自動法測定聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯－苯乙烯共聚物的熔體流動速率

林宏雄，貝沁紅，朱慧紅，黃金鳳，楊 蓓，陳谷峰

（廣東出入境檢驗檢疫局，廣東 廣州510623）

自動法測定聚苯乙烯和丙烯腈-丁二烯－苯乙烯共聚物的熔體流動速率

林宏雄，貝沁紅，朱慧紅，黃金鳳，楊 蓓，陳谷峰

（廣東出入境檢驗檢疫局，廣東 廣州510623）

采用手動法和計時法測定聚苯乙烯（PS）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）的熔體密度，研究了自動法測定熔體流動速率。結(jié)果表明，自動法測定PS、ABS的熔體流動速率方便快捷，與手動法比較，其誤差小于2%。

聚苯乙烯；丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物；熔體流動速率

0 前言

PS、ABS是應用廣泛的通用塑料，而熔體流動速率是其常見的質(zhì)量指標，也是加工性能的重要指標。熔體流動速率的測定標準有ASTM D1238—2010、ISO 1133—2005、GB/T 3682—2000等標準，測定方法有2種，即手動測定法和自動測定法。手動測定中需一邊讀秒一邊手動切割，容易帶來人為誤差，特別是在熔體流動速率較大或樹脂很黏時表現(xiàn)得尤為突出，因此ASTM D1238—2010中規(guī)定熔體流動速率大于50g/10min必須使用自動測定法，從而提高試驗數(shù)據(jù)的準確度。根據(jù)檢驗標準，目前能用自動法測定熔體流動速率的只有聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），尚未見有自動法測定PS、ABS熔體流動速率的報道。本文針對以上問題，結(jié)合熔體流動速率儀的料筒直徑、高度等參數(shù)，應用手動法和計時法2種方法，準確地測定了PS、ABS的熔體密度值，從而實現(xiàn)了自動法測定PS和ABS的熔體流動速率。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PS1，666H，香港陶氏化學太平洋有限公司；

PS2，N1841，香港石油化學有限公司；

PS3，336，臺灣英全公司；

PS4，470，美國陶氏太平洋有限公司；

PS5，HF555，澳大利亞孟三都公司；

PS6，500，日本三井東壓化學公司；

ABS1，PA757，（臺灣）奇美實業(yè)股份有限公司；

ABS2，SD0150，韓國三星綜合化學化學公司；

ABS3，121HNP，韓國LG化學公司；

ABS4，HF－1，日本三菱人造絲公司；

ABS5，HF－5，日本三菱人造絲公司；

ABS6，947MWU，德國巴斯夫公司；

ABS7，PH－AT，德國拜耳化學公司。

1.2 主要設備及儀器

熔體流動速率儀，ZWICK/ROELL 4106、TOYOSEIKI P101，日本株式會社東洋精機制作所；

分析天平，SARTORIUS BS210S，德國賽多利斯股份公司；

秒表，上海秒表廠。

1.3 樣品制備

ABS的吸濕率為0.2%～0.45%，干燥前處理條件為：（80±5）℃，2h[1]；

PS的吸濕率為0.01%～0.2%，不需要干燥前處理[2]。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

ABS、PS的熔體密度測試條件為：溫度200℃，載荷5kg；

手動法測定熔體密度：（1）輸入溫度：200℃，開機，待熔體流動速率儀到達預設溫度后，恒溫30min，開始測試；（2）將壓料桿自料筒取出，用漏斗將適量樣品在1min內(nèi)裝入料筒中，隨后將壓料桿放入料筒，用手在壓料桿上端適當加壓把樣品壓實后，用秒表開始記時；（3）在壓料桿上端加負荷。為調(diào)整活塞桿在缸體中的位置，可在預熱時間4min前將多余料擠壓出來，保證在預熱時間（7±0.5）min內(nèi)壓桿正好走到刻線上。此時報警器鳴響，同時儀器上的自動計時器開始計時，立即切樣，棄去該樣條；（4）當壓桿走完規(guī)定的25.4mm長距離后，報警器停止嗚響，儀器上的自動計時器停止計時，此時立即切樣，保留此期間的樣條，留作計算使用，記下儀器計時器上的時間 （t）；（5）測出行 程25.4mm擠出的樹脂質(zhì)量（W），則如式（1）所示[3]：

式中 D——在試驗下樹脂的熔體密度，g/cm3

W——擠出樹脂的質(zhì)量，g

計時法測定熔體密度：按自動法（ASTM D1238—2010中B法）[3]測定時間，設定活塞行程為6.35mm或25.4mm，自動法測定，記錄活塞經(jīng)過該行程的所需要的時間（t1），按式（2）計算自動法測定的熔體流動速率（RMFR）；同時，采用手動切割法測定樹脂的熔體流動速率，根據(jù)式（2）可得式（3）。

式中 RMFR——熔體流動速率測定值，g/10min

t1——活塞經(jīng)過該行程的所需要的時間，s

L——活塞行程，0.635cm或2.54cm

其中，427為活塞和缸體的面積平均值乘以600所得；

自動法測定熔體流動速率：輸入實驗得到的PS和ABS的熔體密度，根據(jù)ASTM D1238—2010，按自動計時流速法測定PS、ABS的熔體流動速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品干燥處理的影響

許多熱塑性塑料在試驗前不需經(jīng)過前處理，但對于有揮發(fā)成分、吸濕率較大的材料則需要經(jīng)過前處理。本文采用不同的干燥溫度和干燥時間，分別探討了前處理對ABS和PS的熔體流動速率或熔體密度測量重復性的影響。各選5個不同牌號的PS樹脂和ABS樹脂試樣，分別對其進行樣品干燥處理，處理溫度分別為：70、80、90、100℃，干燥時間為2h。干燥后的樣品置于干燥器，冷卻后測定其熔體流動速率。

表1表明干燥處理對PS的試驗結(jié)果影響很小，可不需前處理，而由表2可見，ABS樣品若不經(jīng)過前處理，擠出的樣條氣泡多，表面不光滑，不符合檢驗標準的測定要求，經(jīng)70℃，2h的干燥處理，ABS樣品的熔體流動速率仍較大，而經(jīng)90℃，2h的干燥處理后，獲得的試驗數(shù)據(jù)波動不大，其擠出樣條也光滑。

表1 不同干燥處理條件時PS的熔體流動速率 g/10minTab.1 Melt flow rate of PS under different drying conditions g/10min

2.2 測定方法的影響

本文分別用手動法和計時法測定同牌號的PS和ABS的熔體密度，其結(jié)果如表3、4所示。

從表3、4可知：手動法的結(jié)果波動較大。試驗法測定樹脂的熔體密度（手動法）已有報道[4]，試驗中發(fā)現(xiàn)，熔體流動速率儀開始測定時，報警器嗚響，活塞桿到達行程時報警器停止嗚響，立即切樣。但是，不知哪一聲嗚響是最后的嗚響，故切樣的操作總是滯后，并由此造成測定結(jié)果波動較大。

表2 不同干燥處理條件時ABS樹脂的熔體流動速率 g/10minTab.2 Melt flow rate of ABS under different drying conditions g/10min

表3 不同方法測得的PS樹脂的熔體密度 g/cm3Tab.3 Melt density of PS measured by different methods g/cm3

表4 不同方法測得的ABS樹脂的熔體密度 g/cm3Tab.4 Melt density of ABS measured by different methods g/cm3

計時法測定熔體密度的原理是假設在試驗溫度下，樹脂的熔體密度基本恒定不變，并且熔體流動速率的手動切割法測定值和自動法測定值相等。該方法測定得到的熔體密度是對該儀器尺寸精度和溫度精度等綜合修正后的數(shù)值，其測試結(jié)果較穩(wěn)定，誤差較小。

2.3 樣品牌號的影響

常溫下，聚合物的密度受分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、分子取向等因素的影響，不同牌號的PS和ABS有不同的密度。但在試驗溫度（200℃）下，PS和ABS為熔體，由于溫度高，大分子熱運動劇烈，沒有分子的結(jié)晶，大分子回到蜷曲狀態(tài)[5]，因此，在200℃下，PS和ABS的牌號對熔體密度的影響較小。試驗結(jié)果如表5、6所示。

表5 不同牌號的PS樹脂的熔體密度Tab.5 Melt density of PS with different brands

表6 不同牌號的ABS樹脂的熔體密度Tab.6 Melt density of ABS with different brands

表5、6的結(jié)果表明：PS和ABS的熔體密度幾乎不受牌號的影響，可以不考慮牌號的因素。

2.4 熔體流動速率的自動測定

輸入PS的熔體密度（0.964g/cm3），ABS的熔體密度（0.973g/cm3），按 ASTM D1238—2010，分別采用手動操作法和自動計時流速法測定PS和ABS的熔體流動速率，結(jié)果如表7、8所示，表明PS和ABS的熔體密度準確，可應用于自動法測定PS和ABS的熔體流動速率，操作方便，結(jié)果準確。

表7 自動法測定的PS樹脂的熔體流動速率Tab.7 Melt flow rate of PS measured by automatical method

表8 自動法測定的ABS樹脂的熔體流動速率Tab.8 Melt flow rate of ABS measured by automatical method

3 結(jié)論

（1）ABS樹脂熔體流動速率的測定，需進行樣品的干燥前處理；

（2）采用手動法和計時法均可測定ABS和PS的熔體的密度，計時法的測定結(jié)果波動性較小；

（3）樹脂牌號對PS和ABS熔體密度的影響可以忽略；

（4）采用試驗得到的熔體密度，可實現(xiàn)自動法測定ABS和PS的熔體流動速率，與手動測定法比較，其結(jié)果之間的誤差小于2%。

[1] 中國標準化技術(shù)委員會.GB/T 12672—2009 丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）樹脂[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2] 黃 麗.高分子材料[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005：53－57.

[3] American Society for Testing Materials.ASTM D1238—10Standard Test Method for MeltFlow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer[S].Annual Book of ASTM Standards，2010.

[4] 劉守強，李朝暉.試驗法測定樹脂的熔體密度[J].石油化工，1996，25（4）：285－289.

[5] 黃 銳.塑料熱成型和二次加工[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005：25.

Automatic Determination of Melt Flow Rates of PS and ABS

LIN Hongxiong，BEI Qinhong，ZHU Huihong，HUANG Jinfeng，YANG Bei，CHEN Gufeng
（Guangdong Entry－exit Inspection and Quarantine Bureau，Guangzhou 510623，China）

The test method of automatically timed melt flow rate measurement for ABS and PS was studied，using the melt density data determined by manual method and automatically timed method.Results showed that the precise melt flow rate could be obtained easier by the automatic determination of melt flow rate.Compared with the manual method，the error of the result was less than 2%.

polystyrene；acrylonitrile－butadiene－styrene copolymer；melt flow rate

TQ325.2

B

1001－9278（2011）11－0090－04

2011－10－13

質(zhì)檢總局科研基金資助項目（2010IK036）

聯(lián)系人，linhx4221＠163.com