高分子材料加工工藝實驗講義（精品）

1、林業(yè)生物質(zhì)材料工程實驗教學(xué)中心 天然高分子材料實驗室林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝實驗淀粉基熱塑性塑料母料的制備生物降解塑料母料流動速率的測定淀粉基熱塑性塑料的注射成型工藝實驗熱固性塑料模壓成型工藝實驗天然橡膠的加工成型熱塑性塑料的中空吹塑成型工藝實驗增容木粉/LDPE復(fù)合材料的制備與性能測試林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝實驗實驗一 淀粉基熱塑性塑料母料的制備實驗?zāi)康?母料配方和實驗原理 原料及主要設(shè)備實驗內(nèi)容和步驟 實驗步驟 結(jié)果與討論 結(jié)果與討論母料配方和實驗原理 原料及主要設(shè)備實驗內(nèi)容 數(shù)據(jù)處理 安全注意事項 掌握淀粉基熱塑性塑料母料的制備原理和方法；了解擠出機的工作特性，以及擠出成型工藝對

2、擠出物質(zhì)量的影響；掌握制備母料的操作過程；掌握幾種重要助劑的不同添加量對淀粉基熱塑性塑料母料性能的影響。實驗?zāi)康?玉米淀粉（100目 ）： 100LDPE： 80120偶聯(lián)劑： 0.21.4分散劑：氧化聚乙烯 8油酸乙酯： 1聚己內(nèi)酯（PLC）： 210聚乙烯蠟： 1母料配方 玉米淀粉改性 在玉米淀粉中加入偶聯(lián)劑后，淀粉上的羥基與其發(fā)生了絡(luò)合作用，使其親水性向疏水性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，淀粉分子間的氫鍵被破壞，對玉米淀粉/LDPE進行混煉，非極性長鏈烷基R就能溶入到PE鏈中，使淀粉相和PE相有機地聯(lián)系起來。實驗原理機械塑化原理 高速混合機用于高分子材料的混色、配料、填料表面處理及共混材料的預(yù)混時，物料受到

3、高速攪拌，使物料顆粒之間產(chǎn)生較高的剪切作用和熱量，不僅使物料混合均勻，還可使塑料部分塑化。 雙螺桿擠出造粒的原理主要就是采用雙螺桿的攪拌，利用剪切、塑化、摩擦生熱達到對材料塑化、混合和分散的作用，通過機頭擠出，再經(jīng)牽引，在拉力作用下使制品連續(xù)地前進，最后切割造粒。原料：見母料配方原料與主要設(shè)備主要設(shè)備高速混合機雙螺桿擠出機1、玉米淀粉的表面處理。2、粉料的配制與初混合。3、雙螺桿擠出造粒（做實驗二的原料）。實驗內(nèi)容在120烘箱中干燥玉米淀粉4h;用偶聯(lián)劑處理玉米淀粉 將LDPE和用偶聯(lián)劑處理好的玉米淀粉、分散劑、油酸乙酯、聚己內(nèi)酯、聚乙烯蠟按照一定比例依次投入到高速混合機中，捏合58min;擠

4、出造粒 實驗步驟及過程雙螺桿擠出機操作規(guī)程開機前檢查設(shè)備預(yù)熱升溫 根據(jù)材料確定加工工藝溫度，當(dāng)各段溫度達到設(shè)定值后，繼續(xù)恒溫30min。啟動潤滑油泵，打開冷卻水開關(guān)用手轉(zhuǎn)動電機聯(lián)軸器，檢查螺桿轉(zhuǎn)動情況 經(jīng)手動檢查后，將主機轉(zhuǎn)速設(shè)為0，啟動主電機，逐漸升高主螺桿轉(zhuǎn)速，檢查主機是否穩(wěn)定。待主機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，開啟軟水循環(huán)系統(tǒng)水泵進行各段的溫度調(diào)節(jié)預(yù)啟動筒體冷卻系統(tǒng)及潤滑油冷卻水循環(huán)系統(tǒng)將水槽加滿水并保持循環(huán)開啟風(fēng)機和切粒機，調(diào)節(jié)切粒機轉(zhuǎn)速，使之與主機出條相匹配待主機穩(wěn)定運行后，先打開真空泵進水閥，調(diào)整工作水量，啟動真空泵擠出造粒時，仔細觀察擠出物外觀情況，再進行參數(shù)調(diào)整原料規(guī)格及產(chǎn)地擠出機工藝條件 機

5、頭溫度： _ 熔體溫度： _ 料筒溫度： _ 一區(qū)_ 二區(qū)_ 三區(qū)_ 四區(qū)_ 五區(qū)_ 熔體壓力：一區(qū)_MPa 主機轉(zhuǎn)速：_RPM 喂料轉(zhuǎn)速：_RPM 電流：主機_A；喂料_A數(shù)據(jù)處理配方中各組分的作用是什么？雙螺桿有同向、異向轉(zhuǎn)動之分，用于共混造粒，應(yīng)選擇哪種雙螺桿擠出機，為什么？結(jié)果與討論高速混合機運行中嚴(yán)禁打開蓋；高速混合機的加料應(yīng)在開動攪拌后進行；嚴(yán)格按照操作規(guī)程確定操作順序；擠出機高溫，注意嚴(yán)禁手觸，避免燙傷；經(jīng)常注意擠出機電機的電流指示，避免因為阻力過大造成對設(shè)備的損壞；嚴(yán)禁將手伸進切粒機。安全注意事項林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝實驗實驗二 生物降解塑料流動速率的測定實驗?zāi)康?實驗原

6、理 原料及主要設(shè)備實驗內(nèi)容 數(shù)據(jù)處理 結(jié)果與討論 注意事項 實驗步驟 了解熔體流動速率儀的基本原理，熟練掌握其操作方法、應(yīng)用范圍及注意事項；掌握流動速率的計算方法；比較實驗一在不同配方條件下制備的各種母料的MI值。實驗?zāi)康?大部分聚合物都是利用其粘流態(tài)下的流動行為進行加工成型。因此，必須在聚合物流動溫度Tf 以上下才能進行加工，應(yīng)根據(jù)Tf 以上粘稠聚合物的流動行為來確定加工溫度，如果聚合物的流動性能好，加工時可選擇略高于流動溫度，所施加的壓力也可小一些；相反，則需要溫度適當(dāng)高一些，施加的壓力也要大一些，以便改善聚合物的流動性能。實驗原理 熔融指數(shù)（MI）是熱塑性塑料在一定溫度、壓力下，熔體在1

7、0 min內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)毛細管理體制的重量值，以（g/10min）來表示，是衡量聚合物流動性能好壞的指標(biāo)。一般來說，MI小，分子量大，則聚合物的斷裂強度、硬度等性能都有所提高；MI大，分子量小，加工時流動性就好一些。1、不同組使用“實驗一”中制備的不同配方淀粉基熱塑性塑料母料作為原料，測試其熔融指數(shù)，考察偶聯(lián)劑不同用量對淀粉基熱塑性塑料母料熔融指數(shù)的影響。2、選定一種配方的淀粉基熱塑性塑料母料作為原料，溫度不變，改變負(fù)荷，測試其熔融指數(shù)，考察淀粉基熱塑性塑料母料熔體流動性與剪切應(yīng)力的關(guān)系。實驗內(nèi)容原料：淀粉基熱塑性塑料母料原料與主要設(shè)備主要設(shè)備熔融指數(shù)儀試樣準(zhǔn)備 取實驗一所制備的母料于紅外烘箱中進

8、行干燥。根據(jù)MI大小決定所用試樣量 測試條件的選擇 溫度、負(fù)荷的選擇 切取時間的選擇 實驗步驟測試步驟 閱讀儀器使用說明書 接通熔融指數(shù)儀的電源 設(shè)定各實驗參數(shù) 料筒預(yù)熱 裝料預(yù)熱試樣68 min 后，加載負(fù)荷，切去 料頭約15 cm 切取試樣 實驗結(jié)束后，清洗毛細管和壓料桿 做好實驗掃尾工作數(shù)據(jù)處理試樣名稱： 測試條件：負(fù)荷重量： 切割段所需時間：改變溫度和剪切應(yīng)力對不同聚合物的熔體粘度有何影響？聚合物的MI與其分子量有何關(guān)系？為什么MI不能在結(jié)構(gòu)不同的聚合物之間進行比較？為什么要切取5個切段？是否可以直接切取10 min 流出的重量做為其MI？結(jié)果與討論裝料、按導(dǎo)套和壓料都要迅速，否則物料

9、全熔之后難以排除氣泡； 整個取樣式及切割過程要在壓料桿刻線以下進行，要求在試樣加入料筒后20 min 內(nèi)切割完；整個體系溫度要求均勻，在試樣切取過程 中，要盡量避免爐溫波動。注意事項實驗三 淀粉基熱塑性塑料的注射成型工藝實驗實驗?zāi)康?實驗原理 原料及主要設(shè)備實驗內(nèi)容和步驟 實驗記錄與計算 結(jié)果與討論 安全注意事項 林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝了解注塑成型過程和成型工藝條件；掌握注塑成型工藝參數(shù)的確定以及它們對制品結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響；掌握注塑機模具的結(jié)構(gòu)、正確操作注塑機，掌握制作標(biāo)準(zhǔn)測試樣條的方法。實驗?zāi)康?注塑成型是熱塑性塑料成型制品的一種重要方法，塑料在注塑機料筒中經(jīng)外部加熱及螺桿對物料和物料之

10、間的摩擦升熱使塑料熔化呈流動狀態(tài)后，在螺桿的高壓、高速作用推動下，塑料熔體通過噴嘴注入溫度較低的封閉模具型腔中，經(jīng)冷卻定型成為所需制品。實驗原理 注塑成型工藝過程 :注塑過程成型前的準(zhǔn)備制件的后處理原料 淀粉基熱塑性塑料母料、LDPE、色母粒主要設(shè)備 原料及主要設(shè)備注射成型機實驗內(nèi)容和步驟 實驗內(nèi)容 1、不同熔體溫度、模溫、注射壓力下的注塑制品 （1）固定注射壓力、模溫等其他條件，改變?nèi)垠w溫度的模制制品；（2）固定熔體溫度、模溫等其他條件，改變注射壓力的模制制品；（3）固定熔體溫度、注射壓力等其他條件，改變模溫的模制制品； 2、測定制品收縮率 實驗步驟 根據(jù)操作規(guī)程做好注塑機開車前的檢查和準(zhǔn)備

11、工作； 安裝調(diào)試模具； 設(shè)定各種參數(shù)； 判斷料筒溫度和噴嘴溫度是否合適； 選擇手動、半自動或全自動操作模式； 測制品收縮率； 記錄成型的參數(shù) 。原料規(guī)格及產(chǎn)地注塑機模制制品的條件料筒（或熔體溫度）實驗記錄與計算 注射壓力模溫：_注射時間：_s；保壓時間：_s；冷卻時間：_s螺桿前進速度：_mm/s加料量：_g 測定收縮率： 式中: l1-模腔長度，/mm l2-在室溫下放置24h后樣品的長度，/mm注射行程收縮率測試表注塑成型工藝條件如何確定？制品形態(tài)與制品性能之間有何關(guān)系？用注射充模流動過程討論制品結(jié)構(gòu)形態(tài)的形成注塑成型制品常見缺陷如何解決？平行于分流道方向和垂直于分流道方向的收縮率有何不同

12、，為什么？ 結(jié)果與討論 未經(jīng)實驗室工作人員的同意，不得操作注塑機；未經(jīng)實驗室工作人員的允許，不得任意調(diào)整注塑機儀表上的閥門或開關(guān)；嚴(yán)禁硬金屬工具接觸模具型腔；設(shè)備運行過程中一定要關(guān)好安全門；在閉合動模、定模時務(wù)必保證模具方位的整體一致性，以防損傷模具；模具定位螺栓、壓板、墊鐵應(yīng)該牢靠適宜；嚴(yán)禁料筒溫度未達到設(shè)定值時啟動電機進行予塑或注射等動作；主機運行時嚴(yán)禁手臂及工具等硬物進入料斗；噴嘴阻塞時切忌增壓清除阻塞物；嚴(yán)防隨意接觸有關(guān)控制面板觸式按鈕或電器開關(guān)，使機器誤動，造成設(shè)備或人身傷害事故。安全注意事項 林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝實驗四 熱固性塑料模壓成型工藝實驗 實驗?zāi)康?實驗原理 實驗原

13、料及設(shè)備實驗步驟 實驗記錄 思考題 注意事項 明確熱固性塑料加工成型的基本原理；掌握酚醛模塑粉的配方、加工和模壓成型原理；了解擬定工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能的影響；了解平板硫化機的基本結(jié)構(gòu)和運行原理，正確掌握模壓成型操作基本方法。實驗?zāi)康?熱固性塑料的模壓成型是指將粉狀、粒狀或纖維塑料放入模具型腔中，在一定溫度和壓力下閉模。當(dāng)物料呈現(xiàn)半流動態(tài)充滿型腔取得一定形態(tài)，再經(jīng)縮聚反應(yīng)和交聯(lián)固化作用成型，脫模后即得制品的工藝過程。 模壓成型工藝參數(shù)是溫度、壓力和時間。實驗原理 六次甲基四胺的固化機理 原料 脫模劑 酚醛壓塑粉配方（Wt） ： 酚醛樹脂（甲階）100 木粉 100 六次甲基四胺 石灰或氧化鎂 硬脂

14、酸鈣 苯胺黑實驗原料及設(shè)備主要設(shè)備煉膠機平板硫化機萬能材料試驗機捏合機酚醛壓塑粉的配制（干法）混合物料的輥壓塑化 模壓成型觀察分析模壓所得試樣的表觀質(zhì)量和拉伸強度與模壓成型工藝條件的關(guān)系 對壓制品進行拉伸強度測試實驗步驟 模壓工藝條件 上層溫度：_ 中層溫度：_ 下層溫度：_ 硫化時間：_min 壓 力：_MPa拉伸強度：_N實驗記錄 酚醛塑料的模壓成型原理與硬PVC壓制成型原理有何不同？酚醛壓塑粉模壓溫度和時間對制品質(zhì)量影響如何？ 兩者之間關(guān)系如何協(xié)調(diào)？熱固性塑料模壓成型為什么要排氣？壓塑粉中各組分的作用分別是什么？思考題 戴手套操作，避免燙傷加料動作要快，物料在模腔內(nèi)分布要均勻，中部略高。

15、上下模具定位對準(zhǔn)，防止閉模加壓時損壞模具脫模時手工操作要注意安全，防止?fàn)C傷、砸傷及損壞模具。取出制品時用銅條幫助挖出來。脫出來的制品小心輕放，平整放置在工作臺上冷卻。壓制品須冷卻停放一天后進行性能測試。注意事項 酚醛壓塑粉的配制（干法）混合物料的輥壓塑化 模壓成型觀察分析模壓所得試樣的表觀質(zhì)量和拉伸強度與模壓成型工藝條件的關(guān)系 對壓制品進行拉伸強度測試實驗步驟 模壓工藝條件 上層溫度：_ 中層溫度：_ 下層溫度：_ 硫化時間：_min 壓 力：_MPa拉伸強度：_N實驗記錄 酚醛塑料的模壓成型原理與硬PVC壓制成型原理有何不同？酚醛壓塑粉模壓溫度和時間對制品質(zhì)量影響如何？ 兩者之間關(guān)系如何協(xié)調(diào)

16、？熱固性塑料模壓成型為什么要排氣？壓塑粉中各組分的作用分別是什么？思考題 戴手套操作，避免燙傷加料動作要快，物料在模腔內(nèi)分布要均勻，中部略高。上下模具定位對準(zhǔn)，防止閉模加壓時損壞模具脫模時手工操作要注意安全，防止?fàn)C傷、砸傷及損壞模具。取出制品時用銅條幫助挖出來。脫出來的制品小心輕放，平整放置在工作臺上冷卻。壓制品須冷卻停放一天后進行性能測試。注意事項 林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝實驗五 天然橡膠的加工成型實驗?zāi)康膶嶒炘?原料及主要設(shè)備實驗程序數(shù)據(jù)記錄與處理 結(jié)果與討論 安全注意事項 掌握橡膠制品配方設(shè)計基本知識，熟悉橡膠加工全過程和橡膠制品模型硫化工藝；了解橡膠加工的主要機械設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，

17、掌握其的操作方法；掌握橡膠物理機械性能測試試樣制備工藝及性能測試方法；從性能測試結(jié)果討論本實驗全過程。實驗?zāi)康?塑煉和混煉是橡膠加工的兩個重要的工藝過程，通稱煉膠，其目的是要取得具有柔軟可塑性，將賦予一定使用性能的、可用于成型的膠料。實驗原理 本實驗是天然橡膠的加工，選用開放式煉膠機進行機械法塑煉。天燃生膠置于開煉機的兩個相向轉(zhuǎn)動的輥筒間隙中，在常溫（小于50）下反復(fù)被機械作用，受力降解；與此同時降解后的大分子自由基在空氣中的氧化作用下，發(fā)生了一系列力學(xué)與化學(xué)反應(yīng)，最終可以控制達到一定的可塑度，生膠從原先強韌高彈性變?yōu)槿彳浛伤苄?，滿足混煉的要求。 混煉是在塑煉膠的基礎(chǔ)上進行的又一個煉膠工序。本

18、實驗也是在開煉機上進行的。為了取得具有一定的可塑度且性能均勻的混煉膠，除了控制輥距的大小，適宜的輥溫（小于90）之外，必須注意按一定的加料混合程序。即量小難分散的配合劑首先加到塑煉膠中，讓它有較長的時間分散；量大的配合劑則后加。硫磺用量雖少，但應(yīng)最后加入，因為硫磺一旦加入，便可能發(fā)生硫化效應(yīng)，過長的混合時間將使膠料的工藝性能變壞，于其后的半成品成型及硫化工序都不利。 原料及主要設(shè)備原料原料及主要設(shè)備原料主要設(shè)備煉膠機平板硫化機萬能材料試驗機配料 膠料混煉 生膠塑煉 膠料模型硫化硫化膠機械性能測試 實驗程序按機器的操作規(guī)程開動開放式煉膠機，觀察機器是否運轉(zhuǎn)正常；破膠薄通搗膠輥筒的冷卻：保持不超過

19、500C經(jīng)塑煉的生膠稱塑煉膠，塑煉過程要取樣作可塑度試驗，達到所需塑煉程度時為止生膠塑煉 調(diào)節(jié)輥筒的溫度在50-600C之間，后輥較前輥略低些；調(diào)整輥距使塑煉膠既包輥（前輥）又能在輥縫上部有適當(dāng)?shù)亩逊e膠。經(jīng)2-3 min 的輥壓、翻煉后，使之均勻連續(xù)地包裹在前輥筒上，形成光滑無隙的包輥膠層。取下膠層，放寬輥距至左右，再把膠層投入輥縫使其包于后輥，然后準(zhǔn)備加入配合劑；吃粉：不同配合劑要按如下順序分別加入；翻煉：全部配合劑加入后，將輥距調(diào)至，通常用打三角包，打卷或折疊及走刀法等進行翻煉至符合可塑度要求時為止。翻煉過程應(yīng)取樣測定可塑度。膠料混煉 混煉膠試樣的準(zhǔn)備模具預(yù)熱加料模壓硫化硫化膠試片制品的停

20、放膠料模型硫化邵氏硬度實驗拉伸強度試驗 硫化膠機械性能測試 樣條數(shù)據(jù)記錄與處理式中：P定伸（扯斷）負(fù)荷/Nb試樣寬度/cmh試樣厚度/cm式中：L0試樣原始標(biāo)線距離/mmL1試樣斷裂進標(biāo)線距離/mm式中：L2斷裂的兩塊試樣靜置3min 后拼接起來的標(biāo)線距離/mm定伸（扯斷）強度（MPa）扯斷伸長率（%）永久變形（%）天然生膠、塑煉膠、混煉膠和硫化膠，它們的機械性能和結(jié)構(gòu)實質(zhì)有何不同？影響天然膠開煉和混煉的主要因素有哪些？膠料配方中的促進劑為何通常不只用一種呢？分析硫化膠的外觀質(zhì)量和機械性能與實驗配方和工藝操作等因果關(guān)系。 結(jié)果與討論 在開煉機上操作必須嚴(yán)格按操作規(guī)程進行，要求高度集中注意力。用

21、割刀割膠時割刀必須在輥筒的水平中心線以下部位操作。輥筒運轉(zhuǎn)時，手不能按近輥縫處；雙手盡量避免越過輥筒水平中心線上部，送料時手應(yīng)作握拳狀。遇到危險時應(yīng)立即觸動安全剎車。留長辮子的學(xué)生要求戴帽或結(jié)扎成短發(fā)后操作。安全注意事項 林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝實驗六 熱塑性塑料中空吹塑成型工藝實驗實驗?zāi)康膶嶒炘?原料及主要設(shè)備實驗步驟實驗記錄思考題注意事項 了解雙色擠出吹瓶機、吹塑機頭及輔機的結(jié)構(gòu)和工作原理；了解塑料的擠出吹脹成型原理；掌握聚乙烯吹塑工藝操作過程、各工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)及成型影響因素。實驗?zāi)康?中空吹塑成型是在壓縮空氣作用下，使處于高彈態(tài)下的熔融塑料型坯，發(fā)生膨脹變形，然后再經(jīng)冷卻定型，獲得

22、肚大口小中空容器的一種加工方法。 實驗原理 原料: 實驗一制備的母料、LDPE （吹塑料） 主要設(shè)備原料及主要設(shè)備吹瓶機1六角螺母2 墊圈3 口模壓板4 調(diào)節(jié)螺栓5 口模6 墊套7 芯模8 口模套9 模體10 芯棒11 機頭連接器12 六角螺釘13 壓縮空氣孔芯棒式機頭結(jié)構(gòu) 吹瓶機的運轉(zhuǎn)和加熱 加料LDPE加熱 吹塑成型 測壁厚降低螺桿轉(zhuǎn)速，擠出機內(nèi)存料，清理殘留塑料 實驗步驟原料及產(chǎn)地吹塑成型工藝條件實驗記錄料筒溫度壓力時間 平均壁厚 影響吹塑中空容器厚度均勻性的因素是什么？試綜合陳訴擠出吹塑中空容器模具的模口頸部設(shè)計要素。為提高吹塑容器的剛性，通常可采取哪些結(jié)果措施？ 思考題熔體被擠出前，

23、操作者不得位于口模的正前方，以防意外傷人。操作時嚴(yán)防金屬雜質(zhì)和小工具落入擠出機筒內(nèi)，操作時要帶手套。清理擠出機和口模時，只能用銅刀、棒或壓縮空氣，切忌損傷螺桿和口模的光潔表面。壓縮空氣壓力要適當(dāng)，使制品外觀豐滿、形狀完整。吹塑過程要密切注意各項工藝條件穩(wěn)定，不應(yīng)該有所波動 注意事項 林業(yè)生物質(zhì)高分子材料加工工藝增容木粉/LDPE復(fù)合材料的制備與性能測定 目的與要求 設(shè)計背景 實驗任務(wù)實驗環(huán)節(jié) 時間安排 參考文獻 綜合性、設(shè)計性實驗 鞏固高分子科學(xué)基本理論，增進對生物質(zhì)/高分子復(fù)合材料的了解，增強獨立思考、嚴(yán)謹(jǐn)踏實、協(xié)同配合的科學(xué)意識，培養(yǎng)自主分析問題、解決問題和實際動手的能力。目的與要求 木塑復(fù)合材料（ WPC）是將木粉與塑料復(fù)合制得的復(fù)合材料，WPC集木材和塑料的優(yōu)點于一身，不僅具有天然木材低密度、低成本、低設(shè)備磨損和良好的生物降解性的優(yōu)點，而且塑料能給WPC帶來優(yōu)異的防潮、防腐蝕能力以及不開裂、不