DB44/T 783-2010 螺桿擠出式毛細管流變儀法測定 聚合物熔體流變性能 Determination of rheological properties of polymer melts by screw-extrusion capllary rheometer method

本標準規定了使用螺桿擠出式毛細管流變儀測定聚合物熔體的表觀(guān)黏度、真實(shí)黏度和擠出脹大等流變性能參數的方法。
本標準適用于在擠出成型加工的溫度和剪切速率范圍里測定熱塑性聚合物及其混合物的熔體流變性能。？[第1頁(yè)] ICS 83.010.01 G 31 f Wt 29153-2010 DB44 廣 東 省 地 方 標 準 DB44/T 783-2010 螺桿擠出式毛細管流變儀法測定 　　　聚合物熔體流變性能 Determination of rheo-ogical properties of polymer melts by screw-extrusion capi！ 一 ary rheometer method 2010-08-06發(fā) 布 2010-09-06實(shí) 施 夕 ～東 省 方 玩 量 土 支 刁 ＜I監 哐 予 振 嘉 發(fā) 布 [第2頁(yè)] DB44/T 783-2010 月’」舀 　　本標準依據GB/T 1.1-2009規則編寫(xiě) ， 非等效采用ASTM D5422-09《 使用螺桿擠出式毛細管流變 儀測試熱塑性材料性能 》 ， 重新起草制定． 　　本標準由廣東省質(zhì)量技術(shù)監督局提出并歸口 。 　　本標準主要起草單位：廣州市計量檢測技術(shù)研究院 。 　　本標準參加起草單位：聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗室 、 廣東煒林納功能材料有限公司 。 　　本標準主要起草人：蔡永洪 、 晉剛 、 孫曉輝 、 蔣果 、 陳俊 、 周倫彬 。 　　本標準為首次發(fā)布 。 [第3頁(yè)] D844/T 783-2010 螺桿擠出式毛細管流變儀法測定聚合物熔體流變性能 范 圍 　 　 本 標 準 規 定 了 使 用 螺 桿 擠 出 式 毛 細 管 流 變 儀 測 定 聚 合 物 熔 體 的 表 觀(guān) 黏 度 、 真 實(shí) 黏 度 和 擠 出 脹 大 等 流 變 性 能 參 數 的 方 法 。 　 　 本 標 準 適 用 于 在 擠 出 成 型 加 工 的 溫 度 和 剪 切 速 率 范 圍 里 測 定 熱 塑 性 聚 合 物 及 其 混 合 物 的 熔 體 流 變 性 能 。 2規范性引用文件 　　下列文件對于本文件的應用是必不可少的．凡是注日期的引用文件 ， 僅注日期的版本適用于本文 件．凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改單 ） 適用于本文件 。 　　GB/T 3682熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率和熔體體積流動(dòng)速率的測定 3術(shù)語(yǔ)和定義 下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標準 。 表 觀(guān) 剪 切 速 率 apparent shear rate, 4 　　假設流體行為呈牛頓特性 ， 在觀(guān)測的體積流率下．熔體在毛細管壁面的剪切應變速率 （ 或速度梯 度 ） , s I. 3.2 　　表觀(guān)剪切應力apparent shear stress, r, 　　假設流體行為呈牛頓特性以及所有壓力降均發(fā)生在毛細管內部 ， 熔體在毛細管壁面的剪切應力 ， Pa. 3.3 　　表觀(guān)黏度apparent viscosity, q. 　　表觀(guān)剪切應力與表觀(guān)剪切速率之比 ， Pa-s. 3.4 　　螺桿擠出式毛細管流變儀screw-extrusion capillary rheometer 　　具有圓孔形截面的毛細管口模和單螺桿塑化擠出裝置 ， 同時(shí)毛細管入口壓力 、 熔體溫度 、 擠出速 率均可準確測量和控制的儀器 。 3.5 真實(shí)剪切速率true shear rate, Aw 表 觀(guān) 剪 切 速 率 經(jīng) 非 牛 頓 性 校 正 后 得 到 的 剪 切 速 率 。 ‘ 3.6 真實(shí)剪切應力true shear stress, rw [第4頁(yè)] DB44/T 783-2010 熔 體 在 毛 細 管 壁 面 處 實(shí) 際 受 到 的 剪 切 應 力 ， Pa. 3.7 真實(shí)a度true viscosity, I 真 實(shí) 剪 切 應 力 與 真 實(shí) 剪 切 速 率 之 比 ， Pa-s. 3.8 毛 細 ， 入 口 壓 力 die entrance pressure, P 料筒內毛細管入口處熔體的壓力， Pa. 3.9 牛V流體Newtonian fluid 黏 度 不 隨 時(shí) 間 和 剪 切 速 率 變 化 而 改 變 的 簡(jiǎn) 單 流 體 ． 3.拍 4律 流 體power一 ‘a(chǎn)w fluid 黏 度 隨 剪 切 速 率 呈 冪 函 數 規 律 變 化 的 非 牛 頓 流 體 。 3.11 非 牛 頓 指 數 ！ 、on-Newton exponent, n 表 征 流 體 偏 離 牛 頓 流 體 程 度 的 無(wú) 量 綱 量 ． 3.12 擠出速WE extrusion flow rate, Q 單 位 時(shí) 間 擠 出 的 物 料 體 積 量 ， mm3/s. 4設 備 4.1螺桿擠出式毛細管流變儀 4.1.1基本結構 　　本儀器是一臺在機頭安裝了毛細管口模的單螺桿擠出機 ， 基本結構如圖I所示．圖中省略了用于 支撐 、 驅動(dòng) 、 傳動(dòng) 、 連接和緊固等部件． 　　說(shuō)明：1-？ 機筒加熱器； 2-—進(jìn)料口； 3-—聯(lián)軸器； 4-—螺桿：5 -—機簡(jiǎn)； 6-沮度傳感器：7-—料筒｛8一一毛細管口棋｛9-—口模加熱器：10一一壓力傳感器． 圖1螺 桿 擠 出 式 毛 細 管 流 變 儀 基 本 結 構 [第5頁(yè)] D844/T 783-2010 4.1.2單螺桿擠出機 　 　 通 常 單 螺 桿 擠 出 機 的 螺 桿 直 徑 為 20 mm -30mm ， 偏 差 應 小 于 ± 0.02mm ， 長(cháng) 徑 比 20:1-30:1．壓 縮 比 2:15:1. 　 　 單 螺 桿 擠 出 機 的 機 筒 溫 度 應 能 夠 分 區 段 實(shí) 時(shí) 監 控 ， 準 確 度 應 達 到 士1.0C ， 精 度 ± 0.2C. 4. 1. 3料筒 　 　 料 筒 的 內 徑 介 于 6.35mm-25mm ， 偏 差 應 小 于 ± 0.007 mm 。 料 筒 上 靠 近 毛 細 管 口 模 入 口 處 一 側 應 有 安 裝 測 量 熔 體 壓 力 及 溫 度 的 傳 感 器 的 孔 ． 安 裝 孔 距 離 毛 細 管 入 口 平 面 應 不 超 過(guò)20mm （ 推 薦 距 離 等 于 料 筒 直 徑 ） 。 料 筒 內 膛 經(jīng) 過(guò) 拋 光 后 表 面 粗 糙 度 應 小 于RaO.25. 4. 1.4毛細管口模 　　毛細管內徑D的偏差應小于± 0.007mm 、 長(cháng)度L的偏差應小于± 0.025mm 。 口模內膛經(jīng)過(guò)拋光后表 面粗糙度應小于RaO.25， 并且無(wú)明顯偏心和鉆痕或其他工具刻痕 。 　　測定表觀(guān)剪切速率和表觀(guān)剪切應力時(shí) ， 應選擇一個(gè)長(cháng)徑比L／0（ 即口模長(cháng)度與內徑之比 ） 大于等 于15、 入口角a等于180。 的毛細管口模。 一般建議選擇長(cháng)度L為15mm 、 內徑D為I mm 、 入口角a 為180。 的毛細管口tq 。 必要時(shí) ， 口模內徑也可選擇0.5mm. 2mm. 4mm 。 特殊情形下還可采用錐形入 口的口模 ， 口模入口錐形的底部直徑應大于料筒內徑的50%. 　　測定真實(shí)剪切速率和真實(shí)剪切應力時(shí) ， 應選擇至少兩個(gè)具有相同內徑 （ 偏差小于± 0.007mm ） 和入 口角 （ 偏差小于土10） 但長(cháng)徑比LID不同的毛細管口模 。 毛細管長(cháng)徑比一般取值0.25. 1. 5. 10. 15. 20. 30. 40. 　　當僅使用兩個(gè)口模時(shí) ， 它們的長(cháng)徑比LID至少應相差15以上 ， 以保證入口壓力損失校正的Bagley 曲線(xiàn)無(wú)明顯非線(xiàn)性 。 建議選擇一個(gè)長(cháng)徑比較小 （ L/D=0.25-1） 的口模和一個(gè)較大 （ L/D=15-20） 的口模 ， 同時(shí)兩個(gè)口模的直徑和入口角均等于I mm 和180° . 　　通常使用‘撾／?！变N(xiāo)釘定期檢查毛細管口模的尺寸．最小插銷(xiāo)取內徑的下偏差 ， 蛀大插銷(xiāo)取內徑的 上偏差 。 “過(guò)”銷(xiāo)應很容易地隨7C通過(guò)口模 ， 而“?！变N(xiāo)則從任何一端插入深度不應超過(guò)1mm. 4.1．5溫度控制系統 　　溫度控制系統應有效控制料筒與口模的溫度 ， 溫度隨距離和時(shí)間的變化不應超出表1所規定的最 大允許誤差 。 溫度設定值應允許以l℃或更小的間隔進(jìn)行調節． 　　樣品的測試溢度應直接取自毛細管入口處熔體的溫度．測量的準確度應達到士1.0C,精度達到 士0.2C. 　　　　　　　　　　　表1表1溫度隨距離和時(shí)間變化的最大允許誤差 最 大 允 許 誤 差 ℃ ｛ 測 試 溫 度 ℃ ！ 　　　　　隨距離 隨 時(shí) 間 一 1 土1.0 士 《1.5 Tea ± 1.5 ± 1.0 200300 ± 2.0 土 1.5 4.1.8壓力測量裝置 [第6頁(yè)] DB44/T 783-2010 　 　 壓 力 傳 感 器 或 測 力 元 件 的 工 作 范 圍 應 是 額 定 量 程 的lo/o-95%， 最 大 允 許 誤 差 應 不 超 過(guò) 滿(mǎn) 最 程 的 1% 和 絕 對 值 的5%．壓 力 傳 感 器 或 測 力 元 件 需 按 國 家 標 準 進(jìn) 行 定 期 校 準 ． 4.2附 件 4.2.， 清潔器具 4.2.2刮 刀 4.2.3秒表 ， 準 確 至f0.ls 4.2.4千分尺 5步 驟 5. 1測定熔體密度 　 　 按GBrT 3682方 法B的 規 定M 定 樣 品 在 測 試 溫 度 下 的 熔 體 密 度 ． 5.2裝入樣品 　 　 將 充 足 的 樣 品 裝 入 擠 出 機 料 斗 內 ． 樣 品 的 形 態(tài) （ 通 常 為 粒 狀 或 者 粉 狀 ） 應 有 利 于 喂 料 的 速 率 保 持 恒 定 ． 5.3預加熱 　　設定擠出機和料筒及口模各區的測試溫度 ， 進(jìn)行預加熱．設備在測試溢度上達到熱平衡后至少保 持15分鐘． 5.4連續擠出達到穩定狀態(tài) 　　連續擠出 ， 實(shí)時(shí)監控擠出機各區的溫度和料筒內熔體的溫度．當毛細管入口壓力在至少5分鐘內 變化小于示值的3％時(shí) ， 則擠出達到穩定狀態(tài)． 5.5數據采集 　　使用刮刀準確地切取2分鐘內的擠出物 ， 之后放在天平 （ 準確至f0.5mg ） 上離線(xiàn)測量 ； 或者使用在 線(xiàn)稱(chēng)重裝置測量2分鐘內擠出物質(zhì)量的變化 ， 再根據熔體在測試im 度下的密度 （ 見(jiàn)GB/ T 3682方法B ） 將 質(zhì)量換算成體積．擠出速率的最大允許誤差應小于1%. 　　在測量擠出速率的2分鐘的同時(shí) ， 采集毛細管入口壓力． 5.6改變擠出速率 　　改變螺桿轉速 ， 重復步驟4.4-4.5至少兩次以獲得一定速率范圍內的流動(dòng)數據．必要時(shí) ， 需要調節 毛細管口模溫度以補償材料的剪切溫升 。 5.7更換口棋重復試驗（ 需要時(shí)） 如 果 需 要 測 試 真 實(shí) 剪 切 應 力 和 真 實(shí) 黏 度 ， 應 準 備 至 少 兩 個(gè) 不 同 長(cháng) 徑 比 的 毛 細 管 口 摸 ， 在 相 同 的 測 [第7頁(yè)] D644/T 783-2010 試條件下重復步驟5.4-5.6. 　　注：使用三組或更多不同長(cháng)徑比的毛細管口模有利于提高Bagley曲線(xiàn)的線(xiàn)性度． 5.8清洗儀器設備 　　將擠出機內剩余的樣品全部擠出 ， 可使用低IN度通用樹(shù)脂 （ 如LDPE. LLDPE. PP等 ） 清洗擠出機 。 然后 ， 將毛細管口模和料筒從擠出機上拆下 ， 料筒可用布片擦凈 ， 口?？梢杂镁o配合的紫锏絞刀清理 ， 也可以在550℃土10℃的氮氣環(huán)境下用熱裂解的方法清洗 。 但不能使用r1料等可能損傷料筒和口模表面 的材料 。 必須注意 ， 所用的清洗程序不能影響口模尺寸和表面粗糙度．如果使用溶劑清洗料筒 ， 應保 證料筒及毛細管口模壁面上沒(méi)有溶劑殘留 。 6結果 擠 出 速 率 用 公 式 （ 1） 計 算 熔 體 擠 出 速 率 （Q)， 單 位 為 立 方 毫 米 每 秒 （mm3/s ): 0＝竺 　　　p 　 　 式 中 ： 　 　 ， ， 7— — 單 位 時(shí) 間 內 的 擠 出 質(zhì) 量 ， 單 位 為 克 每 秒 （ 鑼 s） ； 　 　P -—測 試ig度 下 的 熔 體 密 度 ， 單 位 為 克 每 立 方 毫 米 （ g/mm3 ). 6.2表觀(guān)剪切速率 用 公 式 （ 2） 計 算 表 觀(guān) 剪 切 速 率 （ 4)， 單 位 為 秒 分 之 一 （ S',): 遮 ＝2鯉 　 　 　 ∥ ？ DJ 　　式中： 　　0— —熔體擠出速率 ， 單位為立方毫米每秒 （ mm 3/3); 　　D一一毛細管內徑．單位為毫米（ mm). 6.3表觀(guān)剪切應力 用公式 （ 3） 計算表觀(guān)剪切應力 （ r,)．單位為帕斯卡 （ Pa): 　 　 P0 瓦 ＝ 二 ＝ － 　 　 　 　 件 L ， 式中： P一一毛細管入口壓力， 單位為帕斯卡（ Pa); D一— —毛細管內徑 ， 單位為毫米 （ mm): L一— —毛細管長(cháng)度 ， 單位為毫米 （ mm). [第8頁(yè)] DB44/T 783-2010 6.4觀(guān)黏度 用 公 式 (4） 計 算 熔 體 的 表 觀(guān) 黏 度 （ 17a )＇單 位 為 帕 秒 （ Pa ？ s ): ～ 一 幾 u‘＝ 萬(wàn) 式 中 ： 玲 — — 表 觀(guān) 剪 切 速 率 ， 單 位 為 秒 分 之 一 （ S-1 ): Za -—表觀(guān)剪切應力， 單位為帕斯卡（ Pa). 6.5真實(shí)剪切應力 　 　 真 實(shí) 剪 切 應 力 （ Zw ） 通 過(guò) 對 表 觀(guān) 剪 切 應 力 做Bagley校 正 而 得 到 ．Bagley校 正 修 正 了 因 聚 合 物 熔 體 粘 彈 特 性 而 導 致 毛 細 管 入 口 壓 力 在 入 口 區 的 損 失 （ 即 所 謂 的 “ 末 端 效 應 ” ） ． 步 驟 如 下 ： 　 　a ） 保 持 其 他 條 件 不 變 ， 使 用 至 少2個(gè) （ 建 議3個(gè) 或 更 多 ） 具 有 相 同 入 口 角 和 內 徑 但 不 同 長(cháng) 度 的 　 　 　 　 毛 細 管 口 模 分 別 進(jìn) 行 流 變 試 驗 。 　 　b ） 采 用 下 列 方 法 之 ～ 計 算 真 實(shí) 剪 切 應 力 ： 　 　 　 　I） 幾 何 法 ： 根 據 試 驗 數 據 ， 繪 制 毛 細 管 入 口 壓 力P隨 長(cháng) 徑 比L0變 化 的 曲 線(xiàn) 圖 ， 將 表 觀(guān) 剪 　 　 　 　 　 　 切 速 率 相 同 的 點(diǎn) 擬 合 成 一 條 最 佳 直 線(xiàn) （ 稱(chēng) 為Bagley線(xiàn) ） ， 如 圖2所 示 ．Bagley線(xiàn) 在P 　 　 　 　 　 　 軸 的 截 距 （ 幾 ） 等 于 毛 細 管 入 口 壓 力 損 失 ． 用 公 式 （ 5） 計 算 真 實(shí) 剪 切 應 力 ： 　 　 （ P-R ） 0 瓦 ＝ ＝ 一 一 二 ： ＝ － 　 　 　 　 　 　 qL 式 中 ： P ？ 毛細管入口壓力 ， 單位為帕斯卡（ Pa); Po一 一 毛 細 管 入 口 壓 力 損 失 ， 單 位 為 帕 斯 卡 （ Pa);; D一一毛細管內徑 ， 單位為毫米 （ mm) ; L -—毛細管長(cháng)度 ， 單位為毫米 （ mm) . [第9頁(yè)] DB44/T 783-2010 說(shuō)明： P -—一毛細管入口壓力．單位為帕斯卡 （ Pa)-. 幾一一毛細管入口壓力損失， 單位為帕斯卡（ Pa);. u0— —毛細管長(cháng)徑比．無(wú)量綱； E -Bagley修正因子， 無(wú)量綱： 玲一表觀(guān)剪切速率．單位為秒分之一（ s-I) 注 ： 上 角 撇 ’ 表 示 不 同 毛 細 管 口 模 （ 下 同 ） ． 圖 2圖 2. Bagley線(xiàn) 2） 解 析法：根據試驗數據 ， 用公 式 （ 6） 和公式 （ 7） 分別計算Bagley修正因 子 （ E ） 和真實(shí)剪切 　　應力： E＝二 （｛ ＠ 二 絲 竺 些 　 　 　 　 　 　 　 　 尸 一 尸 瓦 ＝ 百 T畫(huà) 5兵 可 上 兩 式 中 ： P -—毛細管入口壓力 ， 單位為帕斯卡 （ Pa) ; E — — Bagley修 正 因 子 ， 無(wú) 量 綱 ； D一一毛細管內徑 ， 單位為毫米 （ mm) : L -—毛細管長(cháng)度 ， 單位為毫米 （ mm) : 6.6非牛頓指數 用 公 式 （ 8） 計算 非 牛頓 指數 （ n)， 無(wú) 量 綱： ” ＝ 號 鼉 　 　 式 中 ： 　　T.真實(shí)剪切應力 ， 單位為帕斯卡 （ Pa); 　　A-—表觀(guān)剪切速率 ， 單位為秒分之一 （ S",). 6.7真實(shí)剪切速率 　 　 用 公 式 （9) (Weissenberg-Rabinowitsch校 正 ） 計 算 真 實(shí) 剪 切 速 率 （ 點(diǎn) ） ， 單 位 為 秒 分 之 一 （s“1): 攙＝等玲 式 中 ： n— —非牛頓指數 ， 無(wú)量綱 ； [第10頁(yè)] DB44/T 783-2010 玲 — — 表 觀(guān) 剪 切 速 率 ， 單 位 為 秒 分 之 一 （ s” ） ． 6.8真實(shí)黏度 用公式 （ 10） 計算熔體的真實(shí)14度 （ 刀 ） ， 單位為帕秒 （ Pa？ s ): (10) 式 中 ： Tw -—真 實(shí) 剪 切 應 力 ， 單 位 為 帕 斯 卡 （ Pa): 焉 — —真實(shí)剪切速率 ， 單位為秒分之一 （ s"). 7報告 報告應包括下列信息： a ） 設備： b ） 毛細管內徑 、 長(cháng)度 、 長(cháng)徑比｛ c ） 毛細管入口幾何尺寸 ， 包括入口角和入口錐最大直徑 ； d ） 樣 品 ； 。 ） 樣品預處理處理方法及工藝參數 ， 例如干燥或混合 ； 0測試溫度； B ） 非牛頓指數 ； 句真實(shí)剪切速率； i） 真實(shí)剪切應力 ； J） 真實(shí)黏度： k ） 擠出物的任何異常情況 ， 例如變色或熔體破裂等： 1） 試驗日期．