ISO 1628-5 – پلاستیک‌ها — تعیین ویسکوزیته پلیمرها در محلول رقیق با استفاده از ویسکومترهای مویین (Capillary Viscometers) — هموپلیمرها و کوپلیمرهای پلی‌استر ترموپلاستیک (TP)

3 اصل
زمان‌های جریان حلال و محلول رزین در حلال با غلظت 0,005 g/ml در دمای 25 °C به روش‌های متداول اندازه‌گیری می‌شوند. عدد ویسکوزیته از این اندازه‌گیری‌ها و غلظت معلوم محلول محاسبه می‌شود. تصحیحات مربوط به اختلاف چگالی نسبی و انرژی جنبشی در این روش ناچیز هستند و اعمال نمی‌شوند.

5 تجهیزات
5.1 آسیاب، برای کاهش اندازه دانه نمونه به حدود 0,5 mm.
5.2 بالن حجمی با ظرفیت 100 ml، مجهز به درپوش شیشه‌ای سمباده‌ای.
5.3 بالن مخروطی با ظرفیت 150 ml، مجهز به درپوش شیشه‌ای سمباده‌ای.
5.4 بورت، مدرج با تقسیمات 0,1 ml.
5.5 حمام بخار یا وسیله دیگری برای گرم کردن محتویات بالن تا 90 تا 100 °C.
5.6 حمام روغن، قابل کنترل در دمای 135 تا 140 °C، یا وسیله دیگری برای گرم کردن محتویات بالن تا این محدوده دمایی.
5.7 همزن مغناطیسی یا تجهیزات دیگری برای هم‌زدن مداوم محتویات بالن درپوش‌دار.
5.8 حمام ترموستاتیک، قابل نگهداری در دمای 25 +- 0,05 °C.
5.9 ویسکومتر اوبهلود با سطح معلق، اندازه شماره 1B، 1C یا 2، مطابق با ISO 3105.
می‌توان از سایر انواع ویسکومترهای فهرست‌شده در ISO 3105 استفاده کرد، مشروط بر اینکه نتایج آن‌ها معادل نتایج ویسکومترهای اوبهلود مشخص‌شده در بالا باشد. بااین‌حال، در موارد اختلاف، باید از ویسکومترهای اوبهلود استفاده شود.
5.10 الک فولاد زنگ‌نزن، با اندازه اسمی دهانه 63 تا 90 µm، یا قیف صافی شیشه‌ای زینترشده با قطر منافذ 40 تا 100 µm.
5.11 ترازوی تحلیلی، با دقت 0,1 mg.
5.12 کرنومتر، با دقت 0,1 s.
5.13 خشک‌کن خلأ، قابل نگهداری در حدود 130 °C تحت خلأ.
6 حلال و محلول
6.1 انتخاب حلال
6.1.1 مقدار عدد ویسکوزیته پلی‌استر اشباع به حلال مورد استفاده بستگی دارد. در این بخش از ISO 1628، شش حلال مختلف شرح داده شده‌اند: فنول/1,2-دی‌کلروبنزن (4.1)، فنول/1,1,2,2-تتراکلرواتان (4.2)، o-کلروفنول (4.3)، m-کرزول (4.4)، اسید دی‌کلرواستیک (4.5) و فنول/2,4,6-تری‌کلروفنول (4.6).
زمان‌های جریان حلال‌ها باید حداقل یک‌بار در هر روزی که استفاده می‌شوند تعیین شوند (به 7.2 مراجعه کنید). اگر زمان جریان یک حلال بیش از 1 % با مقدار اولیه آن در زمان آماده‌سازی اختلاف داشته باشد، حلال باید دور ریخته شده و حلال تازه آماده شود.
حلال یا حلال‌های مورد استفاده برای یک پلی‌استر اشباع خاص در ادامه مشخص شده‌اند.
6.1.2 برای PET، از فنول/1,2-دی‌کلروبنزن (50/50)، فنول/1,1,2,2-تتراکلرواتان (50/50 یا 60/40)، o-کلروفنول یا اسید دی‌کلرواستیک به‌عنوان حلال استفاده کنید.

یادداشت – معادلات تبدیل متقابل عدد ویسکوزیته تعیین‌شده در این چهار حلال در پیوست A، بند فرعی A.3.1 ارائه شده‌اند.
6.1.3 برای PBT و کوپلی‌استرهای متناظر، از فنول/1,1,2,2-تتراکلرواتان (50/50 یا 60/40)، o-کلروفنول، m-کرزول، فنول/1,2-دی‌کلروبنزن (50/50) یا اسید دی‌کلرواستیک به‌عنوان حلال استفاده کنید.
یادداشت – معادلات تبدیل متقابل عدد ویسکوزیته تعیین‌شده در این چهار حلال در پیوست A، بند فرعی A.3.2 ارائه شده‌اند.
6.1.4 برای PCT، از فنول/1,1,2,2-تتراکلرواتان (60/40) به‌عنوان حلال استفاده کنید.
6.1.5 برای PEN آمورف، از فنول/1,1,2,2-تتراکلرواتان (60/40) به‌عنوان حلال و برای PEN بلوری، از فنول/2,4,6-تری‌کلروفنول (60/40) استفاده کنید.
6.1.6 برای هموپلیمرها و کوپلیمرهای TP دیگر، m-کرزول حلال توصیه‌شده است.

6.2 تعیین مواد معدنی یا سایر افزودنی‌ها در نمونه
مقدار هر یک از مواد معدنی یا سایر افزودنی‌ها که بیش از 0,5 % (m/m) باشد، باید هنگام آماده‌سازی محلول آزمون (6.4) در نظر گرفته شود.
6.2.1 تعیین مقدار مواد معدنی
اگر نمونه حاوی مواد معدنی، مانند پرکننده‌ها یا الیاف شیشه، است، مقدار آن‌ها را مطابق با ISO 3451-2 تعیین کنید.
6.2.2 تعیین مقدار سایر افزودنی‌ها
اگر نمونه حاوی افزودنی‌های دیگری، مانند پلی‌آلکن‌ها یا مواد کندسوزکننده، است، مقدار آن‌ها را به روش مناسب تعیین کنید. روش یا روش‌های استفاده‌شده را گزارش کنید.
یادداشت – هنگامی که یک پلی‌استر ترکیبی متشکل از اجزای متعدد، مانند مواد کندسوزکننده، پرکننده‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و اصلاح‌کننده‌های ضربه، است، تجزیه‌وتحلیل مقدار پلی‌استر اختصاصی‌تر خواهد بود. این کار را می‌توان با هیدرولیز پلی‌استر و سپس تجزیه‌وتحلیل مونومر یا مونومرها انجام داد.

6.3 نمونه
نمونه باید نماینده ماده مورد آزمون باشد. نمونه را به مدت 3 h در دمای 120 °C تحت خلأ، پیش‌خشک کنید تا از کاهش VN بر اثر هیدرولیز با آب باقیمانده جلوگیری شود.
6.4 آماده‌سازی محلول
یکی از روش‌های زیر را به کار ببرید:
6.4.1 روش A
یک بخش آزمون m1 را با دقت 0,2 mg وزن کنید؛ مقدار آن باید در محدوده زیر باشد:

تصحیحات مربوط به i و o فقط در صورتی باید اعمال شوند که مقدار هرکدام از 0,5 % (m/m) بیشتر باشد.
بخش آزمون را به بالن حجمی (5.2) منتقل کنید، 60 ml حلال اضافه کرده، درپوش بالن را بگذارید و آن را همراه با هم‌زدن گاه‌به‌گاه روی حمام بخار (5.5) گرم کنید تا پلیمر کاملاً حل شود. در حمام بخار، تخریب پلیمر رخ نمی‌دهد. بااین‌حال، اگر به دلایل دیگر انتظار طولانی نامطلوب باشد، می‌توان با هم‌زدن مداوم بالن، برای مثال با استفاده از همزن مغناطیسی (5.7)، فرایند انحلال را تسریع کرد.
نمونه‌های پلی(اتیلن ترفتالات) بسیار بلوری، مانند تراشه‌های قالب‌گیری پس‌تراکم‌یافته که ممکن است بلورینگی حدود 65 % داشته باشند، حتی با هم‌زدن مداوم نیز روی حمام بخار حل نمی‌شوند. برای حل کردن چنین نمونه‌هایی، ماده را در آسیاب (5.1) خرد کرده و با هم‌زدن مداوم، در دمای 135 تا 140 °C (5.6) حل کنید. در دمای 135 تا 140 °C، مقداری تخریب پلیمر رخ می‌دهد؛ بنابراین از زمان‌های گرمایش بیش از 30 min خودداری کنید.
پس از انحلال، بالن و محتویات آن را تا دمای 25 + 2 °C سرد کنید، حجم را با حلالی که در همین دما نگه داشته شده است به 100 ml برسانید و به‌خوبی مخلوط کنید. اگر هنگام انحلال از همزن مغناطیسی استفاده شده است، ابتدا آن را از محلول خارج کرده و با حلال جبرانی بشویید و اطمینان حاصل کنید که تمام شست‌وشوها وارد بالن شوند. غلظت پلیمر در محلول، برحسب گرم بر میلی‌لیتر، که برای محاسبه عدد ویسکوزیته (بند 8) استفاده می‌شود، از فرمول زیر به دست می‌آید

که در آن i و o همان معنای ذکرشده در 6.4.1 را دارند.

تصحیحات مربوط به i و o فقط در صورتی باید اعمال شوند که مقدار هرکدام از 0,5 % (m/m) بیشتر باشد. حلال افزوده‌شده باید دمای 25 + 2 °C داشته باشد.
درپوش بالن را بگذارید. پلیمر را با گرم کردن بالن روی حمام بخار یا، در صورت نیاز، در حمام روغن، مطابق روش‌ها و با رعایت احتیاط‌های ذکرشده در 6.4.1 حل کنید. پس از انحلال، بالن را تا دمای اتاق سرد کنید.

7 روش اجرا
7.1 عملیات مقدماتی
با فنول/1,2-دی‌کلروبنزن، فنول/1,1,2,2-تتراکلرواتان، o-کلروفنول و فنول/2,4,6-تری‌کلروفنول به‌عنوان حلال، از ویسکومتر شماره 1C استفاده کنید. با m-کرزول، از ویسکومتر شماره 2 استفاده کنید. با اسید دی‌کلرواستیک، از ویسکومتر شماره 1B استفاده کنید.
محلول آزمون را از میان توری یا صافی شیشه‌ای زینترشده (5.10) به داخل ویسکومتر صاف کنید. حجم محلول باید به‌گونه‌ای باشد که پس از تخلیه، سطح آن بین نشانه‌های پرکردن قرار گیرد. این عملیات پرکردن را دور از حمام ترموستاتیک (5.8) انجام دهید تا در صورت ریختن تصادفی، از آلوده شدن حمام جلوگیری شود.
ویسکومتر را در حمام ترموستاتیک نصب کنید و اطمینان حاصل کنید که لوله عمودی است و نشانه مدرج بالایی حداقل 30 mm پایین‌تر از سطح مایع حمام قرار دارد. حداقل 15 min زمان دهید تا ویسکومتر پرشده به دمای حمام، یعنی (25 +- 0,05 °C)، برسد.

7.2 اندازه‌گیری زمان جریان
زمان جریان محلول را چندین بار، بدون تخلیه و پرکردن مجدد، تعیین کنید تا دو زمان جریان متوالی با دقت 0,25 % با یکدیگر مطابقت داشته باشند. میانگین این دو زمان جریان را به‌عنوان زمان جریان محلول آزمون در نظر بگیرید.
میانگین زمان جریان حلال را در همان ویسکومتر و به همان روش محلول آزمون تعیین کنید. اندازه‌گیری این زمان برای هر سری تعیین‌ها یک‌بار کافی است. بااین‌حال، زمان را حداقل یک‌بار در هر روزی که حلال استفاده می‌شود اندازه‌گیری کنید. اگر دو تعیین متوالی میانگین زمان جریان بیش از 0,4 s اختلاف داشته باشند، ویسکومتر را تمیز کنید.

8 بیان نتایج
عدد ویسکوزیته را که برحسب میلی‌لیتر بر گرم بیان می‌شود، از فرمول زیر محاسبه کنید

هنگامی که برای آماده‌سازی محلول آزمون از روش A استفاده شده است، c را مطابق 6.4.1 محاسبه کنید. هنگامی که از روش B استفاده شده است، c برابر با 0,005 g/ml است.

برای هر نمونه پلیمر، حداقل دو تعیین عدد ویسکوزیته را انجام دهید و هر بار از محلول تازه استفاده کنید تا دو مقدار متوالی بیش از 3 % با یکدیگر اختلاف نداشته باشند. میانگین این دو مقدار را پس از گرد کردن به نزدیک‌ترین عدد صحیح، به‌عنوان عدد ویسکوزیته نمونه گزارش کنید.

ویسکوزیته ذاتی (با استفاده از MFI)

ویسکوزیته ذاتی η (به‌اختصار IV) که شاخص اشتاودینگر نیز نامیده می‌شود، خواص ساختاری و رئولوژیکی محلول‌های بسیار غلیظ و مذاب‌های پلیمری را برحسب cm³/g توصیف می‌کند. از این مقدار برای مشخصه‌یابی وزن مولکولی متوسط پلیمرهای مبتنی بر PET و PA استفاده می‌شود.

تعیین ویسکوزیته ذاتی (IV) با استفاده از یک رابطه همبستگی، توسط تمام MFIهای AHP امکان‌پذیر است. این همبستگی از مجموعه‌داده‌ای شامل شاخص‌های مذاب اندازه‌گیری‌شده و ویسکوزیته ذاتی (IV) اندازه‌گیری‌شده، که نماینده طیف محصولات است، تعیین می‌شود. پس از ایجاد این رابطه، شاخص مذاب از آن برای محاسبه مستقیم ویسکوزیته ذاتی (IV) از MFR/MVR اندازه‌گیری‌شده استفاده می‌کند. هر دو مقدار به‌عنوان نتیجه نمایش داده و ذخیره می‌شوند.

این روش امکان تعیین سریع و آسان ویسکوزیته ذاتی همراه با MFR/MVR را در یک آزمون و بدون استفاده از حلال‌ها فراهم می‌کند.

تعیین ویسکوزیته ذاتی (IV)

برای مشخصه‌یابی وزن مولکولی متوسط پلاستیک‌های مبتنی بر پلی‌استر (PET) و پلی‌آمید (PA)، اغلب از ویسکوزیته محلولی که ویسکوزیته ذاتی نیز نامیده می‌شود، استفاده می‌شود. تعیین این مقدار بسیار زمان‌بر است و حلال‌های مورد استفاده ممکن است هنگام کار با آن‌ها خطرناک باشند و دفع آن‌ها نیز دشوار باشد. در بسیاری از موارد، این مقدار تعیین‌شده با دامنه خطای گسترده‌ای در نتایج همراه است. تجهیزات اندازه‌گیری خودکار برای تعیین ویسکوزیته ذاتی نیز ممکن است بسیار پیچیده باشند.

در مقابل این روش، شاخص مذاب یا ویسکوزیته مذاب که با دستگاه‌های شاخص مذاب، موسوم به پلاستومتر، تعیین می‌شود، به روشی آسان و سریع قابل اندازه‌گیری است.

محاسبه ویسکوزیته ذاتی
تعیین ویسکوزیته ذاتی از طریق یک رابطه همبستگی انجام می‌شود. این رابطه با استفاده از یک مجموعه‌داده نماینده و تعیین‌شده در یک مرحله، از یک گروه محصول و شامل مقادیر شاخص مذاب یا ویسکوزیته مذاب اندازه‌گیری‌شده و ویسکوزیته‌های ذاتی (IV) اندازه‌گیری‌شده، تعریف می‌شود. این مجموعه‌داده باید حداقل برای 3 جفت متغیر از مقادیر IV و شاخص مذاب یا ویسکوزیته‌های مذاب تعیین شود. با افزایش تعداد جفت‌های متغیر، می‌توان به دقت بالاتری برای مقدار IV از طریق رابطه همبستگی دست یافت. پس از تعیین این تابع، می‌توان از آن برای مواد دیگری با مقدار پرکننده مشابه نیز استفاده کرد.

نمودار زیر، به‌عنوان نمونه‌ای برای PET، همبستگی بسیار خوبی را بین شاخص مذاب و مقدار IV و همچنین بین ویسکوزیته مذاب و مقدار IV نشان می‌دهد:

برای رابطه همبستگی بین ویسکوزیته ذاتی و شاخص مذاب یا ویسکوزیته مذاب، ترکیب‌های زیر معتبر هستند که در نهایت وابستگی‌های دمایی شاخص مذاب یا ویسکوزیته‌های مذاب را توصیف می‌کنند.

ویسکوزیته ذاتی IV_Rheo از طریق مقدار متوسط MFR یا MVR به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

همچنین با ویسکوزیته مذاب η محاسبه‌شده یا اندازه‌گیری‌شده قابل مقایسه است
(در مورد ویسکوزیته مذاب، بهتر است از ویسکوزیته برشی صفر η₀ استفاده شود؛
برای تعیین ویسکوزیته برشی صفر می‌توان از مدل‌هایی مانند Yasuda یا Carreau-Winter استفاده کرد.

در اینجا داریم:

TK      =  دمای آزمون برحسب °K
A        =  عرض از مبدأ محور (ثابت)
B        =  شیب (ثابت)
MI      =  مقدار متوسط MFR یا MVR
η        =  ویسکوزیته

حاصل این کار، همبستگی بین ویسکوزیته‌های ذاتی اندازه‌گیری‌شده و محاسبه‌شده IV و IV_Rheo است. این رابطه همبستگی، یک معادله خطی با دو ثابت A و B است.

برای ادامه محاسبات، ابتدا باید ثابت‌های A و B تعیین شوند. این ثابت‌ها فقط برای یک وزن آزمون یا یک نرخ برش معتبر هستند، مشروط بر اینکه روش اندازه‌گیری ویسکوزیته ذاتی همیشه به یک شکل انجام شده باشد. پس از تعیین ثابت‌ها، این مقادیر در دستگاه یا نرم‌افزار رایانه ذخیره می‌شوند.

محاسبه ویسکوزیته ذاتی پس از اندازه‌گیری انجام می‌شود. ابتدا IV_Rheo با استفاده از مقدار متوسط MI اندازه‌گیری‌شده یا ویسکوزیته مذاب، مطابق معادلات بالا، محاسبه می‌شود. سپس IV بر اساس IV_Rheo محاسبه‌شده و ضرایب معلوم A و B، طبق معادله تعیین می‌شود.

برای هر وزن یا نرخ برش، یک مقدار IV از مقدار متوسط اندازه‌گیری MI یا از ویسکوزیته محاسبه می‌شود. توصیه می‌کنیم ثابت‌ها را برای هر طیف محصول به‌صورت جداگانه و مجدداً تعیین کنید، زیرا مقدار IV می‌تواند در دامنه وسیعی به روش اندازه‌گیری و حلال مورد استفاده وابسته باشد.

تعیین ثابت‌های A و B

برای تعیین ثابت‌های A و B، حداقل به 3 جفت متغیر شامل شاخص مذاب یا ویسکوزیته مذاب اندازه‌گیری‌شده و ویسکوزیته IV اندازه‌گیری‌شده نیاز است.

مثال زیر با 7 اندازه‌گیری شاخص مذاب انجام شده است تا دقت تقریب بهبود یابد:

مقدار IV_Rheo با استفاده از معادله و از مقدار شاخص مذاب تعیین شده است.
جدول زیر به دست می‌آید:

مقادیر برای تعیین ضرایب A و B به‌صورت گرافیکی به کار می‌روند. در این حالت، نقاط باید به‌صورت خطی تقریب زده شوند.

بر اساس موقعیت نقاط اندازه‌گیری و تقریب خطی، ثابت‌های A و B به‌ترتیب برابرند با A = -0,0203 و B = 7,2173.

• مطابق با ISO 1133 و ASTM D1238
• دستگاه آزمون MFR برای تعیین خروجی ماده از سوراخ با قطر 2.095mm در شرایط بار و دمای مشخص
• دما تا 500C
• نمایشگر لمسی 7 اینچی
• خروجی داده USB به فایل EXCEL
• چاپگر حرارتی همراه دستگاه
• شامل وزنه‌های استاندارد 2.16 و 5kg
• میله فشرده‌سازی
• پیستون مطابق استاندارد
• دای با قطر 2.095mm
• ابزار تمیزکاری دای
• میله تمیزکاری سیلندر
• سیلندر پولیش‌شده
• شامل 2 المنت گرمایشی
• دو حسگر دما
• سینی فولادی
• دستکش ایمنی