儀器型號(hào):XNR-400W XNR-400A XNR-400G XNR-400B XNR-400C 儀器名稱:融指儀 熔融指數(shù)儀 熔體流動(dòng)速率測定儀 塑料顆粒熔融指數(shù)儀
GBT3682-2000 熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率的測定
1、范圍:
1.1 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在規(guī)定的溫度和負(fù)荷條件下測定熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)和熔體體積流動(dòng)速率(MVR)的方法。通常,測定熔體流動(dòng)速率的試驗(yàn)條件由本標(biāo)準(zhǔn)引用的材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。熱塑性塑料的一般試驗(yàn)條件列于附錄A和附錄B中。在比較填充和非填充熱塑性塑料時(shí),熔體體積流動(dòng)速率是很有用的。如果知道試驗(yàn)溫度下的熔體密度,則可以用自動(dòng)測量裝置測定熔體流動(dòng)速率。
本方法不適用于流變行為受水解、縮聚或交聯(lián)影響的熱塑性塑料。
1.2 熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率與剪切速率有關(guān)。本試驗(yàn)中的剪切速率遠(yuǎn)小于實(shí)際加工時(shí)的剪切速率。因此,由本方法得到的各種熱塑性塑料的數(shù)據(jù)不一定與它們在實(shí)際使用中的性能有關(guān)。兩種方法在質(zhì)量控制中都是有用的。
2、引用標(biāo)準(zhǔn):
下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文,通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí),所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂,使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)版本的可能性。
GB/T 1031—1995 表面粗糙度 參數(shù)及其數(shù)值(neq ISO 468:1982)
3、儀器:
3.1 主要儀器
3.1.1 本儀器基本上是一臺(tái)在設(shè)定溫度條件下操作的擠出式塑度儀,基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。熱塑性材料裝在垂直料筒中,在承受負(fù)荷的活塞作用下經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)口模擠出。該儀器由下列必要部件組成:
3.1.2 料筒:固定在垂直位置,由能夠在加熱體系達(dá)到的高溫度下抗磨損和抗腐蝕的材料制成,而且與被測樣品不發(fā)生反應(yīng),對某些特殊材料,測試溫度要求能達(dá)到450℃。料筒長度為115~180mm,內(nèi)徑:9.550mm±0.025mm。底部的絕熱應(yīng)使金屬暴露面積小于4cm2,建議用三氧化二鋁陶瓷纖維或他合適材料用作底部絕熱材料,以免粘附擠出物。
料筒內(nèi)膛硬度應(yīng)不小于500(HV5~HV100)維氏硬度;表面粗糙度Ra(算術(shù)平均值)應(yīng)小于0.25μm(GB/T 1031—1995);如果需要,可安裝一個(gè)活塞導(dǎo)向套,以減少因活塞不對中所引起的摩擦,使實(shí)際負(fù)荷與標(biāo)稱負(fù)荷間的誤差不大于±0.5%。
3.1.3 鋼制活塞:其工作長度應(yīng)不短于料筒長度,應(yīng)有一個(gè)長6.35mm±0.10mm的活塞頭,活塞頭直徑應(yīng)比料筒內(nèi)徑小0.075mm±0.010mm,上部邊緣應(yīng)光滑,活塞頭上部的活塞桿直徑應(yīng)縮小至大約9mm。在活塞頂部可加一個(gè)柱形螺栓以支撐可卸去的負(fù)荷砝碼,但活塞需和負(fù)荷絕熱。在活塞桿上應(yīng)刻有兩條相距30mm的環(huán)形細(xì)參照標(biāo)線,當(dāng)活塞頭底部與模口上部相距20mm時(shí),上標(biāo)線與料筒口齊平,這兩條標(biāo)線作為測量時(shí)的參照點(diǎn)(見6.3和7.4)。
為了保證儀器運(yùn)轉(zhuǎn)良好,料筒和活塞應(yīng)采用不同硬度的材料制成,為方便維修和更換,料筒宜用較活塞更硬的材料制成。
活塞可以中空,也可以實(shí)心。在使用小負(fù)荷試驗(yàn)時(shí),活塞應(yīng)該是空心的,否則可能達(dá)不到規(guī)定的小負(fù)荷。當(dāng)使用較大負(fù)荷試驗(yàn)時(shí),空心活塞是不適合的,因?yàn)檩^大負(fù)荷可能使其變形,應(yīng)使用實(shí)心活塞,或使用具有活塞導(dǎo)承的空心活塞。如果使用后者,由于這種活塞桿比通常的活塞桿長,應(yīng)確保沿活塞的熱損失不會(huì)改變材料的試驗(yàn)溫度。
1—可卸負(fù)荷;2—絕熱體;3—上參照標(biāo)線;4—絕熱體;5—下參照標(biāo)線;
6—鋼筒;7—口模;8—絕熱板;9—口模擋板;10—控制溫度計(jì)
圖1 測定熔體流動(dòng)速率的典型裝置
3.1.4 溫度控制系統(tǒng)
對于任何設(shè)定的料筒溫度,在整個(gè)試驗(yàn)過程中,從??诘娇稍试S加料高度整個(gè)范圍內(nèi)的溫度都應(yīng)得到有效控制,在筒壁所測溫度的差異不得超過表1規(guī)定的范圍。
注:料筒壁溫可通過裝在壁內(nèi)的鉑熱電偶溫度計(jì)測量,如果儀器未配有此類裝置,則根據(jù)所用溫度計(jì)的類型,在離筒壁一定距離的熔體中測定。
溫度控制系統(tǒng)應(yīng)允許以1℃或更小的間隔設(shè)置試驗(yàn)溫度。
表1 溫度隨距離和時(shí)間變化的大允差
試驗(yàn)溫度θ,℃ | 溫度允差,℃ |
隨距離 | 隨時(shí)間 |
θ≤200 | ±1 | ±0.5 |
200<θ≤300 | ±1.5 | ±1.0 |
θ>300 | ±2 | ±1.5 |
3.1.5 口模,由碳化鎢或高硬度鋼制成;長8.00mm±0.025mm;內(nèi)孔應(yīng)圓而直,內(nèi)徑為2.095mm且均勻,其任何位置的公差應(yīng)在±0.005mm范圍內(nèi)。
內(nèi)孔硬度應(yīng)不小于維氏硬度500(HV5~HV100),表面粗糙度Ra(算術(shù)平均值)應(yīng)小于0.25μm(GB/T 1031—1995)??谀2荒芡怀鲇诹贤驳撞浚ㄒ妶D1),其內(nèi)孔必須安裝得與料筒內(nèi)孔同軸。
3.1.6 安裝并保持料筒*垂直的方法
一個(gè)垂直于料筒軸線安置的雙向氣泡水平儀和可調(diào)儀器支腳適合使料筒保持垂直。
注:這樣可避免活塞受到過分摩擦或在大負(fù)荷下彎曲。一種上端帶有水平儀的仿真活塞可用于檢查料筒是否*垂直。
3.1.7 可卸負(fù)荷,位于活塞頂部,由一組可調(diào)節(jié)砝碼組成,這些砝碼與活塞所組合的質(zhì)量可調(diào)節(jié)到所選定的標(biāo)稱負(fù)荷,準(zhǔn)確度達(dá)0.5%。對于較大負(fù)荷,可選用機(jī)械加載負(fù)荷裝置。
3.2 附件
3.2.1 通用附件
3.2.1.1 將樣品裝入料筒的裝置,由無磨損作用材料制成的裝料桿。
3.2.1.2 清潔裝置。
3.2.1.3 玻璃水銀溫度計(jì)(校準(zhǔn)溫度計(jì))或其他溫度測量裝置,在按5.1規(guī)定的溫度及浸沒條件校正控溫系統(tǒng)時(shí),能將溫度準(zhǔn)確地校正到±0.5℃。
3.2.2 方法A所用附件
3.22.1 切斷工具,用于切割擠出的試樣,可用邊緣鋒利的刮刀。
3.2.2.2 秒表,準(zhǔn)確至±0.1s。
3.2.2.3 天平,準(zhǔn)確至±0.5mg。
3.2.3 方法B所用附件
測量裝置:可自動(dòng)測量活塞移動(dòng)的距離和時(shí)間。
4、試樣:
4.1 只要能夠裝入料筒內(nèi)膛,試樣可為任何形狀,例如:粉料、粒料或薄膜碎片。
注:有些粉狀材料若不經(jīng)預(yù)先壓制,試驗(yàn)時(shí)將不能得到無氣泡的小條。
4.2 試驗(yàn)前應(yīng)按照材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn),對材料進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié),必要時(shí),還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
5、儀器的溫度校正、清洗和維護(hù):
5.1 控溫系統(tǒng)的校正
5.1.1 溫度控制系統(tǒng)(3.1.4)的準(zhǔn)確性應(yīng)定期校準(zhǔn)。為此,先要調(diào)節(jié)溫度控制系統(tǒng),使控制溫度計(jì)顯示的料筒溫度恒定在要求的溫度。把校準(zhǔn)溫度計(jì)(3.2.1.3)預(yù)熱到同樣溫度,然后將一些受試材料或替代材料(見5.1.2)按試驗(yàn)時(shí)的同樣步驟(見6.2)加入料筒。材料*裝好后等4min,將校準(zhǔn)溫度計(jì)插入樣品中,并沒入材料,直到水銀球頂端離口模上表面10mm為止。再過4~10min,用校準(zhǔn)溫度計(jì)與控制溫度計(jì)讀數(shù)差值來校正控制溫度計(jì)所顯示的溫度。還應(yīng)沿料筒方向校準(zhǔn)多點(diǎn)溫度,以每10mm間隔測定試料溫度,直到離口模上表面60mm的點(diǎn)為止。兩個(gè)值的大偏差應(yīng)符合表1規(guī)定。
5.1.2 溫度校正時(shí)選用的材料必須能夠充分流動(dòng),以使水銀溫度計(jì)的球在插入時(shí)不至用力過大而受到損壞,在校正溫度時(shí),熔體流動(dòng)速率(MFR)大于45g/10min(2.16kg負(fù)荷)的材料是合適的。
如果溫度校正時(shí)使用某種材料代替較粘稠的受試材料,則替代材料的導(dǎo)熱性應(yīng)與受試材料*,以使它們有相似的熱行為。溫度校正時(shí)的加料量應(yīng)能使校正溫度計(jì)桿有足夠長度插入其中,以使測量準(zhǔn)確。這可通過取出校正溫度計(jì)、檢查材料在溫度計(jì)桿上的粘覆高度來確定。
5.2 儀器清洗
每次測試以后,都要把儀器*清洗,料筒可用布片擦凈,活塞應(yīng)趁熱用布擦凈,口模可以用緊配合的黃銅絞刀或木釘清理。也可以在約550℃的氮?dú)猸h(huán)境下用熱裂解的方法清洗。但不能使用磨料及可能會(huì)損傷料筒、活塞和口模表面的類似材料。必須注意,所用的清洗程序不能影響口模尺寸和表面粗糙度。
如果使用溶劑清洗料筒,要注意其對下一步測試可能產(chǎn)生的影響應(yīng)是可忽略不計(jì)的。
注:建議對常用儀器在較短時(shí)間間隔,例如每周一次,將如圖1安裝的絕熱板和口模擋板拆下,對料筒進(jìn)行*清洗。
6、方法A:
6.1 清洗儀器(見5.2)。在開始做一組試驗(yàn)前,要保證料筒(3.1.2)在選定溫度恒溫不少于15min。
6.2 根據(jù)預(yù)先估計(jì)的流動(dòng)速率,將3~8g樣品裝入料筒(見表2)。裝料時(shí),用手持裝料桿(3.2.1.1)壓實(shí)樣料。對于氧化降解敏感的材料,裝料時(shí)應(yīng)盡可能避免接觸空氣,并在1min內(nèi)完成裝料過程。根據(jù)材料的流動(dòng)速率,將加負(fù)荷或未加負(fù)荷的活塞放入料筒。
如果材料的熔體流動(dòng)速率高于10g/10min,在預(yù)熱過程中試樣的損失就不能忽視。在這種情況下,預(yù)熱時(shí)就要用不加負(fù)荷或只加小負(fù)荷的活塞,直到4min預(yù)熱期結(jié)束再把負(fù)荷改變?yōu)樗枰呢?fù)荷。當(dāng)熔體流動(dòng)速率非常高時(shí),則需要使用口模塞。
表2
熔體流動(dòng)速率1),g/10min | 料筒中樣品質(zhì)2),g | 擠出物切斷時(shí)間間隔,s |
0.1~0.5 | 3~5 | 240 |
>0.5~1 | 4~6 | 120 |
>1~3.5 | 4~6 | 60 |
>3.5~10 | 6~8 | 30 |
>10 | 6~8 | 5~153) |
1)如果本試驗(yàn)中所測得的數(shù)值小于0.1g/10min或大于100g/10min,建議不測熔體流動(dòng)速率。 2)當(dāng)材料密度大于1.0g/cm3時(shí),可能需增加試樣量。 3)當(dāng)測定MFR大于25g/10min的材料時(shí),為了獲得足夠的再現(xiàn)性,可能需要對小于0.1s的切段時(shí)間間隔進(jìn)行自動(dòng)控制和測量或使用方法B |
6.3 在裝料完成后4min,溫度應(yīng)恢復(fù)到所選定的溫度,如果原來沒有加負(fù)荷或負(fù)荷不足的,此時(shí)應(yīng)把選定的負(fù)荷加到活塞上。讓活塞在重力的作用下下降,直到擠出沒有氣泡的細(xì)條,根據(jù)材料的實(shí)際粘度,這個(gè)現(xiàn)象可能在加負(fù)荷前或加負(fù)荷后出現(xiàn)。這個(gè)操作時(shí)間不應(yīng)超過1min。用切斷工具(3.2.2.1)切斷擠出物并丟棄。然后讓加負(fù)荷的活塞在重力作用下繼續(xù)下降。當(dāng)下標(biāo)線到達(dá)料筒頂面時(shí),開始用秒表(3.2.2.2)計(jì)時(shí),同時(shí)用切斷工具切斷擠出物并丟棄之。
然后,逐一收集按一定時(shí)間間隔的擠出物切段,以測定擠出速率,切段時(shí)間間隔取決于熔體流動(dòng)速率,每條切段的長度應(yīng)不短于10mm,為10~20mm,標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔見表2。
對于MFR(和MVR)較小和(或)??谂蛎涊^高的材料,在240s的大切段間隔內(nèi),可能難于獲得不小于10mm的切段長度。在這種情況下,只有在240s內(nèi)得到的每個(gè)切段質(zhì)量達(dá)到0.04g以上時(shí),才能使用方法A,否則應(yīng)使用方法B。
當(dāng)活塞桿的上標(biāo)線達(dá)到料筒頂面時(shí)停止切割。丟棄有肉眼可見氣泡的切段。冷卻后,將保留下的切段(至少3個(gè))逐一稱量,準(zhǔn)確到1mg,計(jì)算它們的平均質(zhì)量。如果單個(gè)稱量值中的大值和小值之差超過平均值的15%,則舍棄該組數(shù)據(jù),并用新樣品重做試驗(yàn)。
從裝料到切斷后一個(gè)樣條的時(shí)間不應(yīng)超過25min。
7、方法B:
7.1 原則
熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)和熔體體積流動(dòng)速率(MVR)的測定采用如下兩條原則之一:
a)測定在規(guī)定時(shí)間內(nèi)活塞移動(dòng)的距離;
b)測定活塞移動(dòng)規(guī)定距離所用的時(shí)間。
7.2 *測量準(zhǔn)確度
為使介于0.1~50g/10min的MFR或介于0.1~50cm3/10min的MVR測定有重復(fù)性,活塞位移測量應(yīng)到土0.1mm,時(shí)間測量應(yīng)準(zhǔn)確到0.1s。
7.3 操作準(zhǔn)備
按照方法A中6.1到6.3(到段末)規(guī)定進(jìn)行。
7.4 測定
7.4.1 當(dāng)下標(biāo)線達(dá)到料筒頂面時(shí),開始自動(dòng)測定。
7.4.2按下述進(jìn)行測定:
a)如果采用7.1a)的原則,測量活塞在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)距離;
b)如果采用7.1b)的原則,測量活塞移動(dòng)規(guī)定距離所需的時(shí)間。
當(dāng)活塞桿上標(biāo)線達(dá)到料筒頂面時(shí)停止測量。
7.4.3 從加料開始到測得后一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)間不得超過25min。
7.5 結(jié)果表示
8、流動(dòng)速率比(FRR):
兩個(gè)MFR(或MVR)值之間的關(guān)系稱為流動(dòng)速率比,如公式(5)所示:
一般用來表征材料分子量分布對其流變行為的影響。
注:用于測定流動(dòng)速率比的條件,列在相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)中。
9、精密度:
用本方法測量特定材料時(shí),應(yīng)考慮導(dǎo)致降低重復(fù)性的因素,這些因素包括:
a)在預(yù)熱或試驗(yàn)時(shí),由于材料的熱降解或交聯(lián),會(huì)引起熔體流動(dòng)速率的變化(需要長時(shí)間預(yù)熱的粉狀材料對此影響更敏感,在某些情況,需要加入穩(wěn)定劑以減小這種變化)。
b)對填充或增強(qiáng)材料,填料的分布狀況或取向可影響熔體流動(dòng)速率。
因尚未獲得實(shí)驗(yàn)室間試驗(yàn)數(shù)據(jù),本方法的精密度尚不能確定。因涉及的材料很多,用單一的精密度來描述是不合適的,但±10%的變異系數(shù)是可期望的。