超高分子量聚乙烯具有極強(qiáng)的耐磨性、抗沖擊性、抗低溫、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性、自潤(rùn)滑性等優(yōu)良特性。
超高分子量聚乙烯的優(yōu)異性能源自于其超高分子量。
目前,國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的
超高分子量聚乙烯的黏均分子量為200萬(wàn)—400萬(wàn)。而美國(guó)通常為400萬(wàn)—600萬(wàn)。近年來(lái)泰科納公司甚至推出黏均分子量超過(guò)1000萬(wàn)的
超高分子量聚乙烯。由于
超高分子量聚乙烯的分子量范圍如此之廣,準(zhǔn)確測(cè)定其分子量就顯得十分必要。對(duì)于
超高分子量聚乙烯用戶而言,黏度法因簡(jiǎn)單、方便、快捷且經(jīng)濟(jì)成為首選測(cè)定方法,ASTM D4020—2011中規(guī)定了黏度法測(cè)定
超高分子量聚乙烯的試驗(yàn)流程,但我國(guó)還沒(méi)有出臺(tái)黏度法則定
超高分子量聚乙烯分子量的具體標(biāo)準(zhǔn),GB/T 1632.3—2010中也只對(duì)聚乙烯和聚丙烯的分子量測(cè)定做了相關(guān)規(guī)定,并沒(méi)有給出黏度法測(cè)定
超高分子量聚乙烯分子量試驗(yàn)的具體規(guī)定。
針對(duì)這種現(xiàn)狀,研究的主要目的在于:(1)驗(yàn)證美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D4020—2011的烏氏黏度計(jì)是否合適國(guó)內(nèi)常用的
超高分子量聚乙烯分子量;(2)探討能否用奧氏黏度計(jì)代替國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1632.3—2010中的烏氏黏度計(jì),完成
超高分子量聚乙烯分子量地測(cè)定。
試驗(yàn)部分:
主要原料
超高分子量聚乙烯粉料采用北京東方石油化工公司M二,黏度分子量為250±50萬(wàn)。
參照ASTM D4020—2011,以十氫萘作為溶劑,首先在溫度為150℃的硅油浴中準(zhǔn)確配置濃度為0.040g/(100mL)的
超高分子量聚乙烯溶液,并將該溶液稀釋為濃度分別為0.008,0.016,0.024,0.032,0.040g/100ml的五種
超高分子量聚乙烯溶液;然后在溫度為135℃的硅油浴中,分別用三種黏度計(jì)策定溶劑十氫萘及
超高分子量聚乙烯溶液流出的時(shí)間最后采用外推法或一點(diǎn)法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù),最后得出
超高分子量聚乙烯的特性黏度,通過(guò)[ŋ]=3.53×10-4M ŋ0.73方程,求算
超高分子量聚乙烯的黏均分子量
結(jié)果與討論
黏度計(jì)與毛細(xì)管內(nèi)徑的選擇、溶液的濃度與溶劑的選擇、穩(wěn)定劑的作用、試驗(yàn)溫度的控制以及數(shù)據(jù)處理的方法等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果均能造成一定的影響。
1、 溶液濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響
超高分子量聚乙烯溶液濃度的設(shè)定需要遵從兩個(gè)原則:(1)保證
超高分子量聚乙烯在溶劑中能完全溶解,避免形成凝膠。因此溶液濃度不易過(guò)高,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),,濃度為0.500g/ml的
超高分子量聚乙烯溶液因出現(xiàn)大量凝膠而不能在十氫萘中完全溶解。(2)溶液的流出時(shí)間應(yīng)控制在一個(gè)合理的時(shí)間范圍內(nèi),溶液的流出時(shí)間短,實(shí)驗(yàn)者的主觀誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大;流出時(shí)間過(guò)長(zhǎng),
超高分子量聚乙烯可能發(fā)生氧化降解,使測(cè)定結(jié)果偏小。若溶液濃度偏大,會(huì)導(dǎo)致流出時(shí)間較長(zhǎng),則相對(duì)黏度的計(jì)算不能忽略溶液密度的影響,會(huì)使測(cè)定的分子量較真實(shí)值偏小。綜上所述,流出 時(shí)間不合理會(huì)造成黏均分子量計(jì)算數(shù)值不準(zhǔn)確。
2、 溶劑對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響
二甲苯、液體石蠟及十氫萘均可作為
超高分子量聚乙烯的溶劑。其中,ASTM D4020—2011中明確規(guī)定,選用十氫萘溶解
超高分子量聚乙烯,測(cè)定其分子量。試驗(yàn)表明,用黏度法測(cè)定
超高分子量聚乙烯的分子量,十氫萘較液體石蠟、二甲苯更適合作為
超高分子量聚乙烯的溶劑。
3、 抗氧劑對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響
超高分子量聚乙烯溶液的配制及特性黏度的測(cè)定過(guò)程均需在高溫條件下完成,而高溫條件下
超高分子量聚乙烯易發(fā)生氧化降解,帶來(lái)很大的誤差,使其黏均分子量降低。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明:(1)未加入抗氧劑的
超高分子量聚乙烯溶液發(fā)生了不同程度的降解,分子量均有不同程度的降低;
(2)加入抗氧劑能有效地防止
超高分子量聚乙烯的降解。
結(jié)論
(1) 用黏度法測(cè)定
超高分子量聚乙烯的黏均分子量,溶液的流出時(shí)間控制在80.0—140.0s較好,
超高分子量聚乙烯溶液的濃度范圍在0.008—0.050g/(100ml)之間比較合適。
(2) 十氫萘是配置
超高分子量聚乙烯溶液的較佳溶劑。
(3) 加抗氧劑能有效地防止
超高分子量聚乙烯的氧化分解。
(4) 控溫精確到±1℃對(duì)黏度法測(cè)定
超高分子量聚乙烯分子量地影響較小。
(5) 測(cè)定
超高分子量聚乙烯分子量選擇奧氏黏度計(jì)更方便、快捷、經(jīng)濟(jì)。