以熔体流动指数方法进行热塑性弹性体的失效分析

对于橡胶与塑料部件生产商而言，生产过程问题是影响效益与增加浪费的严重因素。检查生产过程问题的快速评估方法对于维持生产效率尤为重要。此外，第三方材料评估常常用于迅速鉴定原材料合规问题。以科学数据为基础，源于原材料的商业问题可以得到妥善解决，并令生产过程返回到正轨。

作为一个典型案例，聚合物解决方案公司收到一对标有“好”和“坏”的样品。要以客观科学的测定尽快为我们客户找出是否是原材料引致的问题，以便于其恢复正常生产加工过程。两个样品的对照试验已完成。从根本原因角度分析考虑，我们采取了三种分析方法进行对照试验。这被认为是符合技术规范、富于成本效益的第一步。这三种分析方法包括：

● 热重量分析法 (TGA) 测定无机填料含量

● 差示扫描量热法 (DSC) 测定热相变

● 熔体流动指数法 (MFI) 对照测试熔体流动性能

熔体流动指数

用剪刀和刀片切出少量“好”、“坏”样品，然后在对流恒温烘箱中120℃下干燥，进行熔体流动指数测试，并对测试结果进行评价。

首先，在最初干燥3小时后，在接受熔体流动指数测试时样品呈现出引人注目的鼓泡现象。因此，样品在120℃干燥24小时。其次，注意到在224℃、1.2kg熔体流动指数标准条件下测试，树脂流动太快以致精确测试熔体流动极为困难。因此，测试温度降低到199℃，并经客户同意修改测试协议，包括正式测试报告的部分内容。

根据熔体流动指数测定值，发现两个样品具显著性差异。样品测定值的区别很明显，详见表1。相较“好”样品，“坏”样品具有更高的熔体流动指数，这一发现表明，“坏”样品的分子量比“好”样品低。实际的分子量分布可通过凝胶渗透层析法(GPC)或体积排阻色谱法(SEC)检测，该测试可评估分子量参数(例如加权平均分子量和聚合度分散性)。

热重量分析(TGA)

为比较两样品的降解情况，采用TA Instruments Q500仪进行热重量分析。将大约15mg样品置于铂金平底锅中，在1个大气压下以每分钟10℃的升温速度，从30℃加热至900℃。图1描绘了两样品的热重量分析曲线。

对照两样品的降解现象及无机残渣含量，发现并没有明显区别。

不同的热降解性能可指示出聚合物或添加剂配方的不同。如果观察到热降解不同，将要开展基础聚合物的化学结构鉴定。分析方法包括傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振光谱(NMR)法。

无机物残留量的不同将表明热塑性弹性体中充填的填料量或种类不同。如果无机残留量测试结果表明具有显著差异，则需要更进一步的化学成分、填料的物理性能与浓度结果。要进行扫描电子显微镜检查(SEM)加上能量分散x射线光谱(EDS)提供的附加数据，结合数字光学显微镜(OM)检测。

差示扫描量热法(DSC)

采用TA Instruments Q200仪进行差示扫描量热法分析。将大约7mg样品封装进铝平底锅中，并以每分钟提升10℃的加热速度从-80℃加热到250℃。然后将样品冷却至-80℃，随后再次以每分钟提升10℃的加热速度加热至250℃。两样品的差示扫描量热法曲线见图2。

测试表明在第一次加热扫描曲线中两个样品的玻璃转化温度差别甚小。两个热塑性聚氨酯熔点均为155℃。此外，两样品有同样的熔化峰值特性(峰起点温度、最小峰值、最终峰值)，视熔化峰值面积而定(熔化热△Hf)的结晶度水平也是极为相近。

总结

熔体流动指数、热重量分析与差示扫描量热法被应用于检查热塑性聚氨酯挤出成型制程变异的起因。热重量分析法热的降解性能与无机物残留量测试结果表明“好”、“坏”两样品并没有显著差异;两样品的玻璃转化温度与恒温熔化特性也没有显著差异;两样品的最显著差异是熔体流动指数值，相较于“好”样品，“坏”样品的熔体流动速率大约高出两倍。这一熔体流动速率的显著区别表明两种热塑性聚氨酯样品的分子量分布明显不同。