應(yīng)用專題-塑料行業(yè)的水分含量測定
塑料中的水分會(huì)影響塑料的物理性能，導(dǎo)致產(chǎn)品加工及塑料制品成型過程困難，并最終影響產(chǎn)品的品質(zhì)。
背景
塑料是以天然樹脂或合成樹脂為主要成分，經(jīng)添加一定的添加劑（增塑劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑、抗靜電劑等）后，在一定溫度和壓力等條件下制備所得的材料。塑料制品是指以塑料粒子為主要原料，經(jīng)過一系列加工成型工藝（注塑成型、壓縮成型、氣動(dòng)成型等）處理所制成的工業(yè)、生活用品。塑料制品因其重量輕、化學(xué)穩(wěn)定性良好、絕緣性能理想、機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用。
水分會(huì)顯著影響塑料的物理性能，如：干重、密度、流變特性、熔融指數(shù)、導(dǎo)電性、機(jī)械性能等。這些物理性能的變化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品加工及塑料制品成型過程的困難，并最終影響產(chǎn)品質(zhì)量，如：表面開裂、反光，抗沖擊性能和拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能降低等。因此，水分含量的控制對于生產(chǎn)高質(zhì)量的塑料產(chǎn)品是至關(guān)重要的。
水分管控的意義
1.塑料原材料水分含量測定
水分是影響塑料粒子物理性能的重要指標(biāo)，因此，塑料粒子原材料生產(chǎn)過程中的水分含量監(jiān)控是必不可少的。對于買方來說，原料水分含量檢測，可以使雙方更好的就產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)格達(dá)成一致，避免商業(yè)糾紛。同時(shí)，也為原料的干燥條件提供科學(xué)的依據(jù)。
2.判定干燥機(jī)效能，優(yōu)化干燥程序，提高生產(chǎn)效率
大多數(shù)工程塑料和塑料合金粒料都含有不同程度的水分,水分分布在粒子表面和粒子內(nèi)部。此外，塑料粒子通常具有一定的吸濕性，生產(chǎn)車間的空氣濕度，包裝過程，運(yùn)輸過程，貯存環(huán)境等外部環(huán)境條件均會(huì)對物料中的水分含量產(chǎn)生一定的影響。因此，在塑料制品成型加工之前，必須使用干燥設(shè)備對原料進(jìn)行干燥處理。干燥時(shí)間的控制對于后續(xù)產(chǎn)品成型過程和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。
干燥時(shí)間過短，塑料粒子中的水分不能完全排出，則對塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量與外觀質(zhì)量都有影響，并造成加工困難。塑料制品的內(nèi)在質(zhì)量表現(xiàn)為其各項(xiàng)性能指標(biāo)明顯下降，內(nèi)應(yīng)力增大，容易開裂,聚合物水解與降解；外觀質(zhì)量表現(xiàn)為制品泛黃,產(chǎn)生氣泡、毛疵、銀絲、斑紋,以及光澤度降低等。
干燥時(shí)間過長，則可能破壞塑料粒子本身的理化性質(zhì)，如：低分子添加劑降解或揮發(fā)，熱穩(wěn)定性下降，韌性降低，脆性增加等。
測試儀器
本文介紹兩種先進(jìn)的水分儀，為塑料行業(yè)提供快速且準(zhǔn)確的水分測試數(shù)據(jù)。
1.新一代水分分析儀---Vapor Pro XL水分儀（如圖1所示），可以對水分進(jìn)行特異性識(shí)別。該儀器由四個(gè)模塊組成：
環(huán)形加熱腔：最高測試溫度可達(dá)300℃；
氣體流量控制系統(tǒng)：為整個(gè)測試系統(tǒng)提供干燥氣體，排除環(huán)境濕度干擾，并將樣品中蒸發(fā)出的水分?jǐn)y帶至傳感器中進(jìn)行檢測；
高分子電容傳感器：對水分進(jìn)行特異性識(shí)別和檢測，靈敏度高達(dá)0.1ppm；
控制系統(tǒng)：調(diào)節(jié)測試參數(shù)，監(jiān)控儀器狀態(tài)，計(jì)算并輸出測試數(shù)據(jù)。
圖1：Vapor Pro XL水分分析儀
Vapor Pro XL采用傳感器技術(shù)檢測水分，可以排除其他揮發(fā)性成分的干擾，實(shí)現(xiàn)真實(shí)水分含量的測定；測試過程中無需使用任何化學(xué)試劑，測試靈敏度可達(dá)0.1ppm，測試上限為100%；
Vapor Pro XL的操作十分簡單易懂，僅需簡單培訓(xùn)，使用人員便可輕松掌握操作要點(diǎn)，使用過程中可以實(shí)現(xiàn)無人值守。
使用Vapor Pro XL，僅需很少量的樣品即可完成測試，測試時(shí)間通?？梢钥刂圃?0分鐘左右甚至更短（測試時(shí)間與樣品量及水分含量有一定關(guān)聯(lián)），可有效提高測試效率；
在進(jìn)行水分測定時(shí)，Vapor Pro XL的控制面板可以實(shí)時(shí)顯示水分釋放的速率及總量（如圖a，b），方便用戶根據(jù)實(shí)際情況對測試方法進(jìn)行合理的優(yōu)化。
2.MAX 4000XL水分分析儀（如圖2所示）根據(jù)干燥失重法的測試原理進(jìn)行塑料的水分分析；測試過程中無需使用任何化學(xué)試劑，操作及使用都非常簡易。該儀器主要包含三個(gè)模塊：
加熱模塊：采用鎳鉻合金加熱元件，最高測試溫度可達(dá)275℃的溫度；
稱量模塊：內(nèi)置耐高溫的分析天平，稱量分辨率為0.1mg；
控制模塊：用于調(diào)節(jié)測試參數(shù)，記錄并輸出測試數(shù)據(jù)。
圖2：MAX 4000XL水分分析儀
MAX 4000XL水分儀獨(dú)有的浮力補(bǔ)償功能可有效地避免因高溫而導(dǎo)致的天平稱量偏差；串聯(lián)測試功能可以實(shí)現(xiàn)溫度梯度測試需求。
使用MAX 4000XL對產(chǎn)品進(jìn)行水分含量測試，可顯示如圖2a,2b所示：
測試結(jié)果
1.使用Vapor Pro XL水分分析儀進(jìn)行塑料產(chǎn)品進(jìn)行水分含量測試，參考結(jié)果如下表。
2.使用MAX 4000XL對一些常見的塑料產(chǎn)品進(jìn)行水分含量測試，參考結(jié)果如下表。
應(yīng)用分析
Brookfield水分分析儀的測試方法符合國際標(biāo)準(zhǔn)ASTM–D6980-17 Standard Test Method for Determination of Moisture in Plastics by Loss inWeight（MAX 4000XL）和ASTM-D7191-2005 Standard Test Method for Determination of Moisture in Plastics byRelative Humidity Sensor（Vapor Pro XL）的要求。
對于各種塑料原材料及制品均具有良好的測試適應(yīng)性，儀器維護(hù)成本低，可有效節(jié)約使用成本；測試過程中無需使用化學(xué)試劑，可避免對實(shí)驗(yàn)人員的潛在風(fēng)險(xiǎn)以及對環(huán)境的污染；操作簡單，易于掌握，可以為塑料行業(yè)提供快速且準(zhǔn)確的水分分析解決方案。
使用Brookfield高精度水分分析儀測量原料在干燥前后的水分含量情況：一方面可以驗(yàn)證原料是否徹底干燥，較少返工和降低次品率；另一方面可以很好的幫助用戶準(zhǔn)確評判干燥設(shè)備的干燥效能，并簡化干燥程序，減少能耗和干燥設(shè)備的維護(hù)成本，最終，提高產(chǎn)能和縮短生產(chǎn)周期。
此外，Brookfield水分分析儀同樣適用于塑料制品的品質(zhì)分析。
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