塑料材料几乎可以欧洲杯足球竞彩在日常生活的方方面面,包括包装食品,家具,建筑材料,汽车,医疗设备和个人服装(等等)。1
塑料通常是由合成聚合物组成的小分子结合在一起重复结构和被公认为轻,耐用,灵活的、健壮的、和(通常)半透明,以及化学和耐腐蚀。2
塑料可以很容易地制造和塑造成各种设计和配置,使它们大量的应用程序的理想材料。
制造这些日常消费品,聚合物在熔融的形式提高温度,处理称为聚合物熔体。认识到如何熔融聚合物流动和变形对高效开发特定的终端产品至关重要。3
如今,熔体流动指数(MFI),也被称为熔融指数(MI)或熔体流动速率(MFR),广泛用于量化聚合物流动行为。
MFI的测量熔融聚合物将流的缓解压力和被描述为材料的重量,流过毛细管死在十分钟(在单位的g / 10分钟,但这往往是无单位)。4
因此,熔融指数负相关聚合物粘度,因此高熔融指数对应于一个低熔体粘度,反之亦然。即使融化索引已成为一个主要的聚合物质量控制实验室,这仍然是一个相对限制技术。
问题是,熔融指数是一个单点测量粘度在温度使用相对较小剪切速率(通常1到100年代1,虽然这是高度材料——instrument-dependent),和MFI经常测量条件下明显不同于实际的加工条件。4
此外,聚合物熔体粘度明显受剪切速率的影响,可以改变的数量级整个挤压操作。特别是,MFI测试无法精确测量聚合物分支或占小分子量分布的变化。
旋转剪切流变仪,另一方面,可以更详细地研究聚合物流动。聚合物熔体非牛顿流体的粘度对剪切速率非常敏感,剪切历史,和/或温度的历史。
知道熔体粘度的变化在一系列工业相关的剪切速率和温度是至关重要的发展聚合物加工设备,计算过程能耗,优化整个生产过程。2020欧洲杯下注官网
例如,聚合物挤出、注射成型、压缩成型都是高剪切率的过程,然而,最终产品的质量通常是由低剪切率的行为。
本文将概述小振幅振荡剪切流变学是如何用于分析三个独立的线性低密度聚乙烯(LLDPE)样本以同样的熔体流动指数和平均分子量。
剪切rate-dependent粘度值和粘弹性行为的LLDPE融化观察使用流变测量。
的测量流变数据然后直接连接到聚合物的分子结构,包括分子量的分布和长链分支,以及整体的加工性能LLDPE样本。
实验
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在这个调查,三个线性低密度聚乙烯(LLDPE)颗粒样品进行了研究(表1),每个LLDPE在衡量样本相同的分子量(Mw),约等于熔体流动指数。
根据提供的信息,这三个材料的唯一区别是他们的分子量分布,供应商分为介质或缩小。欧洲杯足球竞彩
表1。三个研究了LLDPE的背景信息材料。欧洲杯足球竞彩来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩
| 样本 |
小额信贷机构 |
兆瓦 |
随钻测量 |
| LLDPE # 1 |
0.920 |
106 |
媒介 |
| LLDPE # 2 |
0.916 |
106 |
媒介 |
| LLDPE # 3 |
0.918 |
106 |
狭窄的 |
血流计
LLDPE的样本测量使用热科学TMHAAKETM火星TM智商空气流变仪装有电动板和电动罩温度控制模块。
流变测量使用20毫米直径进行了平行板几何(除非另外注明)设定温度为190°C到符合标准的MFI聚乙烯测试要求。5、6
LLDPE丸被直接放置到流变仪和融化成盘状标本高度为0.75毫米顶部和底部板之间。
收集的数据主要是通过振荡频率扫描从100到0.1 rad / s使用0.1%应变。6每频率数据点聚集十年,平均每个数据点代表五个完整的振荡。
结果
粘度概要
聚合物熔体被归类为非牛顿流体,常常表现出剪切稀化行为,在他们的粘度随着剪切速率的增加减少。
通常,非牛顿粘度测量的稀释和semi-dilute聚合物解决方案概况下稳态旋转剪切。然而,由于他们的高弹性和边缘断裂倾向在大变形、小振幅振荡剪切聚合物熔体是首选的测试方法。3
根据Cox-Merz规则,复杂的粘度(Iη*我)策划对角频率(ω)的振荡频率扫描测量相当于合成稳态剪切粘度策划与剪切速率旋转剪切测量。7
Cox-Merz规则数聚合物材料是一个有效的经验法则。欧洲杯足球竞彩因此,一个振荡频率扫描紧随其后Cox-Merz规则是最佳的应用技术,收集实际剪切粘度测量熔融聚合物。
图1描绘了振荡频率扫描响应(η*比ω)的三个分析LLDPE样本。LLDPE # 3展示了传统聚合物流动行为,表现出牛顿高原在低频率(1 rad / s)和一个常数,frequency-independent粘度。
之后,在频率大于1 rad / s, LLDPE # 3开始剪薄。LLDPE # 1和LLDPE # 2样品,另一方面,表现出一种持续的剪切稀化趋势也没有取得一个牛顿高原在频率范围进行了研究。
LLDPE # 2最低粘度在高频段,而LLDPE # 3最高。在低频率(0.1 rad / s),然而,相反的趋势观察:LLDPE # 2粘度最大,而LLDPE # 3最低。
此外,在一个频率~ 1 rad / s,所有三个lldpe的粘度几乎是相同的。shear-dependent行为这三个样品的粘度表明复杂的材料,如聚合物融化,不能准确地表示为一个单点测量和实际流动行为是最有效粘度的特点是一个完整的配置文件。欧洲杯足球竞彩
剪切粘度rate-dependent信息产生的振荡频率扫描的研究可以用来评估分子结构和聚合物材料的加工性能。欧洲杯足球竞彩
低频/剪切速率数据可以用来评估分子量(Mw)的聚合物熔体,在低到中等频率/剪切速率数据表明的分子量分布(随钻测量)。
相比之下,中级到高级频率/剪切速率数据可以用来评估材料在典型的流阻聚合物处理应用程序,包括压缩成型(0.01 ~ 10 rad / s),挤压(~ 10 1000 rad / s),和打击或注塑(> 1000 rad / s)。
这里虽然不是利用,时间——温度叠加(TTS)方法可以用来研究流变行为在一个广泛的频率范围,这是特别有用,当试图获得粘度数据在高频/剪切率(> 100 rad /秒)的旋转剪切流变仪。3
图1:复杂的粘度的函数角频率为LLDPE # 1(广场),# 2(三角形),# 3(圈)。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩
在中与剪切率(> 10 rad / s), LLDPE # 3样品的粘度大于其他两个LLDPE的样本(图1)。
因此,LLDPE # 3材料更具有挑战性和能源密集型生产,导致增加了设备磨损(增加资本和运营成本,导致额外的流程停机)。2020欧洲杯下注官网
此外,聚合物如LLDPE # 3通常需要一个“加工助剂”来减少压力和熔体粘度为了减少运营成本和挤压过程更具成本效益。
相比之下,LLDPE # 1的粘度下降和LLDPE # 2会使他们更容易过程而不需要额外的添加剂或加工调整。
分子量
分子量是一个关键材料参数定义在温度增加,聚合物的流动行为和相对较小的平均分子量的变化可能导致大量表观粘度的变化。8
聚合物熔体粘度一般是在低频/剪切率不变,所显示的LLDPE # 3如图1所示。这个低频率的恒定粘度/剪切区域被称为zero-shear或牛顿高原粘度。
zero-shear粘度η,₀,直接相关衡量聚合物熔体的分子量(Mw);分子量越高,越高zero-shear粘度(反之亦然)。
三个LLDPE样品检查是有平等的平均分子量,因此,人们会预期有可比zero-shear粘性。
然而,LLDPE样品# 1和LLDPE # 2没有表现出牛顿高原在应用频率范围内,和他们的粘度增加与频率的减少一致/剪切。
此外,如果LLDPE # 1和LLDPE # 2材料表现出牛顿行为频率在报道范围之外欧洲杯足球竞彩,他们zero-shear粘度要大得多比LLDPE # 3样本,表明他们有一个更高的平均分子量。
然而,表观粘度更依赖率在低频率/剪切可以意味着扩大分子量分布和/或聚合物长链分支。
分子量分布
对于一个固定的分子量,所需要的能量过程聚合物正比于其粘度剪切速率依赖性(即。剪切稀化行为)。
开始和剪切稀化的大小之间的不同材料和对应与分子量分布定性:聚合物与广泛分布更倾向于薄比窄分布低剪切率具有相同平均兆瓦。欧洲杯足球竞彩
材料处理,剪切稀化被认为是最重要的非牛顿聚合物的特性,因为它提高了物料流,减少生产和处理过程中能源消耗热量。
提高聚合物的分子量分布,例如,可以促进成型和挤压操作。相反,过度的分子量分布宽,可能对产品质量产生不利影响,如提高吹膜霾或高架在模具表面粗糙度。
此外,高分子量组件可能导致不良的稠化区域在电影制作中,和一个非常宽的随钻测量会导致在冷却不均匀的放松,从而导致post-extrusion死肿胀或在注塑翘曲。
基于观察到的剪切稀化行为,LLDPE材料的表观分子量分布调查这里将如下(从薄到最大):LLDPE # 3 < LLDPE # 1 < LLDPE # 2。欧洲杯足球竞彩
LLDPE # 3表现出明显窄分布由于其平粘度和延迟剪切稀化行为。
LLDPE # 1和LLDPE # 2样品,另一方面,显示相应的剪切稀化行为和结果,似乎可比mwd,符合供应商的材料数据(表1)。
一般来说,LLDPE # 1和LLDPE # 2材料预计将比LLDP欧洲杯足球竞彩E更简单和更少的能源密集型过程# 3。
长链分支
沿着主要的聚合物骨干,长度,数量,分布的聚合物分支可以有所不同。调整的数量、长度、和/或分支机构的灵活性可以对熔体的流变学有相当大的影响。9
如果时间足够长,树枝支化聚合物可以缠绕,这些纠葛将导致较高的熔体粘度在低频/剪切值比线性或少支同行。10
此外,长链分支可以增加聚合物的弹性,观察到如图所示的储能模量(G)和正常的压力反应。
图2:粘度(左轴;填充符号)和第一法向应力差(右轴;开放符号)剪切速率的函数对LLDPE # 1(广场)和# 2(三角形)。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩
第一法向应力差,这可能是量化使用锥板几何常数旋转剪切下,是一种常用的度量评价聚合物长链分支。11
图2显示了观察steady-shear粘度随着剪切速率的函数对LLDPE # 2和LLDPE # 1样本(使用35毫米直径,确定1°锥几何)。
注意,在图2中得到的数据在220°C促进样品加载(所有其他数据是在190°C);尽管如此,报告的趋势应该是一致的,不管测量温度。
类似于他们观察到的行为在振荡剪切下,两个样品表现出连续剪切稀化在低剪切率(< 1 s1),LLDPE # 2样本表现出更高的低切粘度。
分别为第一法向应力差,N1(图2;显示在右轴)对LLDPE # 2也要大得多。
低切粘度的增加和增强正常压力反应相比,LLDPE # 2所示LLDPE # 1意味着样品# 2增加了长链分支(在数量或长度)。
法向应力行为可以连接到弹性响应的线性和支化聚合物,它也可以直接耦合的处理行为。例如,长链分支可能会增加在挤压模肿胀,可能会导致在吹塑膜厚度增加。
粘弹性
除了复杂的粘度,振荡剪切也量化测量聚合物粘性和弹性的特性,称为粘弹性. .存储和损失模(分别为G, G”)描述弹性和粘性物质的行为。
分子结构以及聚合物的测试/处理条件,将确定哪些行为是主导:粘性和弹性。
例如,太多的弹性会导致流在处理异常和副作用,如模具膨胀,鲨鱼皮,或融化骨折(等等)。3、12了解给定的聚合物材料的粘弹性性质是至关重要的为调整产品配方,混合和优化工艺条件。
图3:储能模量G”(符号)和损耗模量,G”(打开符号)的函数角频率对LLDPE # 1(广场),# 2(三角形),和# 3(圈)。图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩
当测量一系列频率或时间尺度,振荡剪切测量分子量(Mw)可以提供信息和分子量分布(随钻测量)的材料,以及其结构和物理状态。
G和G”显示为一个函数三个研究了LLDPE的角频率材料,如图3所示。欧洲杯足球竞彩交叉点(G = G”)直接与对应Mw和聚合物熔体的随钻测量;交叉频率的变化意味着兆瓦的变化,而交叉模量的变化表明,随钻测量的变化。
三个检查材料展览交叉在同一频率值,表明欧洲杯足球竞彩他们衡量兆瓦值具有可比性。
然而,LLDPE # 3展品交叉在更高的模值,表明随钻测量较窄,而LLDPE # 2和LLDPE # 1表现出跨界车可比模,指示可比,但已比LLDPE # 3。
G和G”之间的区别在低频率(< 1 rad / s)也与随钻测量。随钻测量越大,越接近G和G”在一起,反之亦然。应用这一原则,LLDPE # 3再次表现出较低的随钻测量,而LLDPE # 2展品有点宽随钻测量比LLDPE # 1。
交叉弹性模量的大小和模量的区别在低频率随钻测量结果支持来自图1中的粘度概要文件。
如前所述,聚合物熔体弹性(G)是一个关键因素在确定粘弹性熔体行为和可能的来源几个流异常。在处理过程中,过度的弹性,以G’在低频段,可以降低产品质量。
LLDPE # 3 G值,而最低LLDPE # 2表现出最大的弹性。
而LLDPE # 1和LLDPE # 2可能是简单的过程,因为他们的低粘度,更大的弹性可能使他们更容易受到表面缺陷,如死肿胀和熔体破裂,在挤压成型期间和/或弯曲。
结论
流聚合物熔体的行为是复杂和高度依赖于剪切速率和温度,不能充分代表了一个简单的粘度测定熔体流动指数等。
相比之下,流变学是一个强有力的分析技术,不仅评价聚合物熔体的流动行为,而且还提供了关于分子结构的信息,处理行为和最终产品质量。
本文中的三个LLDPE样品检查表现出类似的熔体流动指数和平均分子量。然而,所有三个样品表现出独特的流变特性,包括在低剪切粘度不同,离散的剪切稀化配置文件,和对比程度的弹性。
研究了lldpe的粘度概要文件和粘弹性响应被用来确定明确的分子量分布的差异,以及检测长链分支的存在。
了解熔体粘度和粘弹性行为的变化在一系列industrial-relevant剪切速率对聚合物加工设备的设计是至关重要的,决定过程能耗和整体流程优化。2020欧洲杯下注官网
图片来源:热费希尔科学——材料和结构分析欧洲杯足球竞彩
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这些信息已经采购,审核并改编自热费希尔科学所提供的材料,材料和结构分析。欧洲杯足球竞彩
在这个来源的更多信息,请访问热费希尔科学——材料和结构分析。欧洲杯足球竞彩