的要求，确定样品的线性粘弹区。在这个区域内样品的模量不依赖于对样品施加的应变。如果需要比较数据，这个前提是非常重要的。即将振荡测试的振幅设置在让样品的线性粘弹区内。图一显示了样品从1%到100%的应变扫描来来定线性粘弹区的结果。A， B，C三个样品测试结果都在10%的应变下开始偏离线性粘弹区。 Strainy[%] 图一、样品A 在200°℃是应变扫描的结果 为了比较A、B和C的复合粘度，对三个样品进行了频率扫描的测试，同时检验了 Cox-Merz定律的有效性。样品A 在 100 rad/sec 的速率下具有最低的复合粘度(1173.2 Pa.s)。三个样品测试结果的比较结果呈现在图二中。 Frequencyo [rad/s] 图二，样品A，B和C在200度下的频率扫描结果 毛细管流变仪可以用来评估样品在实际加工的剪切速率(100-10000/s) 下的表观粘度。测试条件如下：毛细管长径比 L/D 为1/30；测试温度200℃。如图三中所示，样品A与B和C比较，在整个剪切速率范围(100-10000/s)内都具有较低的粘度特性。 这一毛细管流变仪的测试结果同样可以在旋转流变仪中测试的结果得到。如表一中的数据。 Shear Rate y [s] 图三，样品A，B和C在200度下毛细管流变仪高剪切下的测试结果。 表一，样品A，B，C粘度比较 样品 100 (rad/sec)复合粘度 eta*(旋转流变仪) 100 (1/sec)稳态剪切粘度(毛细管流变仪) A 1173.2 1131.12 B 1817.7 1849.36 C 2434.3 2580.95 我们用旋转流变仪样对品熔体进行时间扫描测试以评估熔体的稳定性。测试条件如下：25mm平行板夹具；样品间隙1.93 mm； 频率6.2832 rad/sec； 温度200℃；应变10%；时间1200秒。图四显示了215秒后的动态粘度的比较。三个样品的动态粘度分别为：样品A3894.1 Pa.s； 样品B7656.2 Pas； 样品 C11430 Pa.s。 三个样品同样表现出随时间的增加样品粘度轻微的增加。 Time t [s] 图4，样品A， B 和C在200度下的时间扫描的结果。 进一步扩大粘度范围，用‘K值’或ISO/R 174-1961 中为PVC树脂所定义的‘粘度值’来分析A，B和C样品。将PVC树脂以不同浓度溶于环己酮中。在27℃下用乌氏粘度计测量溶剂及不同粘度溶液的粘度并反推出其令浓度的粘度。粘度值(K)按如下ISO/R174-1961 公式计算： K=(t-to)/to*C 这里：t=溶液流动的时间，t0=纯环己酮的流动时间，C=溶液的浓度。粘度值以近似的整数表示。样品A 显示明显比较低的值-53，样品B的K值为56，而样品C为59。这一结果与旋转流变仪及毛细管流变仪所得到的结果是一致的。 结论 样品A与样品B和C相比具有较低的粘度。粘度的趋势可以用来间接的表示材料的特征熔体粘度。这是对线性高分子溶液所定义的参数(K值)，与高分子的平均分子量相关。另外与传统方法比较，旋转流变仪提供了一个评估熔体稳定性更有价值的，更可靠和快速的方法。熔体粘度对于评估新复合材料的特征非常有用，它可以作为配方窗口或用作质量控制。 全球热分析与流变技术的领导者www. tainstruments. com. cn