塑料成分測試熱重分析

在一定的氣氛中，測量樣品的質(zhì)量隨溫度或時(shí)間變化而變化的技術(shù)，利用此技術(shù)可以研究諸如揮發(fā)或降解等伴隨有質(zhì)量變化的過程。如果采用TGA-MS或TGA-FTIR的聯(lián)用技術(shù)，還可以對(duì)揮發(fā)出的氣體進(jìn)行分析，從而得到更加全面和準(zhǔn)確的信息。其中琰匯測量更為廣泛地應(yīng)用在高分子材料的研發(fā)、性能檢測與質(zhì)量控制。例如可用差示掃描量熱儀(DSC)研究熱固性樹脂固化反應(yīng)的熱效應(yīng)，得到固化反應(yīng)的起始溫度、峰值溫度和終止溫度，還可以得到單位重量的反應(yīng)熱以及固化后樹脂的玻璃化溫度。這些數(shù)據(jù)對(duì)于樹脂加工條件的確定，評(píng)價(jià)固化劑的配方有重要作用。也可用DSC測定聚合物的玻璃化溫度、結(jié)晶溫度和熔點(diǎn)，為選擇結(jié)晶聚合物加工工藝、熱處理?xiàng)l件等提供指導(dǎo)作用。

圖l為腫樣品經(jīng)熔融及快速淬火處理，然后在氮?dú)鈿夥障乱?0℃/min升溫至300℃的DSC曲線，PET樣品在室溫至300℃范圍內(nèi)有三個(gè)熱行為:首先是玻璃化轉(zhuǎn)變，然后是冷結(jié)晶所產(chǎn)生的放熱峰，最后是PET結(jié)晶熔融的吸熱峰。若使用該P(yáng)陰生產(chǎn)薄膜，則其拉伸溫度應(yīng)在80~130℃之間，以免在拉伸過程中發(fā)生結(jié)晶。而拉伸后熱定型溫度則應(yīng)高于170℃，使之冷結(jié)晶完全;但熱處理溫度又不能太靠近熔點(diǎn)，以免熔融產(chǎn)生。

熱分析是測量材料的性質(zhì)隨溫度的變化。它在表征材料的熱性能、物理性能、機(jī)械性能以及穩(wěn)定性等方面有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)于材料的研究開發(fā)和生產(chǎn)中的質(zhì)量控制具有很重要的實(shí)際意義。

差示掃描量熱分析在程序控制溫度下，測量樣品的熱流隨溫度或時(shí)間變化而變化的技術(shù)。因此，利用此技術(shù)，可以對(duì)高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、冷結(jié)晶、相轉(zhuǎn)變、熔融、結(jié)晶、產(chǎn)品穩(wěn)定性、固化餃聯(lián)、氧化誘導(dǎo)期等進(jìn)行研究。

通過各種譜圖分析可知，熱塑性塑料在加工中一般只起物理變化，能在一定溫度范圍內(nèi)反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化。與熱固性塑料(在加工中發(fā)生化學(xué)反應(yīng))相比，熱塑性塑料發(fā)展速度快、產(chǎn)量多、用途廣。塑料的加工方法一般分為四類:

1)擠出成型一生產(chǎn)管材、片材和型材等。

2)擠出成型或注射模塑后通過附加的加工步驟制成成品一中空吹塑制品、吹塑薄膜和驟冷薄膜等。

3)注射模塑和壓縮模塑一生產(chǎn)不同形狀和尺寸的制品。

4)其它方法一熱成型、壓延成型和滾塑等。

以上加工方法都經(jīng)過了塑料熔融及熔體流動(dòng)的過程。通過分析、測試塑料熱性能和流變性能，可為確定合適的塑料加工條件提供指導(dǎo)作用。

塑料熔體在外力作用下的流動(dòng)行為具有流動(dòng)和變形二個(gè)基本特征，而流動(dòng)和形變的具體情況又和高分子的結(jié)構(gòu)、高分子的組成、環(huán)境溫度、外力大小、作用時(shí)間等因素密切相關(guān)。高分子流體的流動(dòng)行為直接影響到塑料加工工藝的選擇。同時(shí)，塑料加工過程中外界條件(力、溫度、時(shí)間等)的變化，必然影響到高分子的鏈運(yùn)動(dòng)，從而影響到聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。而聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、形態(tài)不同，將大大影響高分子材料的性能。用流變儀比較不同成型條件(例剪切力大小、作用時(shí)間、作用方式、不同溫度等)對(duì)形成的高分子材料中凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、形態(tài)的影響及其相應(yīng)力學(xué)性能的情況，可以改進(jìn)聚合物成型技術(shù)。用流變數(shù)據(jù)指導(dǎo)塑料的加工，較常用的測試設(shè)備有高壓毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀數(shù)據(jù)、熔融指數(shù)儀等。

高壓毛細(xì)管流變儀能模擬擠出機(jī)的口模流動(dòng)、注塑機(jī)的澆口流動(dòng)，其測試類似擠出或注塑的流動(dòng)過程，剪切速率范圍很寬，從101~105 s~，可以測試所有塑料成型加工方法的剪切速率范圍內(nèi)，塑料熔體的粘度變化。從剪切粘度與剪切速率的關(guān)系曲線可以了解塑料熔體的流變特性:該熔體的粘度隨溫度變化明顯還是隨壓力變化明顯;材料在該加工條件下要提高產(chǎn)量，是提高溫度有效還是提高壓力有效;在確定成型加工條件時(shí)，就能將溫度與壓力調(diào)節(jié)到最佳，既節(jié)約能源，又提高產(chǎn)量，還能最大限度地利用設(shè)備的產(chǎn)能。

例如，對(duì)于一些熔體粘度隨剪切速率變化較大的塑料，增加剪切壓力降低粘度就比提高溫度有效的多，如聚乙烯(尤其是低密度聚乙烯)、聚苯乙烯等;對(duì)于一些剛性鏈分子，其熔體粘度隨剪切速率變化不明顯，要降低粘度，提高溫度效果較為明顯，如聚碳酸酯等。根據(jù)塑料熔體的流變性能可以指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)。如果該材料的熔體的粘度隨剪切速率變化大，其注塑模具可設(shè)計(jì)成熱流道針點(diǎn)式澆口，這樣既提高速度又減少澆口廢料;而對(duì)于一些粘度隨剪切速率變化不明顯的，則采用大澆口模具，否則會(huì)注不滿型腔。

此外，該設(shè)備還能測試塑料熔體的出模膨脹，可指導(dǎo)確定擠出加工工藝的拉伸比。塑料材料在進(jìn)行成型加工前最好對(duì)其進(jìn)行流變性能的測試，以確定最佳的加工工藝。轉(zhuǎn)矩流變儀，如Brabender(布拉班德)流變儀，Haake(哈克)流變儀等可以測試塑料熔體的的粘度(以轉(zhuǎn)矩來表示)隨加工溫度的變化或在固定溫度下隨時(shí)間的變化，以決定材料適宜的加工溫度和在該溫度下的塑化時(shí)間。所測剪切速率范圍在102~103之間，其測試類似塑化過程。

這類儀器可以模擬聚合物成型過程和條件，得出聚合物"成型加工"時(shí)的轉(zhuǎn)矩一時(shí)間曲線，溫度一時(shí)間曲線;并可據(jù)此判斷聚合物熔體的粘度變化情況(即轉(zhuǎn)矩值變化情況)，熔融過程中的能量消耗情況，熔融特性，熱穩(wěn)定時(shí)間及聚合物的分解特性等一系列工藝參數(shù)。

因此可為該聚合物進(jìn)行熔融加工提供必要的工藝數(shù)據(jù)。該設(shè)備配有密煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)等可配混料、吹膜、包覆電纜、壓延片材等擠出機(jī)成型的所有成型方法。工業(yè)上熔融指數(shù)常用來粗略表征聚合物摩爾質(zhì)量的大小，也是確定塑料加工工藝的一個(gè)重要指標(biāo)。

所測剪切速率范圍較小，為100~101采用熔融指數(shù)儀，將聚合物完全熔融，然后在一定負(fù)荷下將聚合物熔體從具有固定直徑，固定長度的毛細(xì)管中擠出，在10min內(nèi)被擠出物熔體的質(zhì)量，為該塑料的熔融指數(shù)。通過熔融指數(shù)的變化，可評(píng)判添加劑、共混物等對(duì)聚合物熔體粘度的影響。

總的來說，麂皮屬于合成革中的高檔產(chǎn)品，特別是超細(xì)纖維人工麂皮，是一種高附加值，技術(shù)密集的產(chǎn)品，要做出好的產(chǎn)品，在實(shí)際加工中有相當(dāng)?shù)碾y度。以上論述對(duì)開發(fā)此產(chǎn)品有一定的作用，但還需要在實(shí)踐中多摸索，以得到各個(gè)環(huán)節(jié)的最佳條件，這樣才能獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。