流变仪测试：加氢石油树脂熔体黏度与加工窗口的关联性

一、测试背景与核心逻辑

加氢石油树脂作为热熔胶、涂料等领域的关键原料，其熔体流变行为直接决定加工可行性。流变仪通过测量树脂熔体在不同温度、剪切速率下的黏度变化，构建 “黏度 - 温度 - 剪切速率” 三维关系，进而界定材料的 “加工窗口”—— 即黏度处于适宜范围（通常 10~1000Pa・s）时的温度与剪切条件区间。当熔体黏度过高（>1000Pa・s），会导致挤出困难或设备磨损；黏度过低（<10Pa・s）则易引发材料流挂或性能劣化，因此精准关联黏度与加工参数是优化生产工艺的核心。

二、实验准备：仪器选型与样品预处理

流变仪类型与配件

旋转流变仪（推荐型号：Haake MARS 或 TA ARG2）：配备平行板夹具（直径 25/50mm，间隙 0.5~2mm），适用于熔体剪切流变测试；若需模拟挤出场景，可搭配毛细管流变仪（如 Rheometrics Capillary Rheometer）。

控温系统：温控精度 ±0.5℃，覆盖范围 50~300℃（匹配加氢石油树脂软化点 80~160℃的典型区间），夹具需预先恒温 10 分钟以消除热滞后。

样品处理要点

加氢石油树脂需粉碎至粒径 < 2mm，避免大块颗粒在夹具间形成空隙；称取 5~10g 样品置于夹具中央，施加轻微压力使其熔融并填满间隙（避免气泡残留）。

针对不同氢化程度的树脂（如 C5、C9 加氢树脂），需提前通过 DSC 测定其熔点或软化点，为温度区间设定提供参考（例：氢化 C9 树脂软化点约 110℃，测试温度可从 120℃起始）。

三、测试方案：关键参数设计与流程

温度扫描测试（固定剪切速率）

目的：建立黏度 - 温度曲线，确定熔体黏度随温度的变化规律。

参数设置：

剪切速率：选择 10~100s⁻¹（模拟热熔胶涂布或挤出成型的典型剪切条件）；

温度范围：从软化点以上 20℃开始，以 5~10℃/min 升温至 300℃，每 10℃恒温 2 分钟采集数据。

典型曲线特征：

低于软化点时，树脂呈固态或高弹态，黏度极高（>10⁴Pa・s）；超过软化点后，黏度随温度升高呈指数下降（符合 Arrhenius 方程：η=A・e^(Ea/RT)，其中 Ea 为黏流活化能）。

剪切速率扫描测试（固定温度）

目的：分析熔体的剪切变稀行为，界定加工中的剪切稳定性。

参数设置：

温度点：选择软化点以上 30℃、50℃、70℃三个典型温度（如氢化 C5 树脂软化点 80℃，测试温度可选 110℃、130℃、150℃）；

剪切速率范围：0.1~1000s⁻¹，对数扫描，每个数量级采集 5 个数据点。

关键发现：加氢石油树脂熔体通常表现为 “假塑性流体”—— 随剪切速率增加，黏度逐渐下降（分子链取向导致阻力减小），当剪切速率超过 100s⁻¹ 时，黏度下降趋势变缓，需避免加工中因高剪切导致熔体破裂。

四、加工窗口的界定方法

基于黏度阈值的温度 - 剪切区间

适宜加工黏度范围：根据应用场景设定，例：

热熔胶挤出涂布：黏度需控制在 50~500Pa・s，对应温度区间通常为软化点以上 40~80℃（如氢化 C9 树脂在 150~190℃时黏度约 100~300Pa・s）；

涂料喷涂：黏度需 < 100Pa・s，需将温度提升至软化点以上 80~100℃，但需注意避免超过热分解温度（如氢化 C5 树脂在 200℃以上可能开始分解，导致黏度异常下降）。

动态热机械分析（DMA）辅助验证

在流变仪测试基础上，通过 DMA 测量储能模量（G'）和损耗模量（G''），当 G''>G' 且两者差值非常大时，熔体流动性很好，对应加工窗口的中心温度点，例如，某氢化 C5 树脂在 130℃、剪切速率 50s⁻¹ 时，G''=1200Pa，G'=800Pa，此时熔体均匀性很好，适合薄膜流延加工。

五、影响因素与应用案例

结构 - 黏度关联性

氢化程度：完全氢化的石油树脂（双键转化率 > 98%）分子链更规整，高温下黏度下降更平缓，加工窗口更宽（如氢化 C9 树脂加工温度区间可比未氢化树脂拓宽 20~30℃）；

分子量分布：窄分布树脂（PDI<2.0）在剪切作用下黏度变化更稳定，适合精密挤出（如电子胶黏剂）；宽分布树脂（PDI>3.0）因低分子链易流动，低温下黏度更低，适合快速涂布。

实际生产应用

案例：热熔胶棒生产

通过流变仪测试发现，某氢化 C5/C9 共聚树脂在 160℃、剪切速率 100s⁻¹ 时黏度为 200Pa・s，符合挤出成型要求；若生产中温度降至 140℃，黏度升至 800Pa・s，会导致挤出压力骤增（从 5MPa 升至 12MPa），设备能耗增加且胶棒表面出现波纹。此时需通过流变数据调整挤出机温度设定（维持 160±5℃），确保黏度稳定在加工窗口内。

六、测试注意事项与拓展应用

避免热氧老化：测试过程中需通入氮气（流量 20mL/min），防止树脂在高温下氧化交联，导致黏度异常升高（如 180℃下空气氛围中测试 30 分钟，黏度可能增加 30% 以上）；

与热重分析（TGA）联用：结合 TGA 确定的热分解温度（如某树脂 T₁=280℃），将加工温度上限控制在 T₁以下 50℃（即≤230℃），避免熔体降解；

新型加工技术适配：针对 3D 打印等新兴应用，可通过流变仪测试高剪切速率（>1000s⁻¹）下的黏度响应，筛选适合快速成型的树脂牌号（如要求黏度在 1000s⁻¹ 时 < 50Pa・s）。

通过流变仪测试构建的黏度 - 加工窗口关联模型，可直接指导加氢石油树脂的配方优化（如添加增塑剂降低熔体黏度）和工艺参数调试，实现从实验室数据到工业化生产的精准转化。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/