PART01案例背景

高压毛细管流变仪一般用于测试高分子材料在指定温度和剪切速率下的粘度，以此来研究目标材料的流动性能，指导材料加工工艺和成型设备的设计。目前国高材分析测试中心的高压毛细管流变仪大部分测试工作都集中在粘度-剪切速率测试方面，但有时也会接到客户的一些特殊测试需求。如近期要研究材料的熔体稳定性，要求测定材料在高温下保持一定时间后的粘度变化，其中必须在固定时间内进行取点。但现有的测试方法难以满足要求，特别是固定取点周期这点从未进行过尝试，因此决定对高压毛细管流变仪的测试过程进行研究，来开发对应方法以为技术研究提供支持。

PART02具体实施方式

（1）测试需求

该需求由客户提出，要求测试条件如下：需要分别测试材料在250°C、260°C、270°C下的表观粘度变化情况，采用20:1毛细管口模，固定剪切速率为1000s-1，每隔10min采集一次数据，总测试时长为60 min。由对应温度相同剪切速率下熔体的粘度变化情况，来研究熔体在该温度下持续受热后的稳定性，判断是否存在明显降解等情况。以上测试的难点在于取点时间如何固定为10min，常规设置必然不行，因为料筒内物料无法维持60min内1000s-1剪切速率下的持续挤出，而且正常测试条件下毛细管流变的取点逻辑为“当某一个时间区间内该材料的测试值误差在允差设置范围内，便会自动取点”，而不是在固定时间取点，所以必须对软件设置的取点逻辑进行调校。图1是本方案的思维导图。

（2）解决方案：巧用软件的取点设置

我们在设定测试程序的时候，其中有一个设置剪切速率的步骤，该选项中有一项设置为对应剪切速率的最大取点时间（Max Time），如图2A红色框线内所示。该设置是为了防止压力波动太大致使允差（Take-over tolerance）不满足要求，由于未触及取点逻辑设置从而使软件一直不取点，导致物料挤出过多而不能完成剩余的测试步骤。在设置了该项时间后，如果软件在达到最大的取点时间仍未取点，便会强制取点。正常情况下我们会预估一个稳定的时间，因为此项设置对一般性测试结果的影响不大，我们往往忽视了该项设置的作用，而在熔体稳定性测试方面，我们可以巧用该项功能，做出如图3所示的设置：

将剪切速率设置为1000 s-1，最大取点时间设置为30s。为了使单次取点结束后物料能够在料桶内维持受热，在每两个剪切速率之间设置一个剪切速率接近零的步骤（图3A中设置为1ⅹ10-5 s-1），这里最大取点时间设置为570s（600s-30s）。在剪切速率为1000 s-1时之所以要设定30s的取点间隔，主要是为了使柱塞维持一段稳定挤出时间以消除刚开始下压时塑料熔体弹性造成的压力不稳定问题，同时避免挤出时间过多导致物料不够测试。而为了满足10 min 的取点间隔，还要对允差进行额外的设置，以保证无论是1000 s-1剪切速率还是零剪切速率时均不会在中间某个时间进行取点。这里我们首先将允差设置为0.1%，这样只有在允差小于0.1%时仪器才会取点。但经过尝试，我们发现即便这样设置，还会偶尔出现不按设定的最大时间取点的问题，分析原因，推测是剪切速率过小导致压力变化很小，从而使允差在某个时刻满足了小于0.1%的要求。进一步观察发现，允差下面一栏Comparison interval选项为比对周期设置，该值默认为10，我们将其设为3600（图3B），这样软件的取点逻辑变为“在3600s内测得的压力变化允许误差为0.1%以内时进行取点”，显然在我们设置的最大取点时间内该取点逻辑并不会实现，因此在到达最大取点时间后便会强制取点，达到了在固定时间进行取点的目的。

3）测试结果

经过以上设置后，我们利用待检样品进行测试，来验证我们的设置是否能够满足测试需求。图4是最终获取的测试结果中部分数据的记录，从取点时间这一栏我们可以发现，仪器分别在391s、993s、1595s、2197s、2799s、3401s、4003s进行了取点，取点间隔为602s，满足了测试需求。从图4B还可以发现，表观粘度（ETAap1）一栏在固定剪切速率1000 s-1时出现了明显下降，可以推断熔体在长时间的高温条件下发生了分解，导致平均分子量下降，引起粘度下降。

我们进一步升高温度至260°C和270°C，对该温度下的熔体稳定性进行了测试，结果见图5。对比图5B和图5B，发现材料在260°C和250°C保持1小时后其粘度分别为原来的62%和53%，说明260°C和250°C两个温度对材料降解程度的影响相当。但在270°C时材料的粘度随时间递增而产生了强烈的下降，1小时后的粘度保持率仅有15%，因此在270°C时材料的分解情况要比260°C和250°C严重的多，此外，挤出的物料在此时也出现了明显的黄变（图6）。从以上结果可知，材料在注塑时需要对熔融时间和熔融温度进行综合考虑，从而避免材料降解、交联等导致性能下降和失效；同时需要注意对加热管道的死角等进行清理，避免长时间的加热产生焦化、黑点等问题。

PART03案例总结

本案例通过对高压毛细管流变仪的软件参数进行调教，成功开发出了针对聚合物材料熔体稳定性研究的方法，对于指导材料的注塑加工工艺，排查生产问题具有指导意义。

PART04经验建议

通过了解高压毛细管流变仪的各项设置的原理，可以针对不同的测试需求去设置对应的参数来达到我们的测试目的，开发不同的方法，以进行更深层次的技术研究，拓展仪器检测能力。本案例分享了熔体稳定性的测试设置，未来将会继续针对恒压力测试、恒载荷测试、挤出胀大测试等不同的技术需求进行方法开发。