流变性能一键掌控！HAAKE旋转流变仪揭秘聚合物“微观结构”密码

聚合物是由重复的小分子单元相互连接为长链而形成的较大分子，既存在黏性又不乏弹性。在许多常见的加工工艺中，弹性过高可能导致流动异常，产生不良效应。比如，熔体离开挤出机的窄模具时发生膨胀。因此，了解聚合物材料的黏弹性，对于优化配方与共混，以及选用适应于特定材料的加工工艺至关重要。

流变学经证明是分析聚合物在不同状态下机械性能的不错工具。GB/T 33061塑料动态力学性能的测定第10部分：使用平行平板振荡流变仪测定复数剪切黏度，规定了使用旋转流变仪测定聚合物熔体的动态流变学性能。

频率扫描可以直接测定聚合物的黏性和弹性，即在不同频率(时间)下的储存模量和损耗模量（G’&G”）。该数据不仅揭示材料的一般结构，而且提供分子量MW和分子量分布MWD的信息。图1（左）显示了相同聚合物熔体的MW或MWD变化时，交点模量（G’= G”）如何变化。如图1（右）是两种聚偏氟乙烯（PVDF）的频率扫描图。1号样品的模量交点频率更高，模量更大，代表其能够更快松弛。所以1号样品的分子量较小，但分布较窄。

运用Cox- Merz规则，即对未填充、无交联、线型聚合物及聚合物的中、高浓度溶液有

不同频率下的复数黏度数据可对应聚合物在不同高剪切（最高628 s^-1）加工应用中的流动阻力。另一方面，低频（剪切）数据可用于计算聚合物熔体的平均分子量。如图2为两种聚碳酸酯PC的频率扫描图。在高剪切下，4号样品黏度更低，说明此样品更易加工。低剪切下，其零切黏度更大，说明此样品含有更多较长分子链，分子量更大。

利用旋转流变仪可在连续变化的温度下对聚合物进行振荡剪切，获得的数据可用于表征材料的特征相变温度，如玻璃化转变、熔融和结晶温度等。这些特征温度与其产品使用和加工工艺息息相关。如图3为PC的温度扫描（120~260℃）曲线，玻璃化温度Tg为161.9℃，黏流温度Tf为218.7℃。

大多数聚合物在高温熔融并且暴露在空气的条件下，会出现不同程度的氧化降解或者交联现象。GB/T 33061.10规定了聚合物的热稳定性时间：从扫描开始到G*、G’和G”中任一测量值变化达到初始值5%时所用的时间。如图4，某种聚苯硫醚（PPS），在330℃的熔融温度下，热稳定时间为9.084min，而37min即出现黏弹性模量交点（凝胶点），代表PPS出现了较大程度的交联网络。