(2014年2月25日發布)
--當聚合物供應商未提供MFR數據時,可參照以下解決方案。
眾多商用材料將熔體流動速率(MFR)值作為公開性能參數之一,印證了該測試的實用價值。幾乎所有聚合物家族的各級別材料都會提供這項
數據,認證證書也普遍標注每批料的MFR值。但某些聚合物在不同供應商間的MFR數據完整性存在差異,還有少數聚合物家族幾乎從不提供
MFR值。
其原因各不相同:部分源于行業慣例。例如非晶態PET確實會提供分子量(MW)相關參數,但材料制造商選擇使用特性粘度(IV)而非MFR——
該測試需將聚合物溶于特定溶劑形成稀溶液,然后比較溶液與純溶劑流經標準幾何形狀玻璃器皿的速率。流速差異越大,材料IV值越高,聚合
物平均分子量也越高。由于需要精密儀器并使用劇毒化學品,IV測試操作更復雜,但該測試可在室溫下進行,省去了熔體狀態測試必需的干燥
預處理步驟。
填充材料是另一個?;乇躆FR測試的典型案例。填充增強型半結晶樹脂(如聚酯、尼龍和聚苯硫醚PPS)尤其如此:以PPS為例,幾乎所有注塑
和擠出級別的材料都高度填充,其數據表上基本找不到MFR值。唯一例外是用于涂層或作為填充復合原料的純樹脂。
填充材料回避MFR測試的原因與上期專欄相關:填料會降低MFR值,測試結果更取決于填料含量和類型,而非聚合物分子量。填料還會增加測
試結果的變異性,導致難以制定有意義的規格標準。但填充增強材料完全回避MFR測試并非普通現象,許多玻璃/礦物填充材料(包括聚丙烯和
聚碳酸酯)供應商仍采用MFR測試作為質控指標并提供產品文獻值。
PPE/PS合金展現了行業對該測試應用的矛盾態度:上世紀七八十年代與通用電氣塑料(現沙伯基礎創新塑料)合作過的人都清楚,其Noryl數據
表從不提供MFR值,而是依據毛細管流變儀數據。若當時詢問GE技術人員,他們會告知MFR測試對PPO材料毫無意義。但到1990年代,MFR值
開始出現在其數據表中,如今甚至連某些填充級別產品也普遍標注。部分供應商效仿此舉,其他供應商則仍不提供PPE/PS材料的MFR值。
尼龍是行業普遍回避MFR測試的聚合物:無論何種尼龍,幾乎從不進行MFR測試,數據表也罕有相關數值。若提供分子量指標,通常以相對粘
度值的形式呈現——該值基于與特性粘度相同的溶劑測試法,但結果報告單位往往不同。
尼龍對MFR測試提出特殊挑戰:作為吸濕性材料可在熔融狀態下水解,所有熔態測試樣本必須預先干燥(聚碳酸酯和聚酯亦然)。但尼龍還存在
額外問題——干燥后殘留水分會影響聚合物流動性。多數可水解材料需干燥至含水量低于0.020%(200ppm),且許多材料的粘度受測試樣本
精確含水量影響。
在30ppm至200ppm含水量區間,這些材料的MFR基本保持穩定。未填充尼龍的含水量低于0.20%(2000ppm)時,材料就常常被視為已充分
干燥。但是,事實證明在0-2000ppm范圍內,尼龍粘度變化顯著:圖1顯示未填充尼龍6的MFR與含水量關系呈近乎線性分布,覆蓋400-2000
ppm全區間。當含水量低于400ppm時,MFR值開始加速下降。
任何有尼龍注塑經驗者都深知:極干燥尼龍熔體粘度更高,填充細長流道時更具挑戰性。這正是尼龍供應商建議加工商"保留少量水分"的原因。
需注意的是,MFR測試通常比較原材料與注塑件的結果,并通過粒料到制品的變化閾值判斷分子量保持效果。但圖1數據表明,單一樣品的測試
結果僅因含水量差異就可產生超過40%的波動,這使結果重復性難以保證,粒料-制品對比解讀極具挑戰性。
解決方案是建立如圖1所示的校準曲線:進行MFR測試時同步測量樣本含水量,將結果歸一化到特定含水量(如0.10%/1000ppm)。因此1500
ppm含水量下測得的13.3g/10min MFR值,可歸一化為1000ppm下的12g/10min;400ppm下測得的10.4g/10min同樣可歸一化為1000ppm下的
12.0g/10min。如此,兩個看似差異顯著的結果在考慮含水量影響后則顯示本質相同。對多數人而言此過程過于繁瑣,替代方案是采用溶劑測
試法。但對于不愿應對溶液測試挑戰者,更簡捷的MFR測試仍可用于尼龍。
下期我們將探討日益多見的相關性能指標——熔體體積速率,闡述其與熔體流動速率的關系以及日益普及的原因。
