塑料热稳定性能测试方法及评价

（一）熔体流动速率方法

熔体流动速率方法是一种测试热塑性塑料热稳定性能的简单方法。它采用熔体流动速率仪，并按照《GB3682—2000热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》标准进行。其原理是：在一定的温度和负荷下，测定各不同停留时间的熔体流动速率变化，以及进行定量的评价。

实例：低密度聚乙烯

配方：a：亚磷酸酯类抗氧剂P－2，用量＞0.1%；b：亚磷酸酯类抗氧剂P－2，约0.1%（或是酚类抗氧剂AO－1，0.05%～0.1%）；c：亚磷酸酯类抗氧剂P－2，0.05%；d：亚磷酸酯类抗氧剂P－4，0.05%～0.1%。

试验条件：试验温度200℃，负荷1.2kg。

测试结果：见图3－3－1。

评价：低密度聚乙烯的熔体流动速率（MF R），随在熔体流动速率仪中老化停留时间越长，熔体流动速率越小。其中，经a配方处理的低密度聚乙烯热稳定性能最好。熔体流动速率变小的主要原因是，受到氧化后导致发生交联作用，即生成凝胶。

图3－3－1 低密度聚乙烯的熔体流动速率与其在熔体流动速率仪中老化停留时间的关系^［60］

（二）流变方法

塑料的流变性是在应力作用下产生弹性、塑性和黏性形变的行为。它不仅与塑料的结构、相对分子质量有关，而且还与添加剂的性质、浓度以及成型加工时的扭矩、压力、温度、时间等有关。因此，它是塑料成型加工的最基本的工艺特征。对配方设计，成型最佳工艺条件的确定，成型设备及模具设计，以及提高制品的质量都有着重要的作用。

采用流变方法测试塑料热稳定性能，可以模拟比较接近实际成型加工的工艺条件，其测试结果也比较接近实际情况。但是，流变方法还没有国家统一的试验方法标准，因此，不同的测试仪器和试验条件，其测试结果也不完全相同，数据比较时要注意分析。流变方法通常采用转矩流变仪。该仪一般有混合器装置和挤出装置，仪器可以自动记录扭矩、压力、温度、时间等参数。流变方法的原理是：测试塑料在塑化期间，扭矩与时间、温度、转速等参数之间的变化，以及进行定量的评价。这种定量的评价可以在采用混合器装置时仪器上直接反映；也可以在采用挤出装置时，通过其他仪器（如熔体流动速率仪）测试反映。

实例1：聚丙烯（PP2401，粉料，北京燕山石化公司）

配方：聚丙烯∶抗氧剂∶硬脂酸钙＝100∶0.25∶0.25。O：未加任何助剂；D：亚磷酸酯类抗氧剂P－l；E：酚类抗氧剂AO－1；F：亚磷酸酯抗氧剂P－5。

试验仪器：a. 布拉本德（BRABENDER）流变仪；b. 熔体流动速率仪。

试验条件：a. 流变仪挤出工艺条件：机筒（头）温度：150℃、210℃、230℃、240℃、230℃；螺杆转速：60r/min。b. 熔体流动速率测试条件：负荷2.16kg，温度230℃。

测试结果：见图3－3－2。

评价：不加抗氧剂的聚丙烯在挤出加工中受热将发生大分子链断裂，相对分子质量迅速下降，致使熔体流动速率上升。配方O经挤出三次后，熔体流动速率已上升到17g/10min左右。之后这种变化变缓，可能是由于大量的断链使活性点增多，除继续发生受热断链外，还有相互结合起来或交联反应发生。加入抗氧剂对防止聚丙烯加工中的热氧老化现象有明显效果，但不同种类的抗氧剂在用量相同时，其效果不相等。经F配方处理的聚丙烯热稳定性能最好。

实例2：高相对分子质量高密度聚乙烯（菲利浦工艺）

配方：含磷化合物与0.05%酚类抗氧剂AO－4并用。a：亚磷酸酯类抗氧剂P－2；b：亚磷酸酯类抗氧剂P－l；c：亚磷酸酯类抗氧剂P－4；d：酚类抗氧剂AO－4。

试验仪器：布拉本德流变仪。

试验条件：流变仪混合工艺条件：温度220℃，转速50r/min。

测试结果：见图3－3－3。(www.xing528.com)

图3－3－2 聚丙烯熔体流动速率（MFR）与挤出加工次数的变化^［61］

图3－3－3 含磷化合物用量对高相对分子质量高密度聚乙烯的热稳定作用效果^［60］

注：虚线为抗氧剂或含磷化合物并用结果。

评价：采用流变方法可以测定塑料出现交联的诱导期。大分子链一旦产生交联，流变仪的扭矩会出现跃升变化。因此，利用扭矩改变来评价各种抗氧剂的作用效果，即热稳定性能。从图3－3－3中可以看出，经a配方处理的高相对分子质量高密度聚乙烯热稳定性能最好。

（三）黄色指数方法

黄色指数方法是一种测试不含有荧光物质的无色透明、半透明和近白色不透明塑料老化程度的方法。黄色指数定义是：塑料对国际照明委员会（CIE）标准C光源，以氧化镁为基准的黄色值。黄色指数YI用下式表示：

式中 X、Y、Z分别为所测得的三刺激值。

这种方法所测得的黄色指数，如是正值表示材料呈现黄色，负值则表示材料呈现蓝色。它采用自动记录分光光度计，并按照《GB/T 2409－1989塑料黄色指数试验方法》标准进行。

用黄色指数方法测试塑料热稳定性能原理是：测定在一定温度下，塑料热老化前后（如多次挤出或热老化一定时间后）黄色指数值的变化，以及进行定量的评价。这种定量的评价不仅适用于塑料加工热稳定性能，而且，也适用于长效热稳定性能。

实例1：抗冲击聚苯乙烯

配方：a：无稳定剂；b：酚类抗氧剂AO－1，0.l%。

试验条件：加工温度250℃。

测试结果：见图3－3－4。

评价：不加抗氧剂的抗冲击聚苯乙烯，在挤出加工中受热而氧化破坏，其主要表现是泛黄。从图3－3－4可以看出，配方a经12次挤出黄色指数很快的升到近35，而配方b才接近0。这表明经b配方处理的抗冲击聚苯乙烯有较好的热稳定性能。

实例2：抗冲击聚苯乙烯

配方：a：酚类抗氧剂AO－1，约0.2%；b：酚类抗氧剂AO－1，约0.1%；c：酚类抗氧剂AO－1，约0.07%。

试验条件：在80℃下老化。

测试结果：见图3－3－5。

图3－3－4 多次挤出对抗冲击聚苯乙烯热稳定性能的影响^［60］

图3－3－5 抗氧剂（聚合后加入）用量对抗冲击聚苯乙烯（含丁二烯7%）的热稳定作用效果^［60］

评价：随抗氧剂用量的增加，其抗泛黄能力增强，即热稳定性能提高。从图3－3－5中可以看出，经a配方处理的抗冲击聚苯乙烯热稳定性能最好。