應(yīng)用案例 | DMA242測(cè)試聚丙烯PP

DMA242測(cè)試聚丙烯PP

簡(jiǎn)介

聚丙烯（PP，(C3H6)n）是由丙烯單體聚合而成的熱塑性聚合物，分為無(wú)規(guī)、等規(guī)、間規(guī)三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，而這三種結(jié)構(gòu)的區(qū)別主要是甲基基團(tuán)的排布定向不同。因?yàn)闊o(wú)規(guī)聚丙烯的結(jié)晶程度不高，而后兩種結(jié)構(gòu)結(jié)晶程度較高，故而有著廣泛的應(yīng)用。

聚丙烯的熔點(diǎn)溫度約160°C，容易生產(chǎn)加工且具有良好的抗疲勞特性，故而可用作活動(dòng)鉸鏈。聚丙烯廣泛應(yīng)用在食品和飲料包裝領(lǐng)域特別是奶制品包裝。

測(cè)試條件

溫度范圍：-170…170°C         

夾具：三點(diǎn)彎曲20mm          

動(dòng)態(tài)力：6.6N　    

比例因子：1.2

升溫速率：2.5 K/min              

振幅：± 40 µm                

頻率：1，2，5，10Hz  

測(cè)試結(jié)果

對(duì)聚丙烯樣品進(jìn)行多頻率掃描測(cè)試，儲(chǔ)能模量E’（黑色曲線，1Hz）在-31°C出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，對(duì)應(yīng)的損耗模量E’’（紅色曲線）和損耗因子tanδ（藍(lán)色曲線）的峰值分別為-24°C和-12°C。我們可以看到，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和曲線本身都是隨著頻率增加而往高溫方向移動(dòng)。

對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域進(jìn)行主曲線分析評(píng)估，根據(jù)時(shí)溫疊加原理（William-Landel-Ferry，WLF方程），多頻率DMA測(cè)試結(jié)果可以被轉(zhuǎn)換到產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用條件下的溫度和頻率范圍。根據(jù)WLF方程，等溫曲線彼此相互沿著頻率軸進(jìn)行移動(dòng)，最終形成覆蓋較廣頻率范圍的單條曲線。

只有在玻璃化轉(zhuǎn)變E’起始點(diǎn)溫度以上高分子鏈段的運(yùn)動(dòng)才能夠發(fā)生，這時(shí)“自由體積理論”才是成立的。在這里我們選擇-5°C作為參照溫度，在得到主曲線的同時(shí)，WLF方程的常數(shù)C1和C2也同時(shí)自動(dòng)計(jì)算得到。主曲線顯示儲(chǔ)能模量E’在頻率10-4到109Hz范圍內(nèi)逐漸增大。

WLF方程計(jì)算得到主曲線

Arrhenius方程可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行額外的描述說(shuō)明，以tanδ最大值溫度（單位: K）的倒數(shù)為橫坐標(biāo)，頻率的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)作圖，由此曲線可以計(jì)算得到斜率，即為玻璃化轉(zhuǎn)變的活化能。在本例中，由Arrhenius方程推算出聚丙烯材料的玻璃化轉(zhuǎn)變活化能為304 KJ/mol。

Arrhenius方程計(jì)算轉(zhuǎn)變活化能

編譯：

朱明峰

曾智強(qiáng)