高分子專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)電子版

1、實(shí)驗(yàn)一熱塑性聚合物擠出造粒實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握熱塑性聚合物擠11!成型的基本原理；2. 了解雙螺桿擠岀機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和擠岀成型的基本操作；3. 掌握雙螺桿擠出機(jī)造粒的工藝過(guò)程，觀察擠出料條的色澤、塑化程度和工藝參數(shù)之間 的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 擠出成型原理擠出成型，又稱(chēng)擠塑，是熱塑性塑料成型加工的重要方法之一，熱塑性塑料的擠出是在 擠出機(jī)的作用下完成的重要成型加工過(guò)程。在擠出過(guò)程中，物料通過(guò)料斗進(jìn)入擠出機(jī)的料筒 內(nèi)，擠出機(jī)螺桿以固定的轉(zhuǎn)速推動(dòng)料筒內(nèi)物料向前輸送。不論是擠出造粒還是擠出制品都分兩個(gè)階段。第一階段即擠出過(guò)程，固體樹(shù)脂原料在進(jìn) 入機(jī)筒后，借助于料筒外部的加熱和螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的剪切擠壓

2、作用而熔融，同時(shí)熔體在壓力的推 動(dòng)下被連續(xù)擠出口模；第二階段即定型過(guò)程，是指被擠出的物料通過(guò)各種冷卻和定型手段失 去塑性變?yōu)楣腆w，制品形狀可為條狀、片狀、棒狀、管狀。因此，應(yīng)用擠出的方法即可以造 粒也能夠生產(chǎn)各種型材。通常根據(jù)物料在料筒內(nèi)的變化情況，又可以將擠出過(guò)程分成三個(gè)階段，即加料段、壓縮 段和均化段。在料筒加料段，在轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿作用下，物料通過(guò)料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作 用向前輸送和壓實(shí)。物料在加料段內(nèi)呈固態(tài)向前輸送。物料進(jìn)入壓縮段后由于螺桿螺槽逐漸 變淺，以及靠近機(jī)頭端濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭的阻力而使所受的壓力逐漸升高，進(jìn)一步被壓實(shí); 同時(shí)，在料筒外加熱和螺桿、料筒對(duì)物料的混合、剪切作用所產(chǎn)

3、生的內(nèi)摩擦熱的作用下，物 料逐漸升溫至粘流溫度，開(kāi)始熔融，大約在壓縮段處物料全部熔融為粘流態(tài)并形成很高的壓 力。物料進(jìn)入均化段后將進(jìn)一步塑化和均化，最后螺桿將物料定量、定壓地?cái)D入機(jī)頭。機(jī)頭 上的口模是成型部件，物料通過(guò)它便獲得一定截面的幾何形狀和尺寸，再通過(guò)冷卻定型、切 割等工序就得到成型制品。2. 樹(shù)脂造粒合成出來(lái)的樹(shù)脂大多呈粉末狀，粒徑小成型加工不方便，而且合成樹(shù)脂中又經(jīng)常需要加 入各種助劑才能滿(mǎn)足制品的要求，為此就要將樹(shù)脂與助劑混合，制成顆粒，這步工序稱(chēng)作“造 粒”。如果樹(shù)脂中加入功能性助劑就可以造出功能性母粒，造出的顆粒是塑料成型加工做成 塑料制品的原料。使用顆粒料成型加工的主要優(yōu)點(diǎn)有

4、：顆粒比粉料加料方便，無(wú)需強(qiáng)制加料器；顆粒 料比粉料密度大，制品質(zhì)量好；揮發(fā)物及空氣含量較少，制品不容易產(chǎn)生氣泡；使用功 能性母料比直接添加功能性助劑更容易分散。樹(shù)脂造?？梢允褂幂棄悍ɑ鞜?，塑料出片后切粒，也可以使用擠出塑煉，塑化擠出條后 切粒。擠出造?？煞掷淝蟹ê蜔崆蟹▋纱箢?lèi)。冷切法又可分拉片冷切、擠片冷切和擠條冷切 等兒種；熱切法則可分干熱切、水下熱切和空小熱切等兒種。造粒的主要設(shè)備是混煉式擠出 機(jī)或塑煉機(jī)（開(kāi)煉機(jī)或密煉機(jī)）和切粒機(jī)。除拉片冷切法用平板切粒機(jī)造粒外，其余都是用 擠出機(jī)造粒。擠出造粒有操作連續(xù)，密閉，機(jī)械雜質(zhì)混入少，產(chǎn)量高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，噪音小 等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)樹(shù)脂適用的造粒方法見(jiàn)

5、表41,無(wú)論何方法，均要求粒料顆粒大小均勻，色澤一致, 外形尺寸不大于34mm,因?yàn)槿绻w粒尺寸過(guò)大，成型時(shí)加料困難，熔融也慢。造粒后物料形狀以球形，圓柱形或藥片形較好。粒方法表41冷切法常用樹(shù)脂的造粒方法熱切法樹(shù)脂、拉片冷切拉片冷切擠條冷切干熱切水下熱切空氣熱切軟聚氯乙烯oooooo軟聚氯乙烯oooo 聚乙烯 oxo聚丙烯 oxooabsxxoxo聚酰胺xxox0x聚碳酸酯xxox 聚甲醛o長(zhǎng)方形長(zhǎng)方形,球形球形1顆粒形狀圓柱形圓柱形正方形正方形藥片形藥片形注：o最適宜：可以：x不可以3. 擠出工藝擠出工藝控制參數(shù)包括擠出溫度（料筒各段，機(jī)頭和口模等溫度），擠出速率，口模壓 力，冷卻速率，牽

6、引速率，拉伸比，真空度等.對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)而言，物料熔融所需要的 熱量主要來(lái)自于料筒外部加熱，擠出溫度應(yīng)在塑料的熔點(diǎn)（tq或粘流溫度（tf）至熱分解 溫度范圉之間，溫度設(shè)置一般從加料口至機(jī)頭呈逐漸升高，最高溫度較塑料熱分解溫度td 低15°c以上.各段溫度設(shè)置變化不超過(guò)60°c。擠出溫度高，熔體塑化質(zhì)量較高，材料微觀 結(jié)構(gòu)均勻，制品外觀較好，但擠出產(chǎn)率低，能源消耗大，所以擠出溫度在滿(mǎn)足制品要求的情 況下應(yīng)該盡可能的低.擠出速率同時(shí)對(duì)塑化質(zhì)量和擠出產(chǎn)率起決定性的作用，對(duì)給定的設(shè)備 和制品性能來(lái)說(shuō)，擠出速率可調(diào)的范圍則已定，過(guò)高的增加擠出速率，追求高產(chǎn)率，只會(huì)以 犧牲制品的質(zhì)量

7、為代價(jià)。擠出過(guò)程屮，需冷卻的部位包括料斗和螺桿。料斗的下方應(yīng)通冷卻水，防止物料過(guò)早的 熔化粘結(jié)搭橋。另外牽引速率與擠出速率相應(yīng)匹配，以達(dá)到所造的塑料粒子均勻?yàn)闇?zhǔn)。三、實(shí)驗(yàn)原料和儀器設(shè)備1. 原料聚丙烯（pp）、活性碳酸鈣（caco3）硫酸鈣（caso4）潤(rùn)滑劑等。2. 儀器設(shè)備雙螺桿擠出機(jī)，熔融流動(dòng)速度儀，剪刀，耐熱手套，切粒機(jī)，冷卻水槽等。所用雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：直徑34mm,螺桿長(zhǎng)徑比32,螺桿轉(zhuǎn)速50 rpm, 加熱溫度350°co擠出機(jī)的主體結(jié)構(gòu)及擠出造粒組合圖，如圖41所示。擠出機(jī)各部分的作用如下：（1）傳動(dòng)裝置 由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和軸承等組成。具有保證擠出過(guò)程中

8、螺桿轉(zhuǎn)速恒定、 制品質(zhì)量的穩(wěn)定以及保證能夠變速作用；（2）加料裝置無(wú)論原料是粒狀、粉狀和片狀，加料裝置都采用加料斗。加料斗內(nèi)應(yīng)有 切斷料流、標(biāo)定料量和卸除余料等裝置；（3）料筒料筒是擠出機(jī)的主要部件之一，塑料的混合、塑化和加壓過(guò)程都在其屮進(jìn)行。 擠出時(shí)料筒的壓力很高，工作溫度一般為180250°c,因此料筒是受壓和受熱的容器，通常 由高強(qiáng)度、堅(jiān)韌耐磨和耐腐蝕的合金制成。料筒外部設(shè)有分區(qū)加熱和冷卻的裝置，而且各自 附有熱電偶和自動(dòng)儀表等；圖41擠出造粒過(guò)程示意圖1 電動(dòng)機(jī)；2減速箱；3冷卻水；4 機(jī)座；5 料斗；6加熱器；7鼓風(fēng)機(jī)；8 機(jī)簡(jiǎn)；9真空表；10壓力傳感器；11一機(jī)頭利口模；

9、12 熱電偶；13 條狀擠岀物；14 水槽； 15 風(fēng)環(huán)；16切粒機(jī)控制面板：17 切粒機(jī)（4）螺桿螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件，根據(jù)螺桿的結(jié)構(gòu)特性和工作原理分為如下兒類(lèi)： 非嚙合與嚙合型雙螺桿； 嚙合區(qū)與封閉型雙螺桿； 同向旋轉(zhuǎn)和異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿； 平行和錐形雙螺桿。本實(shí)驗(yàn)采用的擠出機(jī)是嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿結(jié)構(gòu)如圖42所示。通過(guò)螺桿的移 動(dòng)，料筒內(nèi)的樹(shù)脂顆粒才能發(fā)生移動(dòng)，得到增壓和部分熱量（摩擦熱）。螺桿的幾何參數(shù)， 諸如直徑、長(zhǎng)徑比、各段長(zhǎng)度比例以及螺槽深度等，対螺桿的工作特性均有重大影響。（5）口模和機(jī)頭 機(jī)頭是口模與料件之間的過(guò)渡部分，其長(zhǎng)度和形狀隨所用塑料的種類(lèi)、 制品的形狀加熱方法及

10、擠出機(jī)的大小和類(lèi)型而定。機(jī)頭和口模結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)制品的產(chǎn)量和 質(zhì)量影響很大，其尺寸根據(jù)流變學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。四、實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容1. 了解擠出樹(shù)脂的熔融指數(shù)和熔點(diǎn)，將樹(shù)脂和各種助劑在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合。初步 設(shè)定擠出機(jī)各段、機(jī)頭和口模的控溫范i韋i，同時(shí)擬定螺桿轉(zhuǎn)速、加料速度、熔體壓力、真空 度、牽引速度及切粒速度等；2. 檢查擠出機(jī)各部分，確認(rèn)設(shè)備正常，接通電源，加熱，同吋開(kāi)啟料座夾套水管。待各 段預(yù)熱到要求溫度時(shí)，再次檢查并趁熱擰緊機(jī)頭各部分螺栓等銜接處，保溫lomin以上；3. 啟動(dòng)油泵，再開(kāi)動(dòng)主機(jī)。在轉(zhuǎn)動(dòng)下先加少量塑料，注意進(jìn)料和電流計(jì)情況。待有熔料 擠出后，戴上手套將擠出物慢慢引上冷

11、卻牽引裝置，同時(shí)開(kāi)動(dòng)切粒機(jī)切粒并收集產(chǎn)物；4. 擠出平穩(wěn)，繼續(xù)加料，調(diào)整各部分，控制溫度等工藝條件，維持正常操作；5. 觀察擠出料條的形狀和外觀質(zhì)暈，記錄擠出物均勻、光滑時(shí)的各段溫度等工藝條件， 記錄一定時(shí)間內(nèi)的擠出量，計(jì)算產(chǎn)率，重復(fù)加料，維持操作lh;6. 實(shí)驗(yàn)完畢，按下列順序停機(jī)： 將喂料機(jī)調(diào)至零位，按下喂料機(jī)停止按鈕； 關(guān)閉真空管路閥門(mén)； 降低螺桿轉(zhuǎn)速，盡量排除機(jī)筒內(nèi)殘留物料，將轉(zhuǎn)速調(diào)至零位，按下主電機(jī)停止按鈕； 依次按下和電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)、油泵、真空泵、切粒機(jī)的停止按鈕。斷開(kāi)加熱器電源開(kāi)關(guān); 關(guān)閉各進(jìn)水閥門(mén)； 對(duì)排氣室、機(jī)頭模面及整個(gè)機(jī)組表面清掃。五、思考題1. 影響擠出物均勻性的主要原因

12、有哪些？如何控制？2. 造粒工藝有幾種造粒方式？各有何特點(diǎn)？3. 如何計(jì)算擠岀產(chǎn)率。4. 填料的加入對(duì)聚合物的加工性能有何影響？5. 雙螺桿擠出機(jī)同單螺桿擠出機(jī)相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)二熱塑性聚合物注射成型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握熱塑性聚合物注射成型的基本原理；2. 了解螺桿式注塑機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和注射成型的基本操作；3. 掌握熱塑性聚合物注射成型的操作過(guò)程及注射工藝對(duì)制品質(zhì)量的影響因素。二、實(shí)驗(yàn)原理注射成型，又稱(chēng)注塑，適用于熱塑性和熱固性塑料，尤英是熱塑性聚合物的一種重要 的成型方法。注射成型是將熱塑性或熱固性塑料從注射機(jī)的料斗加入料筒，經(jīng)加熱熔化呈流 動(dòng)狀態(tài)后，市螺桿或柱塞推擠而通過(guò)料筒前端噴嘴

13、注入閉合的模具型腔中。充滿(mǎn)模具的熔料 在受壓情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具型腔所賦予的形狀，打開(kāi)模具即得制品。并在操 作上完成了一個(gè)模塑周期。熱塑性塑料注射時(shí)，模具溫度比注射料低，制品是通過(guò)冷卻而定 型的；熱固性塑料注射吋，其模具溫度要比注射料高，制品是要在一定溫度下發(fā)生交聯(lián)固化 而定型的。注射成型的特點(diǎn)是，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確和帶有嵌件的塑料制品；對(duì)各種塑 料加工的適應(yīng)性強(qiáng)（兒乎能加工所有熱塑性塑料和部分熱固性塑料）；生產(chǎn)效率高；整個(gè)生 產(chǎn)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作，所成型的制品很少修飾就可滿(mǎn)足使用要求；還能生產(chǎn)加填料的 某些制品。因此，注射成型機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，成為塑料成型制造工業(yè)

14、中增長(zhǎng)最快、產(chǎn)量 最多的機(jī)種之一。一般我們把塑料、注射機(jī)和注射模具稱(chēng)為注射成型的三要素，而把成型壓 力、成型溫度和成型周期稱(chēng)為注射成型三原則。在評(píng)價(jià)重要性時(shí)，前者約占30%而后者約 占70%,也就是說(shuō)控制工藝條件是最重要的。注射成型是通過(guò)注射模具和注射機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，注射機(jī)的類(lèi)型很多，不同注射機(jī)工作時(shí)完 成的動(dòng)作程序可能不完全相同，但成型的基本過(guò)程及原理是相同的。例如，用螺桿式注射機(jī)制備熱塑性塑料制品的基本程序是：（1）合模與鎖緊動(dòng)模以低壓快速進(jìn)行閉合，與定模將要接觸時(shí)，合模動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)切換成低壓低速，再 切換成高壓將模具鎖緊。（2）注射裝置前移和注射確認(rèn)模具鎖緊后，注射裝置前移，使噴嘴與模具貼合

15、。液壓油進(jìn)入注射油缸，推動(dòng)與油 缸活塞桿相連的螺桿，將螺桿頭部均勻塑化的物料以規(guī)定的壓力和速度注入模具型腔，直至 熔料充滿(mǎn)全部模腔，從而實(shí)現(xiàn)了充模程序。塑料注入模腔時(shí)，螺桿作用面的壓力為注射壓力 伸位為mpa）；螺桿移動(dòng)的速度為注射速度（單位為cm/s）。熔料能否充滿(mǎn)模腔，取決于注射 時(shí)的速度、壓力以及熔體溫度、模具溫度。熔體溫度和模具溫度通過(guò)熔體粘度、流動(dòng)性質(zhì)變 化來(lái)影響充模程序的速率。在其他工藝條件穩(wěn)定的情況下，熔體充填時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)受注射速 度制約。速度慢、充模的時(shí)間長(zhǎng)，剪切作用使熔體分子取向程度增大。反之，則充模的時(shí)間 短、熔料溫度差較小、密度均勻，熔接強(qiáng)度較高，制品外觀及尺寸穩(wěn)定性良好

16、。但是，注射 速度過(guò)快時(shí)，熔體高速流經(jīng)截面變化的復(fù)雜流道并伴隨熱交換行為，出現(xiàn)十分復(fù)雜的流變現(xiàn) 象，制品可能發(fā)生不規(guī)則流動(dòng)及過(guò)量充模的弊病。注射壓力使熔體克服料筒、噴嘴、澆道、模腔等處的流動(dòng)阻力，以一定的充模速率注入 模腔，一經(jīng)注滿(mǎn)，模腔內(nèi)的壓力迅速達(dá)到最大值，而充模速率則迅速下降，熔料受到壓實(shí)。 在其它工藝條件不變時(shí)，熔體在模腔內(nèi)充填過(guò)量或不足取決于注射壓力高低，直接影響到分 子取向程度和制品的外觀質(zhì)量。（3）保壓熔料注入模腔后，由于冷卻作用，物料產(chǎn)生收縮出現(xiàn)空隙，為保證制品的致密性、尺寸 精度和強(qiáng)度，須對(duì)模具保持一定的壓力進(jìn)行補(bǔ)縮、增密。這吋螺桿作用血的壓力為保壓壓力 （單位為mpa）,保

17、壓時(shí)螺桿位置將會(huì)少量向前移動(dòng)。保壓壓力可以等于或低于注射壓力，其 大小以能進(jìn)行壓實(shí)、補(bǔ)縮、增密作用為量度。保壓時(shí)間以壓力保持到澆口剛好封閉時(shí)為好。 過(guò)早卸壓會(huì)引起模腔內(nèi)物料倒流，產(chǎn)生制品不足的毛病。而保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或保壓壓力過(guò)大, 過(guò)量的充填會(huì)使?jié)部谥車(chē)纬蓛?nèi)應(yīng)力。同時(shí)因?yàn)槟Ｇ粌?nèi)物料溫度不斷降低，取向分子冷卻凍 結(jié)，制品內(nèi)應(yīng)力增大，易產(chǎn)生開(kāi)裂、脫模困難等現(xiàn)象。（4）制品冷卻和預(yù)塑化完成保壓程序，卸去保壓壓力，物料在模腔內(nèi)冷卻定型所需要的時(shí)間為冷卻時(shí)間，冷卻 時(shí)間的長(zhǎng)短與塑料的結(jié)晶性能，狀態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、熱導(dǎo)率、比熱容、剛性以及制品厚度、模具 冷卻效率等有關(guān)。冷卻時(shí)間應(yīng)以塑料在開(kāi)模頂出時(shí)具有足夠的剛度

18、，不致引起制品變形為宜。 在保證制品質(zhì)量的前提下，為獲得良好的設(shè)備效率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，要盡量減少冷卻吋間及其 他各程序的時(shí)間，以求縮短完成一次成型所需的全部操作時(shí)間一成型周期。除冷卻時(shí)間外, 模具溫度也是冷卻過(guò)程控制的一個(gè)主要因素。模溫高低與塑料結(jié)晶性能、狀態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、熱 性能、制品形狀及使用要求、其他工藝條件關(guān)系密切。為縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率，當(dāng)澆口冷卻，保壓過(guò)程結(jié)束時(shí)，注射機(jī)螺桿在液壓馬 達(dá)的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，將來(lái)自料斗的塑料向前輸送。在機(jī)筒外加熱和螺桿剪切熱的共同作用 下，使塑料均勻融化，最終成為熔融粘流態(tài)的流體。在螺桿的輸送作用下存積于螺桿頭部的 機(jī)筒中，從而實(shí)現(xiàn)塑料原料的塑化。螺桿的

19、轉(zhuǎn)動(dòng)一方面使塑料塑化并向其頭部輸送，另一方 而也使存積于頭部的塑料熔體產(chǎn)生壓力，這個(gè)壓力稱(chēng)為塑化壓力（單位為mpa）。由于這個(gè) 壓力的作用，使得螺桿向后退移，螺桿后移的距離反映出螺桿頭部的機(jī)筒屮所存積的塑料熔 體體積，注射機(jī)螺桿的這個(gè)后退距離，即每次預(yù)塑化熔體體積，也就是注射熔體計(jì)量值是根 據(jù)成型制件所需要的注射量進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定。在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)而后退到設(shè)定的計(jì)量值時(shí)，在液壓和 電氣控制系統(tǒng)的控制下就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成塑料的預(yù)塑化和計(jì)量，即完成預(yù)塑化程序。注射螺 桿的尾部是與注射油缸連接在一起的，在螺桿后退的過(guò)程中，螺桿要受到各種摩擦阻力及注 射油缸內(nèi)液壓油冋流的阻力的作用，注射油缸內(nèi)液圧油冋流的阻力產(chǎn)生

20、的壓力稱(chēng)為螺桿背 壓。塑料原料在預(yù)塑過(guò)程中的各種工藝參數(shù)（各部分的壓力、溫度等）是根據(jù)不同制件的塑 料材料進(jìn)行設(shè)定的。（5）注射裝置后退和開(kāi)模頂岀制品注射裝置后退的目的是為了防止噴嘴和模具長(zhǎng)時(shí)間接觸散熱形成冷料，而影響下次注 射?？蓪⒆⑸溲b置后退，讓噴嘴脫開(kāi)模具。此操作是否進(jìn)行視成型工藝需要選用。模腔內(nèi)制品冷卻定型后，合模裝置即開(kāi)啟模具，頂出機(jī)構(gòu)頂落制品，準(zhǔn)備再次閉模，進(jìn) 入下次成型周期。三、實(shí)驗(yàn)原料和儀器設(shè)備1. 原料通用樹(shù)脂：聚丙烯（pp）、高密度聚乙烯（hdpe）、聚苯乙烯（ps）或丙烯月青丁二烯. 苯乙烯共聚物（abs）。2. 儀器設(shè)備螺桿式注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：螺桿直徑30mm；螺桿

21、長(zhǎng)徑比20；理論容量78g；注射重 量70g；注射速率72g/s；塑化能力9g/s；注射壓力175mpa；螺桿轉(zhuǎn)速0216r/min；鎖模力 500kno螺桿式注射機(jī)包括注射裝置、鎖模裝置、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)等，其結(jié)構(gòu)示意如圖4-3所示。<f-fsr l_-雀一.i圖43注射成型機(jī)1 一合模機(jī)構(gòu)：2頂出裝置；3操縱按鈕；4一塑化機(jī)構(gòu)；5 料斗；6加料計(jì)量裝.用；7控制面板；8 油馬達(dá)注射裝置是使塑料均勻塑化并以足夠的壓力和速度將一定量的塑料注射到模腔中。注射 裝置位于機(jī)器的右上部，由料筒、螺桿和噴嘴、加料斗、計(jì)量裝置、驅(qū)動(dòng)螺桿的液壓電動(dòng)機(jī)、 螺桿和注射座的移動(dòng)油缸及加熱圈等組件構(gòu)

22、成。鎖模裝置是實(shí)現(xiàn)模具的開(kāi)啟和閉合以及脫出制品的裝置。它位于機(jī)器的左上部，是全液 壓式、充液直壓鎖模機(jī)構(gòu)。它由前模板、移動(dòng)模板、后模板連接鎖模油缸、大活塞、拉桿和 機(jī)械頂出桿等部件組成。液壓和電器控制系統(tǒng)能保證注射機(jī)按照工藝過(guò)程設(shè)定要求和動(dòng)作程序準(zhǔn)確而有效地工 作。液壓系統(tǒng)由各種液壓元件和回路及其附屬設(shè)備組成。電路控制系統(tǒng)由各種電器儀表組成。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 了解注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)，工作原理，安全操作等。2. 了解通用塑料的規(guī)格及成型工藝特點(diǎn)，擬定各項(xiàng)成型工藝條件，并對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱干 燥備用。3. 接通電源（合閘），按擬定的工藝參數(shù)，設(shè)定各料筒的加熱溫度，通電加熱。4. 將實(shí)驗(yàn)原料加入料斗屮。5.

23、熟悉操作控制屏各鍵的作用及調(diào)節(jié)方法，操作方式設(shè)定為手動(dòng).按擬定的工藝參數(shù)設(shè) 定壓力，速度和時(shí)間參數(shù)，并作記錄。6. 待料筒加熱溫度到設(shè)定值后，保持30mino7. 采用手動(dòng)方式動(dòng)作，檢查各動(dòng)作程序是否正常，各運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作有無(wú)異?，F(xiàn)象，一旦 發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)彖，應(yīng)馬上停機(jī)，進(jìn)行處理。&準(zhǔn)備工作就緒后，關(guān)好前后安全門(mén)，保持操作方式為手動(dòng)，操作吋應(yīng)集中注意力，防 止按錯(cuò)按鈕。9. 開(kāi)機(jī)，手動(dòng)操作程序如下：閉模> 預(yù)塑注射座前移注射保壓注射座后移冷卻定型f開(kāi)模頂出開(kāi)安全門(mén)*取件關(guān)安全門(mén)10. 停機(jī)前，先關(guān)料斗閘門(mén)，將余料注射完畢.停機(jī)后，清潔機(jī)臺(tái)，斷電，斷水。五、思考題1. 在選擇料筒溫度、注

24、射速度、保壓壓力、冷卻時(shí)間的時(shí)候，應(yīng)該考慮哪些問(wèn)題?2. 從pp的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)分析其成型工藝性能的特點(diǎn)？3. 要縮短注射機(jī)的成型加工周期，可以采用哪些措施？4. 為什么要保壓？保壓對(duì)制品性能有何影響？實(shí)驗(yàn)三pvc配方設(shè)計(jì)及模壓成型硬質(zhì)板材實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握熱塑性塑料聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)的基本原理和相關(guān)知識(shí)；2. 掌握硬質(zhì)聚氯乙烯模壓成型的基本操作及制品質(zhì)量控制因素；3. 了解聚氯乙烯模壓成型的設(shè)備，高速混合機(jī)、雙轆開(kāi)煉機(jī)、平板壓機(jī)等基本結(jié)構(gòu)和原 理，學(xué)習(xí)上述成型設(shè)備的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)原理聚氯乙烯（polyvinylchloride）簡(jiǎn)稱(chēng)pvc,由氯乙烯在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑

25、性樹(shù)脂，屬非結(jié)晶性高聚物，世界第二大通用樹(shù)脂。工業(yè)生產(chǎn)的pvc相對(duì)分子質(zhì)量一般在 4萬(wàn)10萬(wàn)，具有較大的多分散性，分子量隨聚合溫度的降低而增加，無(wú)固定熔點(diǎn)，8085°c 開(kāi)始軟化，130°c變?yōu)檎硰棏B(tài)，160180°c開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。絕大部分通用pvc是粒徑在 50250pn的粉料，也有粒徑在0.215pm的糊樹(shù)脂。pvc有較好的機(jī)械性能，抗張強(qiáng)度60mpa左右，沖擊強(qiáng)度510kj/m2,有優(yōu)異的介電 性能。純pvc很堅(jiān)硬，溶解性很差，只能溶于環(huán)己酮、二氯乙烷和四氫咲喃等少數(shù)溶劑屮, 對(duì)有機(jī)和無(wú)機(jī)酸、堿、鹽均穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性隨使用溫度的升高而降低。但對(duì)光和熱的穩(wěn)

26、定 性差，在100°c以上或經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)光曝曬，就會(huì)分解而產(chǎn)生氯化氫，并且能自動(dòng)催化進(jìn)一步 分解，引起變色，物理機(jī)械性能也迅速下降，在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對(duì)熱和光 的穩(wěn)定性。pvc是應(yīng)用最廣泛的熱塑性樹(shù)脂，既可以生產(chǎn)強(qiáng)度和硬度都很高的硬質(zhì)制品（如管材、 管件、門(mén)窗、包裝片材），也可以加入增塑劑生產(chǎn)非常柔軟的制品（如薄膜、片材、電線電纜、 地板、合成革、涂層）。單純的pvc樹(shù)脂是較剛硬的原料，其熔體粘度大，成型流動(dòng)性差，雖具有一般非晶態(tài) 線型聚合物的熱力學(xué)狀態(tài)，但tgt范闈窄，對(duì)熱不穩(wěn)定，在成型加工屮會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的降 解，放出氯化氫氣體、引起變色和粘附設(shè)備。因此在成型加工之前必須

27、加入熱穩(wěn)定劑、加工 助劑、抗沖改性劑等多種助劑，再加工成型才能得到制品。因此相比其他幾種通用熱塑性塑料而言，pvc配方最復(fù)雜。由于pvc軟化溫度高于分 解溫度，因此在pvc中一定要加入熱穩(wěn)定劑以及降低pvc軟化溫度的增塑劑，同時(shí)pvc 抗沖擊性能差，在具體使用時(shí)要加入沖擊性能改善劑。為了改善pvc的抗老化行為，配方 中通常都要加一定含量的抗氧劑，為了改善pvc加工性能，通常也要加入一定的潤(rùn)滑劑， 還有一些賦予pvc其它性能的一些助劑，導(dǎo)致pvc配方復(fù)雜多變?？傊?，pvc配方設(shè)計(jì) 中主體成分是樹(shù)脂和穩(wěn)定劑，另外加入適量的潤(rùn)滑劑和其他添加劑，不加或加入少量增塑劑。 因此耍針對(duì)pvc具體使用要求，進(jìn)

28、行相應(yīng)的配方設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意各種助劑之間的協(xié) 同性、各種助劑對(duì)制品外觀以及使用性能的影響。根據(jù)增塑劑含量的不同，pvc有硬質(zhì)和軟質(zhì)之分，硬質(zhì)pvc板材，可以制透明的或不 透明的兩種類(lèi)型。由于硬質(zhì)pvc板材增塑劑含量少，加工性能差，在配方中需要加入潤(rùn)滑 劑，以改善pvc的加工性能。模壓成型硬pvc板材的制備包括下列工序：1. 混合按一定配方稱(chēng)量pvc及各種組分，按一定的加料順序，將各組分加入到高速混合機(jī)中 進(jìn)行混合；混合是利用對(duì)物料加熱和攪拌作用，使樹(shù)脂粒子在吸收液體組分時(shí)，同時(shí)受到反 復(fù)撕捏、剪切，形成能自由流動(dòng)的粉狀摻混物。2. 雙轆塑煉用雙轆開(kāi)煉機(jī)將混合物料熔融混合塑化，得到組成均勻的

29、成型用pvc片材；塑煉是使 物料在粘流溫度以上和較大的剪切作用下來(lái)回折疊、車(chē)?yán)?，使各組分分散更趨均勻，同吋驅(qū) 出可能含有水分等揮發(fā)氣體。pvc混合物料經(jīng)塑煉后，可塑性得到很大改善，配方中各組 分的獨(dú)特性能和它們之間的協(xié)同作用將會(huì)得到更大發(fā)揮，這對(duì)下一步成型和制品的性能有著 極其重要的影響。因此，塑煉過(guò)程屮與料溫和剪切作用有關(guān)的工藝參數(shù)、設(shè)備物性（如餛溫、 轆距、轆速、時(shí)間）以及操作的熟練程度都是影響塑煉效果的重要因素。3. 壓制把pvc片材放入壓制模具中，將模具放入平板壓機(jī)中，預(yù)熱、加壓使pvc熔融塑化， 然后冷卻定型成硬質(zhì)pvc板材。三、實(shí)驗(yàn)原料和儀器設(shè)備1. 原料：pvc （sg-5型）

30、、熱穩(wěn)定劑、增塑劑、沖擊改性劑、抗氧劑、填料等。2. 儀器設(shè)備：高速混合機(jī)、雙輾開(kāi)煉機(jī)、平板壓機(jī)、電子天平、臺(tái)秤、弓形表面溫度計(jì)（0 250°c）,壓模一副。（1）高速混合機(jī)結(jié)構(gòu)如圖44所示。圖44高速混合機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1刮刀；2 葉輪；3 屯動(dòng)機(jī) （2）雙槻開(kāi)煉機(jī)結(jié)構(gòu)如圖45所示。10輪筒；11一加料間距調(diào)節(jié)板;12控制箱開(kāi)關(guān)；13加熱旋鈕；14 一輪筒和加熱開(kāi)關(guān)；15 電壓表（3）平板硫化機(jī)結(jié)構(gòu)如圖46所示。圖46平板硫化機(jī)主體結(jié)構(gòu)示意圖1上機(jī)座；2壓力表；3柱軸；4下平板；5操作桿；6油泵；7調(diào)壓閥；8工作液缸；9 一開(kāi)關(guān)；10調(diào)溫旋鈕；11一升降平板；12限位裝置；13 活動(dòng)平

31、板四、實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容1. 實(shí)驗(yàn)配方（1）樹(shù)脂為了配制透明的和不透明的兩種類(lèi)型板材，按pvc樹(shù)脂的加工性和硬板的一般用途， 選用分子量適當(dāng)、顆粒度大小分布較窄的懸浮聚合的疏松型樹(shù)脂為宜。這類(lèi)樹(shù)脂含雜質(zhì)少、 流動(dòng)性較好、有較為的熱變形溫度和耐化學(xué)穩(wěn)定性，成本也較低廉。本實(shí)驗(yàn)選用聚合度為 1000的懸浮法疏松型樹(shù)脂，它有較好的加工性能，又能滿(mǎn)足硬pvc的要求。（2）穩(wěn)定劑為了防止或延緩pvc樹(shù)脂在成型加工和使用過(guò)程中受光、熱、氧的作用而降解，配方 中必須加入適當(dāng)類(lèi)型和用量的穩(wěn)定劑。常用的有：鉛鹽化合物、有機(jī)錫化合物、金屈鹽及其 復(fù)合物等類(lèi)型和用量的穩(wěn)定劑。各類(lèi)穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果除木身特性外，還受其他組

32、分、加工 條件影響。鉛鹽穩(wěn)定劑成本低、光穩(wěn)定作用與電性能良好，不存在被萃取，揮發(fā)或使碩板熱變形溫 度下降等問(wèn)題。但比重大、有毒、透明性差，與含硫物質(zhì)或大氣接觸易受污染。僅適用于透 明性、毒性和污染性不是主要要求的通用板材。從熱穩(wěn)定作用、初期色相性和加工性能來(lái)看，硫醇有機(jī)錫是最有效的，它不僅能提供優(yōu) 良的透明性，同時(shí)還具有很好的相容性。在加工川不會(huì)出現(xiàn)金屬表面沉析現(xiàn)象，不被硫化物 污染。不過(guò)它的價(jià)格昂貴且有難聞的氣味和耐候性較差的缺點(diǎn)，但與竣酸錫并用，可取長(zhǎng)補(bǔ) 短，是透明制品不可缺少的一類(lèi)穩(wěn)定劑。單一的鎖、鈣金屬鹽（皂）穩(wěn)定效果差，在長(zhǎng)時(shí)間加熱下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變色現(xiàn)象，一般都 不單獨(dú)使用。若將它們與

33、另一種金屬鹽（如鋅、鎘等）適當(dāng)配合，混合的金屬鹽則產(chǎn)生“協(xié) 同效應(yīng)"，表現(xiàn)出明顯的增效作用。此外，在鈣、鋅混合金屬鹽中加入環(huán)氧大豆油，可作無(wú) 毒穩(wěn)定劑；頓、鎘皂與環(huán)氧油并用，不僅能改善熱穩(wěn)定性，而且能顯著地提高耐候性。（3）改性劑由于硬質(zhì)pvc塑料制品沖擊強(qiáng)度低，在板配方中加入一定量的改性劑，如甲基丙烯酸 甲酯丁二烯苯乙烯接枝共聚物（mbs）、丙烯席丁二烯苯乙烯接枝共聚物（abs）和氯化 聚乙烯（cpe）等可彌補(bǔ)其不足。沖擊改性劑的特點(diǎn)是：與pvc有較好的相容性，在pvc 基質(zhì)中分散均勻，形成似橡膠粒子相，如甲基丙烯酸甲酯丁二烯苯乙烯接枝共聚物（mbs）、 丙烯購(gòu)丁二烯苯乙烯接枝共聚

34、物（abs）和丙烯酸酯類(lèi)共聚物（acr）或彈性網(wǎng)絡(luò)（如 cpe）-具有兩相結(jié)構(gòu)材料的透明性取決于兩相的折射率是否接近。如兩相折射率不相匹配，光 線會(huì)在兩相的界面產(chǎn)生散射，所得制品不透明。當(dāng)抗沖改性劑粒子足夠小時(shí)，也能使pvc 硬板顯示優(yōu)良的透明性和沖擊韌性。當(dāng)然，pvc配方中其他添加劑（如潤(rùn)滑劑、穩(wěn)定劑、 著色劑等）的類(lèi)型與含暈對(duì)折射率的匹配也有明顯的影響，需全面考查調(diào)配，才能實(shí)現(xiàn)最佳 透明效果。（4）潤(rùn)滑劑在pvc硬板的配方中，為了降低熔體粘度，減少塑料対加工設(shè)備的粘附和硬質(zhì)組分対 設(shè)備的磨損，應(yīng)適量加入潤(rùn)滑劑。選用潤(rùn)滑劑時(shí)，除考慮必要性的相容性外，還應(yīng)有一定的 熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，在金屬表

35、面不殘留分解物，能賦予制品以良好的外觀，不影響制品的 色澤和其他性能。pvc潤(rùn)滑劑一般分為內(nèi)潤(rùn)滑劑（如石蠟）和外潤(rùn)滑劑（如硬脂酸），內(nèi)潤(rùn)滑劑與樹(shù)脂親 和力大，其作用是降低分子間的作用力，外潤(rùn)滑劑與樹(shù)脂的親和力小，其作用是降低樹(shù)脂與 金屈表面之間的摩擦，內(nèi)潤(rùn)滑劑主耍是縮短塑化時(shí)間和降低塑化溫度，外潤(rùn)滑劑主要是延長(zhǎng) 塑化時(shí)間和提高塑化溫度。硬質(zhì)pvc板材基本趾方如表4-2所示。表42硬質(zhì)pvc板材配方示例（質(zhì)量份）f 77-7品種原料普通板材透明板材聚氯化烯樹(shù)脂（pvc） （sw-1000）100100鄰苯二甲酸二辛酯（dop）4-657cpe或 acr010甲基丙烯酸甲酯丁二烯苯乙烯共聚物（mb

36、s）24三堿式硫酸鉛56硫醇有機(jī)錫23硬脂酸頓（bast）1.5硬脂酸鈣（cast）1.00.2硬脂酸鋅（znst）0.1環(huán)氧化大豆油（eso）23硬脂酸（hst）0.3輕質(zhì)碳酸鈣（caco3）10液體石蠟0.5 1.0色料適最按表42設(shè)計(jì)的配方準(zhǔn)備原材料，用臺(tái)秤和盤(pán)架天平準(zhǔn)確稱(chēng)量并復(fù)核備用。以pvc樹(shù) 脂300g為基準(zhǔn)，其他助劑按配比稱(chēng)量。所有組分的稱(chēng)量誤差都不應(yīng)超過(guò)1%,根據(jù)配方中 組分用量多少，選用靈敏度適當(dāng)?shù)奶炱交蚺_(tái)稱(chēng)。2. 混料pvc塑料是多組分物料，其配制通常要經(jīng)過(guò)混合和塑化兩個(gè)工序?；旌峡梢栽诟咚倩?合機(jī)或捏合機(jī)中進(jìn)行，是物料的初混合，最終便形成均勻的粉狀摻混物。當(dāng)試驗(yàn)用料量少時(shí)

37、, 可采用手工摻混。其步驟如下：（1）將己稱(chēng)量好的pvc樹(shù)脂和粉狀配合劑組分加入到高速混合機(jī)中，蓋上釜蓋，開(kāi)機(jī)混合 23mino攪拌漿葉轉(zhuǎn)速調(diào)整至1500r/min,同時(shí)加熱，溫控80°c左右。（2）停機(jī)，將液狀組分緩緩加入，再開(kāi)機(jī)混合5mim（3）高速混合的全部吋間通常為7達(dá)到混合吋間后，停機(jī)，打開(kāi)出料閥卸料備用。（4）待物料排出后，靜止5min,打開(kāi)釜蓋，掃出混合器內(nèi)全部余料。3. 塑化塑化過(guò)程是在樹(shù)脂的流動(dòng)溫度以上和強(qiáng)大的剪切作用力下在雙餛開(kāi)煉機(jī)或密煉機(jī)中進(jìn) 行的，是物料在初混合的基礎(chǔ)上的再混合過(guò)程。具體步驟為：開(kāi)啟開(kāi)煉機(jī)并升溫下料-觀察（1）先預(yù)熱雙規(guī)開(kāi)煉機(jī)，前鶴溫度約170

38、°c,后規(guī)溫度約為160°c,調(diào)節(jié)車(chē)?yán)ラg距為13mm, 開(kāi)動(dòng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)輻筒間隙在范圍內(nèi)。（2）在兩幅筒的上部加入初混合的物料。開(kāi)始操作時(shí)，從餛筒間隙落下來(lái)的物料應(yīng)立即加 往轆筒上，不能讓其在轆筒下方接料盤(pán)內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且注意要經(jīng)常保持一定量的轆隙上 方存料。待轆筒表面出現(xiàn)均勻的塑化層時(shí)，混合料從易碎的不連續(xù)的凝膠狀轉(zhuǎn)為粘結(jié)包轆的 連續(xù)狀料層，此時(shí)可漸漸放寬輾距，控制一定的料層厚度，以便進(jìn)一步進(jìn)行切割翻煉。（3）用煉膠刀不斷地切割料層并使之從輻筒上拉下來(lái)折疊（打三角包）后再投入豐昆縫間醍 壓；或者把料層翻卷成卷后再使z垂直于餛筒軸向進(jìn)入餛縫，經(jīng)過(guò)數(shù)次這樣的翻煉，使各組

39、分盡可能分散均勻。（4）將輾距調(diào)至1mm以?xún)?nèi)，使塑化料變成薄層通過(guò)鶴縫。以打卷或打包形式薄通12次, 若觀察物料色澤均勻、切口斷面不顯毛粒、表面光潔并有一定的強(qiáng)度時(shí)，開(kāi)煉塑化即可終止。 從開(kāi)始投料至塑化完全一般控制在lomin以?xún)?nèi)。（5）塑化完成后，用煉膠刀把包車(chē)?yán)诱?、平整放置，同時(shí)裁剪成適當(dāng)尺寸的板坯， 以備壓制成型時(shí)用。4. 壓片平板壓機(jī)上壓制成型pvc片材。壓制成型過(guò)程包括物料的熔融、流動(dòng)、充模成型和最 后冷卻定型等程序，是物理變化過(guò)程，不應(yīng)發(fā)生化學(xué)變化。正確選擇和控制壓制的溫度、壓 力、保壓的時(shí)間及冷卻定型程度等都是很重要的。（1）通過(guò)加熱和溫控裝置將上、下模板溫度控制在（18

40、0±5） °c。（2）將壓制模具放入壓機(jī)上、下模板i'可在壓制溫度下預(yù)熱lomino（3）按成型模具的容積及硬pvc塑料的比重（約1.4）計(jì)算加料量，稱(chēng)量裁剪好的硬pvc 塑化板坯約230g,放置在模具的模腔內(nèi)，模具閉合后置于壓機(jī)模板的中心位置，在己加熱 的模板間接觸閉合的情況下（未受壓力）預(yù)熱約lomino（4）開(kāi)動(dòng)壓機(jī)加壓至所需的表壓讀數(shù)，使受熱熔化的塑料慢慢流動(dòng)而充滿(mǎn)模具的型腔，經(jīng) 25次卸壓放氣后，在恒壓下保持約5mino硬pvc壓制成型的熱壓壓力約為5lompa。 應(yīng)根據(jù)壓制板材的面積及壓機(jī)的技術(shù)參數(shù)計(jì)算壓制成型時(shí)壓機(jī)的表壓（操作壓力）。（5）卸壓取出模具

41、，連同壓制成型的物料趁熱迅速轉(zhuǎn)至同樣規(guī)格的冷壓機(jī)上，快速加壓至 冷壓所需的表壓讀數(shù)，在受壓條件下進(jìn)行冷卻定型。熱壓壓力約為1520mpao（6）冷卻定型的時(shí)間應(yīng)視實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度而異，必要時(shí)可用風(fēng)扇或通冷卻水輔助冷卻。要求冷卻到80°c以下，待硬pvc板材充分冷卻固化后，解除壓力，脫模去除毛邊即得制品。五、思考題1. pvc制品為什么要進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，常用的熱穩(wěn)定劑有哪些？2. 試比較硬質(zhì)和軟質(zhì)pvc配方上的異同點(diǎn)。3. 試分析聚氯乙烯樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量大小與產(chǎn)品性能及加工性能的關(guān)系?4. 塑煉過(guò)程中為什么要打三角包？試分析影響塑煉效果的因素。實(shí)驗(yàn)四塑料沖擊強(qiáng)度測(cè)定實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)支梁法）一、實(shí)

42、驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定塑料沖擊強(qiáng)度的原理、方法和數(shù)據(jù)處理;2. 掌握簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的使用方法；3. 測(cè)定塑料的簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度，了解測(cè)試條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理沖擊強(qiáng)度（impact strength）是高分子材料的一個(gè)非常重要的力學(xué)指標(biāo)，它是指某一標(biāo)準(zhǔn) 樣品在每秒數(shù)米乃至數(shù)十米的高速?zèng)_擊下，在極短的負(fù)載時(shí)間下表現(xiàn)出的破壞強(qiáng)度，或者說(shuō) 是材料對(duì)高速?zèng)_擊斷裂的抵抗能力，也稱(chēng)為材料的韌性。近年來(lái)在高分子材料力學(xué)改性方面 的研究非?；钴S，其屮一個(gè)主要目的是如何增加材料的沖擊強(qiáng)度，即材料的增韌。因此沖擊 強(qiáng)度的測(cè)量無(wú)論在研究工作還是在工業(yè)應(yīng)用中都是不可缺少的。一般沖擊強(qiáng)度可用

43、下列幾種方法進(jìn)行測(cè)定：擺錘式?jīng)_擊彎曲實(shí)驗(yàn)（包括簡(jiǎn)支梁型和懸臂 梁型），落球式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)，高速拉伸沖擊實(shí)驗(yàn)。簡(jiǎn)支梁型沖擊試驗(yàn)是擺錘擊打簡(jiǎn)支梁試樣的中央；懸臂梁法則是用擺錘擊打有缺口的懸 臂梁試樣的自ft!端，如圖411所示。沖擊方向沖擊方向（a）簡(jiǎn)支梁型 （b）懸臂梁型圖411擺錘沖擊試驗(yàn)中試樣的安放方式擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)試樣破壞所需的能量實(shí)際上無(wú)法測(cè)定，試驗(yàn)所測(cè)得的除了產(chǎn)生裂縫所需 的能量及使裂縫擴(kuò)展到整個(gè)試樣所需的能量以外，還要加上使材料發(fā)生永久變形的能量和把 斷裂的試樣碎片拋出去的能量。把斷裂試樣碎片拋出的能量與材料的韌性完全無(wú)關(guān)，但它卻 占據(jù)了所測(cè)總能量中的一部分。試驗(yàn)證明，對(duì)同一跨度的試驗(yàn)，

44、試樣越厚消耗在碎片拋出的 能量越大。所以不同尺寸試樣的試驗(yàn)結(jié)果不好相互比較。但由于擺錘式試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單方便, 所以在高分子材料質(zhì)量控制和篩選等方面使用較多。落球式?jīng)_擊試驗(yàn)是把球或標(biāo)準(zhǔn)的重錘由已知高度落在試棒或試片上，測(cè)定使試棒或試片 剛剛夠破裂所需能量的一種方法。這種方法與擺錘式試驗(yàn)相比表現(xiàn)出與實(shí)地試驗(yàn)有很好的相 關(guān)性。但缺點(diǎn)是如果想把某種材料與其他材料進(jìn)行比較，或者需改變重球質(zhì)量，或者改變落 下高度，十分不方便。評(píng)價(jià)材料的沖擊強(qiáng)度最好的試驗(yàn)方法是高速應(yīng)力一應(yīng)變?cè)囼?yàn)。應(yīng)力一應(yīng)變曲線下方的面 積與使材料破壞所需的能量成正比。如果試驗(yàn)是以相當(dāng)高的速度進(jìn)行，這個(gè)面積就變成與沖 擊強(qiáng)度相等。本實(shí)驗(yàn)使用簡(jiǎn)

45、支梁式擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)方法，它所測(cè)得沖擊實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度數(shù)據(jù)是指試樣破裂時(shí)單 位面積上所消耗的能量。把擺錘從垂直位置掛于機(jī)架的揚(yáng)臂上以后，此時(shí)揚(yáng)角為a （如圖 4-12）,它便獲得了一定的位能，如任其自由落下，則此位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，將試樣沖斷，沖 斷以后，擺錘以剩余能量升到某一高度，升角為/人根據(jù)擺錘沖斷試樣后升角”的大小，即可繪制出讀數(shù)盤(pán)，由讀數(shù)盤(pán)可以直接讀出沖斷試 樣時(shí)所消耗的功的數(shù)值。將此功除以試樣的橫截面積，即為材料的沖擊強(qiáng)度。圖4-12擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)工作原理1 一擺錘；2試樣；3機(jī)架；4一揚(yáng)臂測(cè)定時(shí)的溫度對(duì)沖擊強(qiáng)度有很大影響。溫度越高，分子鏈運(yùn)動(dòng)的松弛過(guò)程進(jìn)行越快，沖 擊強(qiáng)度越高。相反，當(dāng)溫度低

46、于脆化溫度時(shí)，兒乎所有的塑料都會(huì)失去抗沖擊的能力。當(dāng)然, 結(jié)構(gòu)不同的各種聚合物，其沖擊強(qiáng)度對(duì)溫度的依賴(lài)性也各不相同。濕度對(duì)有些塑料的沖擊強(qiáng)度也有很大影響。如尼龍類(lèi)塑料，特別是尼龍6.尼龍66等 在濕度較大時(shí)，其沖擊強(qiáng)度更主要表現(xiàn)為韌性的大大增加，在絕干狀態(tài)下幾乎完全喪失沖擊 韌性。這是因?yàn)樗衷谀猃堉衅鹬鏊軇┖蜐?rùn)滑劑的作用。試樣尺寸和缺口的大小和形狀對(duì)測(cè)試結(jié)果也有影響。用同一種配方，同一種成型條件而 厚度不同的塑料作沖擊試驗(yàn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)不同厚度的試樣在同一跨度上作沖擊試驗(yàn)，以及相同 厚度在不同跨度上試驗(yàn)，其所得的沖擊強(qiáng)度均不相同，且都不能進(jìn)行比較和換算。而只有用 相同厚度的試樣在同一跨度上試驗(yàn)

47、，其結(jié)果才能相互比較，因此在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中規(guī)定了材 料的厚度和跨度。缺口半徑越小，即缺口越尖銳，則應(yīng)力越易集中，沖擊強(qiáng)度就越低。因此, 同一種試樣，加工的缺口尺寸和形狀不同，所測(cè)得沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)也不一樣。這在比佼強(qiáng)度數(shù) 據(jù)時(shí)應(yīng)該注意。三、實(shí)驗(yàn)試樣和儀器設(shè)備1. 試樣試樣可采用帶缺口和無(wú)缺口兩種。采用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為 減小，受沖擊時(shí)，試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊能量都能在這局部的地方被 吸收，從而提高試驗(yàn)的進(jìn)確性。(1) 注塑標(biāo)準(zhǔn)試樣試樣表面應(yīng)平整、無(wú)氣泡、無(wú)裂紋、無(wú)分層和無(wú)明顯雜質(zhì)，缺口試 樣在缺口處應(yīng)無(wú)毛刺。試樣類(lèi)型和尺寸以及相對(duì)應(yīng)的支撐線間距如表47所示

48、；試樣缺口的 類(lèi)型和尺寸如圖413表48所示。優(yōu)選試樣類(lèi)型為1型，優(yōu)選缺口類(lèi)型為a型。表47試樣類(lèi)型、尺寸及對(duì)應(yīng)的支撐線間距(mm)試樣類(lèi)型長(zhǎng)度l寬度b厚度d支撐線 間距l(xiāng)基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差180±210±0.54±0.260250±16±0.24±0.2403120±215±0.510±0.5704125±213±0.513±0.595表48缺口類(lèi)型和制品尺寸(mm)試樣類(lèi)型缺口類(lèi)型缺口剩余厚度缺口底部圓弧半徑r缺口寬度n4基本尺寸極限偏差基本

49、尺寸極限偏差1,2, 3,4a0.25i0.05/b0.8(/1.0+0.05/1,3c2<0.1/2±0.22c3<0.1/0.8±0.1a型缺口試樣b型缺口試樣c型缺口試樣圖413缺口試樣類(lèi)型及尺寸(2) 板材試樣 板材試樣厚度在313mm z間時(shí)取原厚度。大于13mm時(shí)應(yīng)從兩面均 勻地進(jìn)行機(jī)械加工到10±0.5mm。4型試樣的厚度必須加工到13mm。當(dāng)使用非標(biāo)準(zhǔn)厚度試樣時(shí)，缺口深度與試樣厚度尺寸之比也應(yīng)滿(mǎn)足圖413的要求，厚 度小于3mm的試樣不做沖擊實(shí)驗(yàn)。如果受試材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有規(guī)定，可用帶模塑缺口的試樣，模塑缺口試樣和機(jī)械加工缺 口的試樣實(shí)驗(yàn)

50、結(jié)果不能相比。除受試材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定外，每組試樣數(shù)應(yīng)不少于10 個(gè)。各向異性材料應(yīng)從垂直和平行于主軸的方向各切取一組試樣。2. 實(shí)驗(yàn)儀器擺錘式簡(jiǎn)支梁沖擊機(jī)（型號(hào)：tcj-25）o沖擊能量：025j ；試樣跨度：40mm、62mm、70mm> 95mm；試樣寬度：4mm15mm；試樣厚度：3mm-10mm；擺錘沖擊速度：v=3.8 m/s； 預(yù)揚(yáng)角：150。；擺軸中心到試樣中心距離：380mm0四、實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容（1）對(duì)于無(wú)缺口試樣，分別測(cè)定試樣屮部邊緣和試樣端部屮心位置的寬度和厚度，并取 其平均值為試樣的寬度和厚度，準(zhǔn)確至0.02mmo缺口試樣應(yīng)測(cè)量缺口處的剩余厚度，測(cè)量 吋應(yīng)在缺

51、口兩端各測(cè)一次，取其算術(shù)平均值；（2）根據(jù)試樣破壞時(shí)所需的能量選擇擺錘，使消耗的能量在擺錘總能量的10%85%范 圍內(nèi)；（3）調(diào)節(jié)能量刻度盤(pán)指針零點(diǎn)，使它在擺錘處于起始位置時(shí)與主動(dòng)針接觸°進(jìn)行空白實(shí) 驗(yàn)，保證總摩擦損失在規(guī)定的范圍內(nèi)；（4）抬起并鎖住擺錘，把試樣按規(guī)定放置在兩支撐塊上，試樣支撐血緊貼在支撐塊上， 使沖擊刀刃対準(zhǔn)試樣中心，缺口試樣使刀刃對(duì)準(zhǔn)缺口背向的中心位置。沖擊刀刃及支座尺寸 如圖414所示；（5）平穩(wěn)釋放擺錘，從刻度盤(pán)上讀取試樣破壞時(shí)所吸收的沖擊能量值。試樣無(wú)破壞的， 吸收的能量應(yīng)不作取值，實(shí)驗(yàn)記錄為不破壞；試樣完全破壞或部分破壞的可以取值；（6）如果同種材料在實(shí)驗(yàn)

52、中觀察到一種以上的破壞類(lèi)型吋，須在報(bào)告中標(biāo)明每種破壞類(lèi) 型的平均沖擊值和試樣破壞的百分?jǐn)?shù)。不同破壞類(lèi)型的結(jié)果不能進(jìn)行比較。圖4-14標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊刀刃和支座尺寸五、數(shù)據(jù)處理（1）無(wú)缺口試樣簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度a （kj/m2）a = x103bd式屮a試樣吸收的沖擊能量值，j；b試樣寬度，mm；d試樣厚度，mm。（2）缺口試樣簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度ak （kj/m2）式屮ak試樣吸收的沖擊能量值，j;b試樣寬度，mm；dk缺口試樣缺口處剩余厚度，mm。(3) 標(biāo)準(zhǔn)偏差ss.jlhv n-1式中x單個(gè)試樣測(cè)定值；x一組測(cè)定值的算術(shù)平均值；n測(cè)定值個(gè)數(shù)。六、思考題1. 如果試樣上的缺口是機(jī)械加工而成，加工缺口過(guò)

53、程中，哪些因素會(huì)影響測(cè)定結(jié)果?2. 為什么不同厚度的試樣測(cè)111的沖擊強(qiáng)度值不能相互比較？3. 討論缺口試樣上的缺口起什么作用？4. 討論影響沖擊強(qiáng)度的因素。實(shí)驗(yàn)五 塑料拉伸強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解高分子材料拉伸性能測(cè)試測(cè)試原理和標(biāo)準(zhǔn)條件；2. 掌握測(cè)定聚合物拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和應(yīng)力應(yīng)變曲線的測(cè)定方法；3. 考察拉伸速度等因素對(duì)聚合物拉伸性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理拉伸實(shí)驗(yàn)是最基本、用途最廣泛的一種材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)。其基本過(guò)程是在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、 試驗(yàn)速度和濕度條件下，対標(biāo)準(zhǔn)試樣沿其縱軸方向施加拉伸載荷，直到試樣被拉斷為止，由 此來(lái)測(cè)量試樣所能承受的最大載荷及相應(yīng)的形變。聚合

54、物的應(yīng)力應(yīng)變曲線提供力學(xué)行為的許多重要線索及表征參數(shù)（楊氏模暈、屈服應(yīng) 力、屈服伸長(zhǎng)率、破壞應(yīng)力、極限伸長(zhǎng)率、斷裂能等）以評(píng)價(jià)材料抵抗載荷，抵抗變形和吸 收能量的性質(zhì)優(yōu)劣；從寬廣的試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)速度范圍內(nèi)測(cè)得的應(yīng)力應(yīng)變曲線有助于判斷 聚合物材料的強(qiáng)弱、軟硬、韌脆和粗略佔(zhàn)算聚合物所處的狀況與拉伸取向、結(jié)晶過(guò)程，并為 設(shè)計(jì)和應(yīng)用部門(mén)選用最佳材料提供科學(xué)依據(jù)。相關(guān)參數(shù)含義如下：拉伸強(qiáng)度：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程屮，試樣的有效部分原始橫截面單位面積所承受最大負(fù)荷。斷裂伸長(zhǎng)率：由拉伸負(fù)荷使試樣有效部分標(biāo)線間距離的增量與原始標(biāo)距之比（百分率）。 應(yīng)力應(yīng)變曲線：以拉伸應(yīng)力為縱坐標(biāo)所得到的拉伸特性曲線稱(chēng)為應(yīng)力應(yīng)變曲線。它往

55、 往是通過(guò)拉力機(jī)在一定的拉伸速度下自動(dòng)記錄拉伸負(fù)荷一形變曲線，經(jīng)變換而得。聚合物的拉仲性能可通過(guò)其應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)分析，典型的聚合物拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如 圖417所示。圖417典型的聚合物拉伸應(yīng)力一應(yīng)變曲線在應(yīng)力應(yīng)變曲線上，以屈服點(diǎn)為界劃分為兩個(gè)區(qū)域。屈服點(diǎn)之前是彈性區(qū)，即除去應(yīng) 力后材料能恢復(fù)原狀，并在大部分該區(qū)域內(nèi)符合虎克定律。屈服點(diǎn)之后是塑性區(qū)，即材料產(chǎn) 生永久性變形，不再恢復(fù)原狀。根據(jù)拉仲過(guò)程中屈服點(diǎn)的表現(xiàn)，仲長(zhǎng)率的大小以及其斷裂情 況，應(yīng)力應(yīng)變曲線大致可分為如圖418所示的五種類(lèi)型：軟而弱；硬而脆；硬而強(qiáng); 軟而強(qiáng)；硬而韌。本實(shí)驗(yàn)在不同應(yīng)變速度下測(cè)定聚丙烯啞鈴型樣條的應(yīng)力應(yīng)變曲線。將已知長(zhǎng)度和橫截面積的樣品，夾在兩個(gè)夾具之間，以恒速拉伸至斷裂，測(cè)定應(yīng)力隨伸 長(zhǎng)的變化。分析在不同應(yīng)變