塑料的组成与性能

塑料的组成与性能1实验原理塑料是由树脂与各种助剂组成的，树脂是塑料的主要成分，决定了制品的基本性能。而助剂是为使制品具有某种特性（改善成型工艺性能，改善制品的使用性能或降低成本）而加入的一些物质，当塑料所含助剂的类型与数量不同时其性质有所不同。本实验通过改变塑料所加助剂的类型与数量来改变其成型工艺性能与制品的使用性能。2实验内容1.改性塑料粒料的制备；2.塑料试样的制备；3.塑料试样力学性能的测试；4.塑料流动速率的测试。3实验设备及原料设备：CTE20同向双螺配混杆挤出机及辅机、=3\*ROMANIII-130F2V精密注塑成型机及辅机（附件）、样件注射模两副、烘箱、熔体流动速率及附件、电子称、力学性能试验机。塑料原料：聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯等。助剂：无碱连续玻璃纤维、秸秆纤维、偶联剂（硅烷偶联剂KH-550、酞酸酯偶联剂）、发泡剂、润滑剂、稳定剂、脱模剂等。4实验步骤4.1改性塑料粒料的制备=1\*GB2⑴根据需改性的塑料原料的工艺特性，查阅相关资料确定其配方及成型工艺条件；=2\*GB2⑵按确定的配方利用高速混合机对原料进行初混；=3\*GB2⑶接通挤出机总电源，设定料筒各段温度，当温度到达设定值后恒温20~30分钟；=4\*GB2⑷打开冷却水开关，启动冷却水泵；=5\*GB2⑸调节挤出螺杆与加料螺杆的转速为零，启动挤出螺杆，逐渐调节螺杆转速，启动喂料螺杆，逐渐增大其转速；=6\*GB2⑹当挤出口模处有熔体挤出后，将料条引入水（空气）中冷却，然后喂入切粒机，调整切粒速度，制得4毫米长的粒料；=7\*GB2⑺待料量达到所需量时，用LDPE清洗料筒与口模；=8\*GB2⑻停机先将喂料螺杆转速调至零，待口模无熔体挤出时，将挤出机螺杆转速调至零，依次关闭水泵、总电源、冷却水开关；=9\*GB2⑼将制得的改性塑料粒料放入干燥箱中干燥，干燥条件视具体情况而定（如玻璃纤维增强聚丙烯时：温度80℃，时间2~5小时，料层厚度4毫米）。4.2各种试样的制备=1\*GB2⑴根据改性材料的工艺性能特点初步拟定注塑实验的工艺条件；=2\*GB2⑵接通电源，调整注塑机温度控制仪表实验操作值，接通加热开关，当温度达到实验值时再恒温20~30分钟；=3\*GB2⑶将改性粒料加入料斗，用手动方式实施预塑，用慢速进行对空注射，观察从喷嘴射出的塑料，若料条光滑明亮、无变色、无银丝与气泡、说明原料质量及预塑条件适宜，方可成型试验；=4\*GB2⑷用半自动方式和调节恰当的成型工艺条件注射成型5个以上的试样，并作标记；=5\*GB2⑸用同样的工艺条件，使用对比粒料制得5个以上的试样，并作标记。4.3试样力学性能的测定4.3.1简支梁冲击实验=1\*GB2⑴试样的尺寸测试对于无缺口试样，分别测量试样中部边缘和试样中部中心位置的厚度和宽度，并取其平均值为试样的厚度和宽度。准确至0.02㎜。缺口试样应测量缺口处的剩余厚度，测量时应在缺口两端各测一次，取其算术平均值。=2\*GB2⑵冲击摆的选择与量程的确定根据试样破坏时所需的能量选择摆锤，使消耗的能量在摆锤总能量的10％～85％范围内。若符合这一能量范围的不止一个摆锤时，应该用最大能量的摆锤。=3\*GB2⑶试样的安装抬起并锁住摆锤，把试样按规定放置在两支撑块上，试样支撑面紧贴在支撑块上，使冲击刀刃对准试样中心，缺口试样刀刃对准缺口背向的中心位置。=4\*GB2⑷实验的操作步骤调节能量度盘指针零点，使它在摆锤处于起始位置时与主动针接触。进行空白实验，保证总摩擦损失不超过表3—10的数值。平稳释放摆锤，从刻度盘上读取试样吸收的冲击能量。试样无破坏的冲击值应不作取值，试验记录为不破坏或NB。试样完全破坏或部分破坏的可以取值。如果同种材料可以观察到一种以上的破坏类型，须在报告中标明每种破坏类型的平均冲击值和试样破坏的百分数。不同破坏类型的结果不能进行比较。计算5个试样实验结果的算术平均值、标准偏差。全部计算结果以两位有效数字表示。=5\*GB2⑸试验结果计算和表示=1\*GB3①无缺口试样简支梁冲击强度()式中A――试样吸收的冲击能量，J；b――试样宽度，mm；d――试样厚度，mm.。=2\*GB3②缺口试样简支梁冲击强度式中――缺口试样吸收的冲击能量，J；b――试样宽度，mm；d――试样厚度，mm。=3\*GB3③标准偏差S式中X——单个测定值；――组测定值的算术平均值；n――测定值个数。4.3.2悬臂梁冲击实验=1\*GB2⑴试样的尺寸测试对于无缺口试样，分别测量试样中部边缘和试样中部中心位置的厚度和宽度，并取其平均值为试样的厚度和宽度。准确至0.02㎜。缺口试样应测量缺口处的剩余厚度，测量时应在缺口两端各测一次，取其算术平均值。=2\*GB2⑵冲击摆的选择与量程的确定根据试样的冲击韧性，选用适当能量的冲击摆，并使试样所吸收的能量在冲击摆锤总能量的10%—80%范围内。试验前，在不知试样冲击强度的条件下，应选择最大冲击能量的冲击摆做冲击试验，然后根据液晶显示屏的提示选择适当的量程和对应的冲击摆锤。=3\*GB2⑶试样的安装据试样类型选择相应的固定钳口，装卡试样时，将试样置于固定钳口中间，转动手轮带动活动钳口靠上试样时，向试样V型槽内将对中样板推紧，试样两侧与对中样板V型槽靠紧后，将试样夹紧并退回对中样板。=4\*GB2⑷实验的操作步骤 冲击摆能量确定后，按“复位”键使系统回到初始状态，显示屏上出现“欢迎使用金建产品请稍候”的字样，过1秒钟左右显示屏出现冲击试样屏显。按“校正”键切换到校正屏显，安装好冲击摆，选择量程后，先把摆锤放在最低位置，摆锤静止同时屏幕右下角显示字母“T”后，按一下“校正”键进行清零，然后把摆锤放在冲击摆定位机构上，再次按一下“校正”键启动放摆功能后按下“校正”键，进行空冲试验来测定摩擦损失功（重复进行以上操作，进行三次空冲试验，显示屏上显示本次空冲的能量损失）。三次空冲完后符合标准要求则可进行试验，此时按“冲击”键切换到冲击试样屏显。 在每次冲击试样前也要进行清零操作。具体操作如下：把摆锤放在最低位置，摆锤静止同时屏幕右下角显示字母“T”后，按一下“冲击”键进行清零，然后安放试样，把摆锤放在冲击摆定位机构上，再按一次“冲击”键启动放摆功能后按下“冲击”键进行放摆冲击试样，当冲击摆冲断试样回摆的瞬间，屏幕将显示本试样的冲击吸收的能量值。 如果一组试样已试验完毕，请按“复位”键使系统复位，屏上再次显示“欢迎使用金建产品请稍候”的信息后，按以上程序操作即可继续试验。=5\*GB2⑸中文显示时操作示例 =1\*GB3①接通仪器电源，液晶显示屏上会显示出如下信息：欢迎使用金建产品请稍候......=2\*GB3②接着屏幕显示如下信息：满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01=3\*GB3③若要进行摩擦损失校正，按下“校正”键调出校正屏显，把摆锤放在最低位置静止时，右下角显示“T”，其显示如下：满量程：2.75J本次能损：0.000J满量程：2.75J本次能损：0.000J前次能损：0.019J空击次数1T满量程：2.75J本次能损：0.000J前次能损：0.019J空击次数1说明摆锤已停止摆动，此时按下“校正”键，清除“满量程：2.75J本次能损：0.000J前次能损：0.019J空击次数1把摆锤放在放摆机构上之后，再次按下“校正”键启动放摆功能后，按“校正”键进行放摆空冲。摆锤第二次回摆后将显示损失能量。其显示如下：满量程：2.75J满量程：2.75J本次能损：X.XXXJ前次能损：0.019J空击次数1在空冲一次和二次时，本次能损部分显示的是本次测得的摩擦损失能量，第三次空冲本次能损部分显示的是三次空冲损失能量的平均值。 =4\*GB3④当仪器工作正常，不需进行擦损失测量时，可直接进行冲击试样试验，在冲击试样时也要进行清零操作，即把摆锤放在最低位置静止时，屏幕右下角显示“T”，其屏显如下：满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01T按下“冲击”键，其屏幕右下角的显示的“T”消失，说明此时清零功能启动，屏显如下：满量程：2.75J吸收能量：0.000J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01把摆锤轻轻抬起，安装试样，根据标准要求对中，把摆锤放在放摆机构上，再按一次“冲击”键，启动放摆功能，然后按“冲击”键进行放摆，随着摆锤冲断试样后，摆锤到达最高位置回摆时屏幕显示吸收能量值，显示如下：满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：X.XXXJ试样序号01记录下试验结果。 若吸收能量小于摆锤满量程的10%，则系统提示：本次冲击无效本次冲击无效请换小能量摆锤 若吸收能量大于摆锤满量程的80%，则系统提示：本次冲击无效本次冲击无效请换大能量摆锤提示后2秒钟显示：满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01接着按上述步骤操作即可，随着冲击有效试样的增加，其试样序号增加。 =5\*GB3⑤若进行了摩擦校正操作，则第三次校正后的屏显为：满量程：2.75J满量程：2.75J本次能损：X.XXXJ前次能损：0.019J空击次数3 若测得的损失能量符合标准要求，则可进行冲击试样试验。可按“冲击”键屏显切换到冲击屏同时把摩擦损失能量进行了保存，屏显如下：满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01即把摆锤放在最低位置静止时，同时屏显右下角显示“T”，此时按“冲击”键，清除“T”，然后把摆锤轻轻的抬起，安装试样，根据标准要求对中，把摆锤放在放摆机构上，再按一次“冲击”键，启动放摆功能，然后按“冲击”键进行放摆，随着摆锤冲断试样后，摆锤到达最高位置回摆，显示吸收能量值，显示如下满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：X.XXXJ试样序号01记录下试验结果。若吸收能量小于摆锤满量程的10%，则系统提示：本次冲击无效本次冲击无效请换小能量摆锤 若吸收能量大于摆锤满量程的80%，则系统提示：本次冲击无效本次冲击无效请换大能量摆锤提示后2秒钟显示：满量程：2.75J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01 “校正”和“冲击”按下的清零功能才有效。并且清零的位置不在最低位置而是摆锤放在放摆机构上时，操作人员发现后可按“确认”键取消清零后按正常操作进行，若操作人员未发现清零位置错误，而进行了冲击试验，则屏幕将提示如下信息：清零位置错误请继续试验满量程：2.75J吸收能量：0.000J满量程：2.75J吸收能量：0.000J试样序号01=6\*GB3⑥若进行三次的摩擦损失能量值不符合要求，应仔细考虑并找出引起过大摩擦损失的原因并按要求对仪器进行校正后再进行摩擦损失时能量测量。注：以下冲击试样的屏显同上类似，只是试样序号随冲击试样有效次数而改变。若一组试样试验完后可按“确认”键查看这组试样的实验数据（可循环查看）。=6\*GB2⑹试验结果计算和表示无缺口试样冲击强度a（KJ/m2）：按下式计算a=式中：E—试样吸收的冲击能量，J；b—试样宽度，mm；d—试样厚度，mm。缺口试样的冲击强度（KJ/m2）按下式计算：=式中：EK—缺口试样吸收的冲击能量，J；d—缺口试样厚度，mm；—缺口试样缺口处剩余宽度，mm。4.3.3拉伸实验=1\*GB2⑴试样的尺寸测试 测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确至0.02mm； 在试样中间平行部分做标线示明标距，此标线对测试结果不应有影响。=2\*GB2⑵量程的确定 实验示值应在每级表盘满刻度的10％～90％之间，不得小于试验机最大载荷的4％读取，示值的误差应在1％之内。电子拉力试验机按有关规定执行。=3\*GB2⑶试样的安装 夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱或断在夹具内。=4\*GB2⑷实验的操作步骤 选定合适的试验速度，进行试验. 记录屈服时的负荷，或断裂负荷及标距间伸长，若试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做。=5\*GB2⑸试验结果计算和表示 拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力 式中――抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服应力，Mpa； ――最大负荷或断裂负荷或屈服负荷，N；――试样宽度，mm；――试样厚度，mm。 断裂深长率 式中――断裂深长率，％； ――试样原始标距，mm， 试样断裂时标线间距离，mm。 标准偏差值S 式中――标准偏差值； ――单个测定值； ―一组测定值的算术平均值； ――测定个数。 计算结果以算术平均值表示，取三位有效数值，取两位有效数值，S取两位有效数值。4.4塑料流动速率的测定4.4.1工作原理 熔体流动速率是指热塑性塑料在一定温度和负荷下，熔体每10min通过标准口模的质量，用MFR表示，以及每10min通过标准口模的体积，用MVR表示，其数值可以表征热塑性塑料在熔融状态时的粘性特性。4.4.2试验准=1\*GB2⑴试验准备：在进行试验之前，为使测量结果准确，要按产品标准准备好试样（有的试样需进行提前处理），待仪器显示到规定的温度后，把准备好的试样加入料桶内。 试样形式:颗粒、粉料、小块、薄片等形状。 根据试样的预计流动速率按表1称取试样。表1试样加入量与切样时间间隔流动速率试样加入量切样时间间隔g/10mingS0.1~0.5>0.5~1.0>1.0~3.5>3.5~10>10~253~54~64~64~84~824012060305~15 注释：易氧化降解的试样，在装料，需用氮气吹扫料筒。 当材料密度大于1.0g/cm³时，可能需增加试样量。 注意：在做实验之前可在刮刀上涂抹一些石蜡或脱模剂，以免熔融的料粘在刮刀上。=2\*GB2⑵准备备用品： 隔热手套一副、口模清理棒、漏斗、加料顶杆、擦拭活塞、口模、料筒用的纱布或软布（最好是棉布）、将一条宽约50mm左右的纱布从清洗杆头部起，螺旋形缠绕在清洗杆上，缠绕后的清洗杆直径应能插入料筒内且松紧适宜。4.2.3试验步骤本仪器可进行自动操作方式试验和手动操作方式试验，下面分别对质量法试验操作方式进行介绍。按屏幕上方的“MFR”按钮切换到质量方法操作界面，质量方法操作界面如下图所示：空闲时间00:00:07MVREnglish恒温温度：190.0℃时间间隔：60.0s测量次数：4试验负荷：5.000kg开始/停止恒温温度测量次数间隔试验负荷计量当前温度：30.2℃开始控温设置运行时间:00:00:00完成次数：0切断测量切段质量：0.000g质量MFR0.000g/10min打印查看=1\*GB2⑴试验参数设定 进行恒温温度、测量次数、位移间隔和试验负荷等参数设定，具体操作是按相应的设定按钮，屏幕出现数值输入对话框，输入试验相应的参数值即可。也可按“设置”按钮进入到设定界面进行参数设定和实验操作方式的选择。 输入时可按屏幕提示进行操作（恒温温度精确到0.1℃，时间间隔精确到0.1s，切料次数设成整数，试验负荷精确到0.001kg，如果参数不变可不进行输入）。 注意：在不知道试样流动速率的试验中，起初设定的次数和间隔在试验中不满足要求。可以停止测量进行参数设定。如果温度不变可在控温的情况下设定测量次数、位移间隔和试验负荷，此时正在控温，如要改变温度，则应该停止控温，再进行设定温度，否则设定温度将不起作用。在参数设定的过程中，温度最大值设定450℃，超过此值系统默认为450℃；次数最大设定20次，超出默认20次；时间间隔不能大于36000秒，超出此值系统默认36000秒；试验负荷最大设定30.000kg,超出默认30.000kg，可根据实际重新设定。=2\*GB2⑵进行控温操作 按“开始控温”按钮系统开始控温，同时计时部分将显示控温时间，屏幕左下角信息栏提示：“系统正在进行恒温控制”。若在控温期间可按“停止控温”按钮停止控温，但屏幕仍显示即时温度，屏幕左上角出现“空闲”字样，系统控温一段时间，炉筒温度恒定后，在采样温度到达恒温温度0.5之间4分钟后，屏幕左上角出现“恒温时间”的字样并显示恒温计时，此时蜂鸣器发出提示信号，恒温15分钟后可加料试验。=3\*GB2⑶加料操作 把料加入料筒后用压料顶杆压实，把活塞杆重新放入料筒中。=4\*GB2⑷测量操作：A手动操作方式试验：加料后按“开始/停止”按钮启动定时器倒计时，当定时器设定时间到达后，系统将给出蜂鸣提示，此时可加调节砝码，调节砝码加载到基础砝码上后，进行预压，预压后按“切断”按钮切除挤出物，当活塞杆的下刻线与导向套基本平齐时，按“测量”按钮系统开始测量，在测量过程中，除此测量“停止”按钮可进行操作外，其他按钮不能进行操作，在测量过程中界面上将显示计时、次数。当测量完后，拿下可调节砝码。B自动操作方式试验：加料后按“测量”按钮启动自动试验，并且启动定时器倒计时，当定时器设定时间到达后，系统将给出蜂鸣提示，此时可加调节砝码，可调节砝码加载到基础砝码上后，进行预压，预压后按“切断”按钮切除挤出物，当活塞杆的下刻线与导向套基本平齐时，系统开始自动测量，在测量过程中，除此测量“停止”按钮可进行操作外，其他按钮不能进行操作，在测量过程中界面上将显示计时、次数。当测量完后，拿下可调节砝码。=5\*GB2⑸仪器清洗 每次试验完成后，对仪器的及时清洗是十分必要的。=1\*GB3①活塞清洗：由于熔融料的粘附，活塞在直接提起的时候，阻力可能很大，此时可一边顺时针转动基础砝码，一边渐渐向上提起。 注意：不能逆时针转动，否则，活塞会与砝码盖脱开，料筒因基础砝码逆时针转动而松动，在提起活塞时，可能会将料筒一并提出炉膛，给后续清洗工作造成很大的麻烦。=2\*GB3②口模的清洗：把炉体外手柄向左拉出，用加料顶杆把口模从熔体下方顶出，同时，带着隔热手套在炉体下方接住口模。迅速用口模清理棒将口模孔内残余热料顶出，然后用纱布或软布把口模外表面擦拭干净。=3\*GB3③料筒清洗：用缠绕带纱布的清洗杆插入料筒内迅速上下擦拭，到干净为止。 注意：清洗和实验操作中应带隔热手套，以免烫伤。上述操作都要趁热进行，对一些难清洗的试样可适当加些润滑物（如硅油、石蜡或其他化学试剂）辅助清洗。禁止使用可能损坏活塞、料筒或口模表面的磨料或材料。=6\*GB2⑹试验结果处理 样条冷却后，置于天平上，分别称重。取质量平均值。若所切样条的重量最大值和最小值之差超过其平均值的15%，则试验重做。取质量平均值，按“质量”按钮输入到系统中，则显示本次试验的平均质量流动速率。=7\*GB2⑺数据处理 每段试样熔体质量流动速率应按下式计算： MFR（θ,m(nom)）=t(ref)×m/t式中：θ——试验温度，℃；m(nom)——标称负荷，kg;m——切断的平均质量，g;t(ref)——参比时间（10min）,s(600s);t——切段的时间间隔，s;MFR——熔体流动速率，g/10min。试验结果取两位有效数字。注意：如果试样流动速率高于10g/min，则预热时试样会有较大损失，在这种情况下预热可以不加砝码或加较小的砝码，在4min预热结束后加上所需砝码。5附录表2热塑性材料的试验条件材料条件（字母代号）试验温度θ，℃标称负荷（组合）Mmon,kgPSH2005.00PED1902.16PEE1900.325PEG1902.16PET1905.00PPM2302.16ABSU22010.00PS-1H2205.00E/VACB1502.16E/VACD1902.16E/VACZ1250.325SANU22010.00ASA、ACS、AESU22010.00PCW3001.20