半口模在高熔体流动速率聚丙烯测试中的探讨

(中国石化 洛阳分公司 ， 河南 洛阳 471012)

熔体流动速率(MFR)是评价高分子材料流动性能的一项重要物性指标，广泛应用于科研生产中。随着新产品的不断开发，特别是熔喷料的生产，对高MFR样品的分析越来越多。一般MFR分析用仪标准口模分析MFR>100 g/(10 min)样品就比较困难，通过各种参数优化，最多只能测到260 g/(10 min)左右。虽然使用口模塞和砝码支架可以将结果提高到600 g/(10 min)左右，但样品还是会从口模塞和口模接触缝隙处流出，造成清洗困难，用力顶时会造成口模位置变动，影响结果准确度。用砝码支架时操作繁琐，精度差。

因此，在GB/T 3682.1—2018也提出，当MFR>75 g/(10 min)时建议用半口模测试，但测试结果如何换算为标准口模的MFR值并未说明。在生产中通常以标准口模的MFR值来表征产品的特性，如果用半口模来表征容易混乱，因此，找到半口模与标准口模的数据关系就很有必要，同时可以拓宽仪器的使用范围[1-2]。

1 实验部分

1.1 原料

PPH-Y35X，熔体质量流动速率为36.4 g/(10 min)，中石化洛阳分公司；PPH-MN60，熔体质量流动速率65.1 g/(10 min)，中石化洛阳分公司；PPH-MN90B，熔体质量流动速率94.5 g/(10 min)，中石化洛阳分公司；PPH-MN150，熔体质量流动速率152 g/(10 min)，中石化洛阳分公司；PPH-MN220，熔体质量流动速率215 g/(10 min)，中石化洛阳分公司；过渡料，熔体质量流动速率582 g/(10 min)，中石油辽阳石化。

1.2 仪器设备

MI-4型熔融指数仪，德国GOTTFERT；AE-240型电子天平，上海梅特勒。

1.3 实验方法

按GB/T 3682.1—2018中方法B实验。因高MFR样品流动速率快，有的样品未达到测量位置，样品已经流完，无法测出结果，而用半口模孔径小可以测更高的MFR样品。

要保证半口模测试结果准确，就必须保证半口模测试结果与标准口模测试结果换算关系准确，就是保证用标准口模和半口模测试的结果都准确，特别是标准口模结果。要保证标准口模测试结果准确，就要保证预热时间结束时活塞杆有效测量位置应在进样口上方，这就要从加样量、活塞杆喂料位置、测量位移等方面进行探讨。

2 结果与讨论

2.1 不同进样量影响

进样量分别为4、6、8 g，喂料至110 mm处、5 mm测量距离，用标准口模和半口模进行试验，试验结果见表1。

从表1可以看出，在进样量为4、6 g时，随着MFR的升高，标准口模测试结果明显升高，与半口模的比值也升高；进样量为8 g时相对变化较小[2]。主要是由于高MFR样品在预热时间结束时样品损失较多造成，这也与GB/T 3682.1—2018中要求MFR值高时需增加进样量一致。因半口模多用于MFR>75 g/(10 min)的高流动性样品测试，所以测试时应尽量多加样品。

表1 不同进样量(MFR)结果对比 g/(10 min)

2.2 不同喂料位置影响

喂料位置分别设定在70、90、110 mm，称8 g样品、5 mm测量距离用标准口模和半口模进行试验。试验结果见表2。

通过表2可以看出，只有喂料在110 mm处时“过度料”样品才有结果，同时喂料到110 mm时标准口模和半口模的比值更稳定。说明测高MFR样品时尽量保持较高的喂料位置，测试结果稳定性更好，精密度更高[3]。

表2 不同喂料位置MFR结果对比 g/(10 min)

2.3 不同测试位移影响

测量距离分别设定为2、5、10 mm，称8 g样品、喂料至110 mm处用标准口模和半口模进行试验。试验结果见表3。

表3 不同测量位移MFR结果对比 g/(10 min)

在GB/T 3682.1—2018中根据不同结果对活塞最小位移做出了相应规定，MFR>20 g/(10 min)的样品选择10 mm位移，而且要保证每次加样出3个结果，对于大部分熔指仪有效位移长度只有30 mm，理论上按10 mm位移可以出3个结果。通过试验发现当MFR<60 g/(10 min)时，出3个结果问题不大，但第一个结果明显偏大。当MFR>60 g/(10 min)时出3个结果较困难，随着MFR增加，出1个结果也困难。而GB/T 3682.1—2018对仪器的时间、位移精度做了明确要求，要分别达到±0.01 s和±0.02 mm，现在出厂仪器都能达到精度要求。对于具有较高时间、位移精度的仪器适当降低活塞位移距离对测量结果影响不大。

从表3可以看出， 5 mm测试位移结果比值较2 mm和10 mm的波动偏小，用10、5 mm测试位移得出的结果差别不明显。因此，选用5 mm测试位移不仅可以保证加一次样可以出3个结果，同时结果的重复性也较好。

2.4 标准模和半口模换算关系

取加8 g样、110 mm喂料位置、测试位移5 mm时对应的结果比值的平均值计算出标准口模和半口模MFR结果关系。测试结果见表4和图1。

表4 选定条件下标准口模和半口模MFR测试结果 g/(10 min)

图1 半口模与标准口模换算关系

通过表4、图1可以看出在分析条件优化后半口模与标准口模的MFR结果有较稳定的换算关系。

2.5 标准模和半口模换算关系验证

试验过程用的是600 g/(10 min)以下的样品，无需再用该范围内的样品进行验证，对更高MFR结果的样品需进一步验证。熔喷料生产使用的厂家较多，用熔喷料和熔喷料生产调整过程中的过度料来验证，测试数据见表5。

从表5可以看出差值最大的为37 g/(10 min)，远小于出厂指标规定的±200 g/(10 min)，说明仪器可以用于超高熔指熔喷料的测试。通过测试条件优化，仪器用半口模时测量范围可以拓展到1 500 g/(10 min)左右，大大增加了仪器的使用范围。

表5 熔喷料半口模MFR测试结果 g/(10 min)

3 结论

用半口模或标准口模测试高MFR样品，加样量越多、喂料位置越高，结果重复性越好。在仪器满足GB/T 3682.1—2018要求时，对于高MFR样品在有效30 mm测试位移范围内，单个结果测试位移越长，结果重复性不一定越好。在合适的分析条件下标准口模与半口模的MFR结果有较稳定的换算关系。可以用半口模来分析更高MFR的样品。