一、測試背景與核心邏輯

加氫石油樹脂作為熱熔膠、涂料等領(lǐng)域的關(guān)鍵原料，其熔體流變行為直接決定加工可行性。流變儀通過測量樹脂熔體在不同溫度、剪切速率下的黏度變化，構(gòu)建 “黏度 - 溫度 - 剪切速率” 三維關(guān)系，進而界定材料的 “加工窗口”—— 即黏度處于適宜范圍（通常 10~1000Pa・s）時的溫度與剪切條件區(qū)間。當(dāng)熔體黏度過高（>1000Pa・s），會導(dǎo)致擠出困難或設(shè)備磨損；黏度過低（<10Pa・s）則易引發(fā)材料流掛或性能劣化，因此精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)黏度與加工參數(shù)是優(yōu)化生產(chǎn)工藝的核心。

二、實驗準(zhǔn)備：儀器選型與樣品預(yù)處理

流變儀類型與配件

旋轉(zhuǎn)流變儀（推薦型號：Haake MARS 或 TA ARG2）：配備平行板夾具（直徑 25/50mm，間隙 0.5~2mm），適用于熔體剪切流變測試；若需模擬擠出場景，可搭配毛細管流變儀（如 Rheometrics Capillary Rheometer）。

控溫系統(tǒng)：溫控精度 ±0.5℃，覆蓋范圍 50~300℃（匹配加氫石油樹脂軟化點 80~160℃的典型區(qū)間），夾具需預(yù)先恒溫 10 分鐘以消除熱滯后。

樣品處理要點

加氫石油樹脂需粉碎至粒徑 < 2mm，避免大塊顆粒在夾具間形成空隙；稱取 5~10g 樣品置于夾具中央，施加輕微壓力使其熔融并填滿間隙（避免氣泡殘留）。

針對不同氫化程度的樹脂（如 C5、C9 加氫樹脂），需提前通過 DSC 測定其熔點或軟化點，為溫度區(qū)間設(shè)定提供參考（例：氫化 C9 樹脂軟化點約 110℃，測試溫度可從 120℃起始）。

三、測試方案：關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計與流程

溫度掃描測試（固定剪切速率）

目的：建立黏度 - 溫度曲線，確定熔體黏度隨溫度的變化規(guī)律。

參數(shù)設(shè)置：

剪切速率：選擇 10~100s⁻¹（模擬熱熔膠涂布或擠出成型的典型剪切條件）；

溫度范圍：從軟化點以上 20℃開始，以 5~10℃/min 升溫至 300℃，每 10℃恒溫 2 分鐘采集數(shù)據(jù)。

典型曲線特征：

低于軟化點時，樹脂呈固態(tài)或高彈態(tài)，黏度極高（>10⁴Pa・s）；超過軟化點后，黏度隨溫度升高呈指數(shù)下降（符合 Arrhenius 方程：η=A・e^(Ea/RT)，其中 Ea 為黏流活化能）。

剪切速率掃描測試（固定溫度）

目的：分析熔體的剪切變稀行為，界定加工中的剪切穩(wěn)定性。

參數(shù)設(shè)置：

溫度點：選擇軟化點以上 30℃、50℃、70℃三個典型溫度（如氫化 C5 樹脂軟化點 80℃，測試溫度可選 110℃、130℃、150℃）；

剪切速率范圍：0.1~1000s⁻¹，對數(shù)掃描，每個數(shù)量級采集 5 個數(shù)據(jù)點。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：加氫石油樹脂熔體通常表現(xiàn)為 “假塑性流體”—— 隨剪切速率增加，黏度逐漸下降（分子鏈取向?qū)е伦枇p?。?，當(dāng)剪切速率超過 100s⁻¹ 時，黏度下降趨勢變緩，需避免加工中因高剪切導(dǎo)致熔體破裂。

四、加工窗口的界定方法

基于黏度閾值的溫度 - 剪切區(qū)間

適宜加工黏度范圍：根據(jù)應(yīng)用場景設(shè)定，例：

熱熔膠擠出涂布：黏度需控制在 50~500Pa・s，對應(yīng)溫度區(qū)間通常為軟化點以上 40~80℃（如氫化 C9 樹脂在 150~190℃時黏度約 100~300Pa・s）；

涂料噴涂：黏度需 < 100Pa・s，需將溫度提升至軟化點以上 80~100℃，但需注意避免超過熱分解溫度（如氫化 C5 樹脂在 200℃以上可能開始分解，導(dǎo)致黏度異常下降）。

動態(tài)熱機械分析（DMA）輔助驗證

在流變儀測試基礎(chǔ)上，通過 DMA 測量儲能模量（G'）和損耗模量（G''），當(dāng) G''>G' 且兩者差值非常大時，熔體流動性很好，對應(yīng)加工窗口的中心溫度點，例如，某氫化 C5 樹脂在 130℃、剪切速率 50s⁻¹ 時，G''=1200Pa，G'=800Pa，此時熔體均勻性很好，適合薄膜流延加工。

五、影響因素與應(yīng)用案例

結(jié)構(gòu) - 黏度關(guān)聯(lián)性

氫化程度：完全氫化的石油樹脂（雙鍵轉(zhuǎn)化率 > 98%）分子鏈更規(guī)整，高溫下黏度下降更平緩，加工窗口更寬（如氫化 C9 樹脂加工溫度區(qū)間可比未氫化樹脂拓寬 20~30℃）；

分子量分布：窄分布樹脂（PDI<2.0）在剪切作用下黏度變化更穩(wěn)定，適合精密擠出（如電子膠黏劑）；寬分布樹脂（PDI>3.0）因低分子鏈易流動，低溫下黏度更低，適合快速涂布。

實際生產(chǎn)應(yīng)用

案例：熱熔膠棒生產(chǎn)

通過流變儀測試發(fā)現(xiàn)，某氫化 C5/C9 共聚樹脂在 160℃、剪切速率 100s⁻¹ 時黏度為 200Pa・s，符合擠出成型要求；若生產(chǎn)中溫度降至 140℃，黏度升至 800Pa・s，會導(dǎo)致擠出壓力驟增（從 5MPa 升至 12MPa），設(shè)備能耗增加且膠棒表面出現(xiàn)波紋。此時需通過流變數(shù)據(jù)調(diào)整擠出機溫度設(shè)定（維持 160±5℃），確保黏度穩(wěn)定在加工窗口內(nèi)。

六、測試注意事項與拓展應(yīng)用

避免熱氧老化：測試過程中需通入氮氣（流量 20mL/min），防止樹脂在高溫下氧化交聯(lián)，導(dǎo)致黏度異常升高（如 180℃下空氣氛圍中測試 30 分鐘，黏度可能增加 30% 以上）；

與熱重分析（TGA）聯(lián)用：結(jié)合 TGA 確定的熱分解溫度（如某樹脂 T₁=280℃），將加工溫度上限控制在 T₁以下 50℃（即≤230℃），避免熔體降解；

新型加工技術(shù)適配：針對 3D 打印等新興應(yīng)用，可通過流變儀測試高剪切速率（>1000s⁻¹）下的黏度響應(yīng)，篩選適合快速成型的樹脂牌號（如要求黏度在 1000s⁻¹ 時 < 50Pa・s）。

通過流變儀測試構(gòu)建的黏度 - 加工窗口關(guān)聯(lián)模型，可直接指導(dǎo)加氫石油樹脂的配方優(yōu)化（如添加增塑劑降低熔體黏度）和工藝參數(shù)調(diào)試，實現(xiàn)從實驗室數(shù)據(jù)到工業(yè)化生產(chǎn)的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://xiangkouqing.com/