聚合物熔融指数的测定

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1、实验三聚合物熔融指数的测定在塑料成型加工中，聚合物的流动性能常用熔融指数来表示。通过测定塑料的流动行为，可以研究聚合物的内部结构。此法简单易行，在工业生产中被广泛采用，对高分子材料的选择和成型工艺条件的确定有着重要的实用价值。该方法的局限性在于不同品种的高聚物之间不能使用其熔融指数值直接比较，不能应用于高切变速率条件下。熔体流动速率仪测得的流动性能指标是在低剪切速率下得到的，不存在广泛的应力-应变速率关系，仅能比较相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数值。一、实验目的1.了解熔融指数的定义和概念，掌握熔融指数的测定方法。2.了解热塑性塑料在粘流态时粘性流动的规律。3.掌握

2、熔体流动速率仪的工作原理与使用方法。二、实验原理大部分聚合物都是利用其粘流态下的流动行为进行加工成型，因此必须在聚合物的流动温度Tf以上才能进行加工。但是究竟选择高于流动温度多少，要视聚合物的流动行为来决定。如果流动性能好，则加工时可选择略高于流动温度，所施加的压力也可小一些。相反，如果聚合物流动性能差，就需要温度适当高一些，施加的压力也要大一些，以便改善聚合物的流动性能。在塑料加工成型工业中，衡量聚合物流动性能好坏常用熔融指数（MI）判断，它是指热塑性塑料熔体在一定的温度和压力下，在10分钟内通过标准毛细管的质量，单位为g/10min。对于同种聚合物，可用熔融指数来比较

3、其分子量的大小，并可作为生产性能指标。一般来讲，同一类的聚合物（化学结构相同），若熔融指数越小，则其分子量越大，机械强度越高，但因流动性变差，其加工性能较低。反之熔融指数越大，则分子量越小，机械强度下降，加工性能变好。值得注意的是在实际加工工艺中，还要研究熔体粘度对温度的切变应力的依赖关系。对某一个热塑性聚合物来讲，只有当熔融指数与加工条件、产品性能从经验上联系起来之后，它才具有较大的实际意义。在较低的剪切速率下，聚合物熔体的流动行为是服从牛顿定律的，其粘度不依赖于剪切速率，通常把这种粘度称为零切粘度η0，可利用~关系曲线，从很低的剪切速率外推到零求得。根据布契

4、理论，线形聚合物的零切粘度与大于临界分子量的重均分子量M的关w3.4系式为KM，式中K是依赖于聚合物类型及测定温度的常数。已有研究表明，对于0w分子量分布较窄或分级的高密度聚乙烯，是遵守3.4次方规则的。但在分子量分布较宽时，M的指数有所增大。如果使指数保持为3.4，则需用某种平均分子量M代替重均分子量，wt3.4其关系式表示为KM，并有MMM，其中M为聚合物的Z均分子量。当0twtZZ分子量分布窄时，M接近M；当分子量分布宽时，M接近Z均分子量M。twtZ在实际应用中，不是用零切粘度来评定分子量，而是用低剪切速率的熔体流动速率（即熔融指数）表征的，熔融指数与

5、重均分子量有如下关系logMI=24.505-5logM--------------------------（2）w但由于熔融指数不只是分子量的函数，也受分子量分布及支链的影响，所以在使用这一公式时应注意其适用范围。按照ASTM规定，聚乙烯的熔融指数是在190℃，负载2.16公斤下，熔体在10分钟内通过标准口型（2.095×8mm）的重量，单位为g/10min。通过测定熔融指数随温度的变化关系还可测定聚合物熔体的流动活化能。对聚合物熔体粘度进行的大量研究表明，温度和熔体零切粘度的关系在低切变速率区可以用阿累尼乌斯（Arrhenius）方程描述。EAeRT----

6、---------------------------------------（3）0o式中η0为温度T时的零切粘度，Eη为粘流活化能。上式在50C的温度区间内具有很好的规律，把（3）式化为对数形式，得：ElglgA------------------------------（4）02.303RT以lgη0对1/T作图，应得一直线，其斜率为Eη／2.303RT由此容易求得Eη。常规实验需要在每一温度条件下用改变荷重的方法做一组实验，通过外推才能求得零切粘度，费时较多。但也可利用熔融指数仪，测定恒定切应力，不同温度条件下的MI值，并由此求出表观活化能。其原理

7、如下：由泊萧叶方程知道，通过毛细管粘度计的熔体的粘度4PR-----------------------------------------（5）8LV式中：R与L分别为毛细管的半径与长度；P为压差；V为体积流速。4PR则：V----------------------------------------（6）8L在固定毛细管及压差P的条件下，可设其他常数为K，则KV-------------------------------------------（7）由MI的定义知道，MI正比于V，K所以MI---