采用DSC快速测试聚乙烯密度的方法

金 毅

（中国石油大庆石化公司质量检验中心，黑龙江大庆，163714）

近年来聚乙烯产业快速发展，随着聚乙烯产能的急剧释放，市场上同质牌号增多，市场竞争局面日趋激烈，迫切需要提升聚乙烯产品质量，开发高端牌号产品，提高聚乙烯的竞争力。

密度是聚乙烯物理性质的重要指标，可用来衡量短支链水平，是评价聚乙烯产品性能与结构之间关系，指导生产及加工工艺的重要参数之一［1］。快速准确的测定聚乙烯密度对控制生产工艺和描述这种材料非常关键。

目前测试聚乙烯密度最常用的方法是密度梯度法。但是该方法所用的梯度液的配置相对繁琐，并且测试观测耗时长，不利于生产工艺的快速控制和调整［2］。

利用密度梯度仪和差示扫描量热仪测试一系列聚乙烯的密度和结晶度，通过数据分析和拟合处理，建立快速测试聚乙烯密度的方法，该方法快速、准确，可为聚烯烃科研和工业生产提供准确可靠分析数据。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚乙烯：1～6，9、10、11、18，大庆石化公司；7，上海石化公司；8、12～17，进口。

1.2 主要仪器与设备

差示扫描量热仪（DSC）：Q2000，美国TA公司。密度梯度仪：6001，CEAST公司。

1.3 测试与表征

GB/T 1033.2-2010塑料非泡沫塑料密度的测定第2部分：密度梯度柱法；

GB/T 19466.3-2004塑料差示扫描量热法（DSC）第3部分：熔融和结晶温度及热焓的测定。

2 实验过程

2.1 用DSC法测试结晶度

测试条件：氮气（分析级），流速：50 mL/min（1±10%），试样量：5～10 mg。测试方法：以10℃/min的速率开始记录升温，将试样皿加热到高于熔融外推终止温度约30℃，保持温度5 min；以10℃/min的速率进行降温并记录，直到比预期的结晶外推终止温度低约50℃，保持温度5 min；以10℃/min的速率进行第2次升温并记录，加热到比熔融外推终止温度高约30℃将仪器冷却到室温。从曲线中读出聚合物的熔融峰温和熔融焓，用熔融焓根据公式（1）计算结晶度：

式中Xc—结晶度(单位用百分表示)，ΔHm—聚乙烯样品的熔融热，ΔH0m—100%结晶聚乙烯的熔融热焓，其中H0=293 J/g［3～4］。

2.2 用密度梯度柱测密度

恒温浴的温度设定在23℃±0.1℃，选定3个已经预处理过的试样，用异丙醇浸湿后，轻放入以恒温的梯度柱内。

稳定30 min，位置趋于平衡，测量试样几何中心的高度，将试样的高度对应到已经绘制好的梯度液密度浮子曲线上，高度与曲线的交叉点，对应的密度就是试样的密度，结果取3个试样的算术平均值。

3 实验结果

3.1 DSC测试分析结果

用差示扫描量热仪测聚乙烯的熔融焓，再计算出聚乙烯样品的结晶度，计算结果见表1。

表1 聚乙烯试样的密度与结晶度测试结果

从表1可以看出，不同密度的聚乙烯产品，随着密度的增加，熔点、熔融热都随之增加。

聚合物的聚集态中同时存在着结晶部分和非晶部分，并且2区域并无明显界限，结晶区也并非完全结晶，晶区内往往包含了少量的非晶态。采用密度法测试聚乙烯的密度时，恰是忽略了晶态颗粒中的非晶部分［5］。

采用DSC所测的结晶度Xc与密度ρ有着良好的线性关系，回归系数：R2=0.999 96线性方程：

3.2 应用研究

选取了不同共单体类型、不同催化剂体系以及不同生产公司的聚乙烯样品，用DSC法测试其结晶度，并通过公式（2）计算相应的密度，与密度梯度法测试的密度进行比对，实验结果见表2。

表2 聚乙烯试样的测试密度与结晶度计算出密度的结果

由表2可见，密度差值（ρ-ρ1）的绝对值最大为0.000 6，在密度测试的误差范围内，因此，采用DSC法分析得到的结晶度Xc，根据结晶度与密度的拟合曲线（图1）可以得出相对准确的密度值。

4 结束语

（1）由DSC所得的结晶度Xc与密度梯度仪所得的聚乙烯样品的密度有着良好的线性关系，拟合方程（2），回归系数为0.999 6。

（2）建立了聚乙烯结晶度和密度的对应关系，可快速分析未知的样品的密度和结晶度。仅通过DSC试验就可以快速得到聚乙烯产品的密度和结晶度，能更好的更快速的服务生产。