PVC中流变性检测方案(流变仪)

哈克转矩流变仪在 PVC 配方研究中的应用《上海塑料》2008年第3期(总第143期) 《上海塑料》2008年第3期(总第143期)哈克转矩流变仪在 PVC 配方研究中的应用 哈克转矩流变仪在 PVC 配方研究中的应用 李 蔷 (天津德昊超微新材料有限公司，天津300457) 摘要 研究了哈克流变仪在 PVC 配方研究中的应用，着重探讨了哈克流变仪在物料稳定性的比较，加工助剂对流变性能的影响，以及实验温度对塑化时间的影响，从而优化 PVC 配方和工艺参数。 关键词 哈克转矩流变仪；加工助剂；流变性；聚氯乙烯 中图分类号：TQ 322 文献标识码：A 文章编号：1009-5993(2008)03-0030-04 0 前言 流变性是指高分子材料在温度和应力作用下流动产生的粘性和弹性形变行为特征，如物料在混炼过程中，受挤压、摩擦、剪切、撕拉作用而发生剪切、拉伸和压缩流变。流变行为较复杂，不仅取决于温度、剪切和拉伸速率，而且与高分子本身的分子结构、相对分子质量、相对分子质量的分布、添加剂及其添加量等相关。流变行为与这些因素的关系是高分子材料成型加工中最基本的工艺参数，对原料的使用、添加剂的选择、加工工艺参数的确定、成型设备和模具的设计有着重要的指导作用。 相对于 PVC 的配方研究，必须正确了解配方中各组分的作用及相互影响，在加工过程中还需了解有关的工艺参数和性能，如温度、压力、扭矩和粘度等工艺条件，动态耐热、耐剪切稳定性、物料熔融速率等 PVC 在高温和高剪切速率下的融体行为特征。只有清楚了解 PVC 混合物的流变特性后，才能对配方及工艺进行调整。因此，为了获得最优化的工艺条件及产品质量，必须对 PVC 混合物的可加工性进行研究。 完成上述工作，目前最科学可靠的方法是通过转矩流变仪进行试验。它只需要很少的样品，即可在实验室模拟实际生产工艺，从扭矩流变特性判断PVC 配方体系的合理性，以及确定工艺条件。 ( 收稿日期：2008-03-17 ) ( 作者简介：李 蔷(1983一)，女，学士学位，毕业于天津工业大学材料科学与工程专业，从事 PVC配方研究工作。 ) 转矩流变仪及其试验原理 转矩流变仪是基于物料在由粉状固体变成融体的塑化过程中，融体受转动螺杆、转轴、模口等作用产生的抗阻而提出的模拟融体实际动态加工的一种多功能流变学测试装置。主要应用于橡塑高分子材料的研究，可以用来精选配方、质量控制、进行流变性试验和加工性能试验。 转矩流变仪试验原理是测试材料在高温剪切下转矩的变化，通过试验可获得物料在设定温度、剪切速率条件下，扭矩、温度随时间的轨迹图-流变图谱(rheograms)。图谱是扭矩相对时间的原始图谱，表征样品在一些过程期间的流变行为如熔融过程、混入炭黑等填料的过程、炭黑或 PVC粉吸油过程及降解过程，或分子交联增粘的过程。 2 实验 2.1 实验仪器 哈克(HAAKE) ：Rheomix 557 -1302 型，Ther-mo electron corporation，德国；电子天平 JJ1000：常熟市双杰测试仪器厂；中草药粉碎机：FW135型：天津市泰斯特仪器有限公司。 2.2 实验原料 聚氯乙烯(PVC)：ZS-85 保留天津渤天化工有限公司；碳酸钙(CaCO，)：XNDHF-901，安徽雪纳非金属材料有限公司；有机锡稳定稳：BAERO-STAB MTS 1200，德国熊牌公司；邻苯二甲酸二辛酯(DOP)：分析纯，天津大学科威公司；抗冲击改性剂(ACR)：ACR-ZB-1，淄博华星助剂有限公司 二氧化钛(TiO，)：BA01-01，河北恒泰集团；硬脂酸(Hst)：1801，湖北龙翔化工有限公司；氯化聚乙烯(CPE)：135A，潍坊鑫达化工有限公司。 3 哈克流变仪在 PVC 配方设计中的应用 哈克流变仪是一种典型的转矩流变仪。流变仪实验是一个典型的密炼形式的实验。实验在相对时间的额定转速(剪切速度)下进行，然后对材料的反应以转矩的形式记录下来，并得到流变图谱。流变图谱(在恒定的转速、转矩、熔体温度下)对不同的材料或混合物来说是独一无二的。不同类型、粘度及浓度的添加剂，通过熔融行为、消耗能量或熔体粘度等，可以通过这一图谱客观地测试和定量。 下面阐述哈克流变仪在 PVC 配方研究中的应用。 3.1 测试物料的稳定性 稳定性是衡量 PVC 制品的品质优良的一种重要性质。改变配方中有机锡稳定剂进行试验，以比较两种稳定剂的稳定效果。通过哈克流变仪实验就可以达到比较不同稳定剂稳定效果的目的。 实验配方见表1所示，配方中各组分均以份表示。 表1 实验配方 Tab.1 Experimental formula No.1 No.2 PVC 100 100 CaCO， 10 10 Hst 0.5 0.5 DOP 2 2 ACR 2 0 CPE 1 1 TiO， 5 5 有机锡稳定剂1# 5 0 有机锡稳定剂2# 0 5 实验条件：温度190℃，转速50 r/min，样品量60 g，实验时间 35 min。 PVC 在较长时间的高熔融温度及高剪切的综合作用下产生降解，发生了化学变化和物理变化，氯原子和氢原子从聚合链上游离出来导致断链或 链段交联。这些化学变化引起物理变化，在流变图谱上可明显见到曲线持续降低；而在降解最后阶段，扭矩曲线突然开始升高，表示此时聚合物交联占优势。 由图1可知，添加1#稳定剂的 PVC 在25 min时发生降解；添加2#稳定剂的 PVC则在32 min 时发生降解。2#稳定剂的稳定效果优于1#稳定剂的。由此可见，利用转矩流变仪可以模拟实际加工过程，为选择合适的稳定剂提供依据。 图1 稳定剂稳定效果比较 Fig. 1 Comparison of stability from different stabilizing agent 3.2 测试助剂对物料流变性的影响 加工助剂是一种重要的添加剂，它可以明显改善 PVC的某些性能。通过流变仪实验可比较加工助剂的效果。 实验配方如表2所示。配方中各组分均以份表示。 表2实验配方 Tab. 2 Experimental formula No. 1 No.2 PVC 100 100 CaCO. 10 10 Hst 0.5 0.5 DOP 2 2 ACR 2 0 CPE 1 1 TiO， 有机锡稳定剂 4 5 实验条件：温度180℃，转速 50 r/min，样品量60 g，实验时间8 min。 流变实验结果，如表3所示。 Tab.R2heological experiment result 由图2可知，相对于未添加 ACR 的 PVC，添加ACR 的PVC 塑化峰提前，且扭矩大。这是由于ACR与PVC 高度相容，且相对分子质量很高。在成型过程中受到热和混合的作用，先软化而将周围的树脂颗粒紧密地粘合在一起。通过摩擦和热传递，促进了融化(凝胶化)，融体的粘度不仅不降低，反而升高。0 图2 ACR 对 PVC 流变性能的影响 Fig.2Effect of ACR on rheological properties 3.3 测试温度对物料塑化时间的影响 实验温度是影响 PVC 塑化的一个重要因素，对实验结果有很大影响。可以通过 HAAKE 流变仪实验比较不同温度下实验结果。 实验配方，如表4所示。配方中各组分均以份表示。 实验条件：温度160℃、150℃，转速为50r/min，样品量 60 g，实验时间8 min。 流变实验结果，如表5所示。 表3流变实验结果 表4 实验配方 Tab. 4 Experimental formula No.1 No.2 PVC 100 100 CaCO 10 10 Hst 0.5 0.5 DOP 2 2 ACR 2 0 CPE 1 1 TiO， 5 5 有机锡稳定剂 5 5 表5流变实验结果 Tab. 2 Rheological experiment result No.1 No.2 混炼温度/(℃) 160 150 转速/(rmin 50 50 混炼时间/mir 12 12 塑化时间/s 135 193 凝胶化时间/s 86 102 塑化峰/Nm 21.6 23.2 平衡扭矩/Nm 16. 7 18.4 由图3可知，在160℃实验条件下，塑化峰最早出现，塑化时间短，扭矩增大；150℃时，塑化峰错后，塑化时间延长。可以看出，试验温度的提高可以促进 PVC 的塑化，缩短塑化时间，使塑化峰提前，这对生产具有重大意义。 4 结语 哈克流变仪在材料标准方面应用有50余年的经验，能够为新产品的配方设计和加工工艺的正确设计，提供科学可靠的研究方法。使用哈克流变仪，可以优化加工参数，进行试样制备，在比较材料粘度、分散性或塑化行为时，对进出的材料进行质量控制。在哈克流变仪的帮助下，能够优化配方设计。 ( 参考文献： ) ( [1] Gebhaard Schramm.实用流变测量学[M].北京：石油工业 出版社，1998：224. ) ( [2] 周持兴.聚合物流变试验与应用[M].上海：上海交通大学 出版社，2003：115-117. ) ( [3 ] 杨 明 .塑料添加剂应用手册[M].南京：江苏科学技术出 版社，2002：317-318. ) Application of HAAKE Torque Rheometer in Formula Study of PVC LI Qiang (Tianjin Dehao Ultramicron New Materials Co. ，Ltd. ，Tianjin 300457，China) Abstract：Application of HAAKE torque rheometer in processing formula for PVC， especially in the comparisonof stability， the effects of processing aid on rheological property and the effects of experiment’s temperature onplasticizing time were investigated. Thus the formula for PVC and process parameters were optimized. Key words：HAAKE torque rheometer； processing aid； rheological propery；PVC 轴承用高强耐磨尼龙专用料 周围的卷绕带是牵引系统的主要部件。 美国明尼苏达州 Winona 的 RTP 200 系列高强尼龙配混料已被 Cyclaire公司用于两轮抽水系统的轴承，充分利用这种新材料的高强、耐用和耐磨性好等优点。以前由于系统轴承与压铸锌轴的摩擦会导致轴承很快磨损，使用寿命短。RTP公司为Cyclaire 公司专门定制的 RTP 200 系列尼龙配混料中填充了芳香族纤维和聚四氟乙烯(PTFE)，以解决主轴承磨损过快等问题。包括带动主轴的引轮 主轴承材料从金属改为专用填充尼龙配混料优点如下：填充尼龙中的芳香族纤维提高轴承的耐磨性，并显著减轻中间轴的表面磨损；而 PTFE 有内润滑作用，并赋予部件能承受更大的动态负荷能力，从而降低轴承与其他部件间的摩擦力。 海 明 译自 Modern Plastics Worldwide，2008，85(1)：24. 高阻隔聚酯专用料研制成功 经过3年的攻关，辽阳石化公司研究院近日开发出以纳米溶胶为添加剂的高阻隔聚酯专用料。 辽阳石化研究院采用纳米复合的方法，在聚酯合成过程中加工经高分子改型的纳米溶胶，得到了阻燃性能为普通聚酯两倍的高阻隔聚酯专用料。该专用料切片在制瓶时操作简单，便于控制，可在 普通注塑一制瓶设备上直接生产单层，透明的高阻隔聚酯啤酒瓶，可有效降低成本。采用该技术试生产的高阻隔聚酯切片先后在多家制瓶厂家进行了一步法和二步法制瓶实验。结果表明，该专用料是一种新型瓶用聚酯原料，可广泛应用于啤酒，奶制品等食品包装领域。 (陈 兵) China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 哈克流变仪在材料标准方面应用有余年的经验, 能够为新产品的配方设计和加工工艺的正确设计, 提供科学可靠的研究方法。使用哈克流变仪, 可以优化加工参数, 进行试样制备, 在比较材料粘度、分散性或塑化行为时, 对进出的材料进行质量控制。在哈克流变仪的帮助下, 能够优化配方设计。