實(shí)驗(yàn)二十二 硬質(zhì)及軟質(zhì)PVC棒材的成型加工與力學(xué)性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)二十二硬質(zhì)及軟質(zhì)PVC棒材的成型加工與力學(xué)性能測(cè)試（?20學(xué)時(shí)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解聚合物加工成型的基本原理和過程掌握硬質(zhì)和軟質(zhì)PVC材料制造的基本配方及配料方法3．掌握聚合物材料的力學(xué)性能測(cè)試方法4.了解塑料擠出機(jī)的構(gòu)造和使用方法二、實(shí)驗(yàn)原理[1-4]PVC（聚氯乙?。┦怯陕纫蚁﹩误w經(jīng)過加成聚合反應(yīng)而合成的熱塑性樹脂。PVC塑料在1966年以前曾是塑料產(chǎn)量中最大的一種。目前仍是五大通用樹脂之一。PVC樹脂的應(yīng)用非常廣泛，用它可以制成薄膜，硬管，纖維，人造革，電線電纜的絕緣層，設(shè)備襯里以及包裝涂層等。另外PVC是塑料建材的主要原料樹脂，PVC塑料建材已占塑料建材的半壁江山。如，PVC墻板、地板、天花板、硬質(zhì)泡沫、軟質(zhì)隔音泡沫以及塑鋼門窗等，在建筑行業(yè)中有著廣泛而重要的應(yīng)用。PVC分子極性較強(qiáng)，分子間的作用力較大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為80?82°C。PVC可以看成是無定形聚合物，對(duì)熱敏感，極易在熱的作用下脫去HC1而引起降解和交聯(lián)。PVC的熱分解溫度高于粘流溫度，在加工成型時(shí)配料中必須加入熱穩(wěn)定劑。PVC樹脂可以被制成硬質(zhì)或軟質(zhì)制品。制品的“軟”或“硬”很大程度上決定于成型配方中增塑劑的含量。通過調(diào)整增塑劑的用量，可以得到具有不同柔軟度的PVC材料和制品。PVC樹脂價(jià)格低廉，不易燃，綜合性能優(yōu)異，其軟硬制品在人們的生活和生產(chǎn)中均有廣泛的應(yīng)用，占有很重要的地位。聚合物制品的獲得，必須經(jīng)過加工成型過程。所謂的聚合物加工成型，即將樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏貌⒛鼙３衷行阅艿闹破返倪^程。塑料加工成型的方法包括壓制成型，注射模塑，壓延成型，片材的熱成型及擠出成型等。擠出成型，又稱擠出模塑，它在熱塑性塑料加工領(lǐng)域中占有非常重要的地位。由擠出方法制成的產(chǎn)品都是連續(xù)的型材，如管，棒，絲，板和薄膜等。擠出加工所用的設(shè)備有螺桿擠出機(jī)和柱塞式擠出機(jī)兩類。前者又有單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)之分。使用較多的是單螺桿擠出機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)主要包括傳動(dòng)裝置，加料裝置，料筒，螺桿，機(jī)頭和口模等五個(gè)部分。螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵性部件，其示意圖見圖1。螺桿示意圖Hi—送料段蝮僧深度Hl計(jì)楚段螺槽深度D—縱桿立徑Q—螺旋角L一嫖桿長(zhǎng)度e-螺棱寬度S—螺距塑料制品的擠出成型基本過程是：首先將樹脂/助劑配合料裝入到料斗內(nèi)。在螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)下，物料被輸送進(jìn)入擠出機(jī)料筒內(nèi)并發(fā)生移動(dòng)。在此過程中，物料受熱熔化并得到增壓。定量定壓后的熔融物料經(jīng)由機(jī)頭流道進(jìn)入口模?？谀Ｊ侵破窓M截面的成型部件，連續(xù)擠出的制品在此處獲得所需的形狀。擠出物冷卻、牽引、卷取和切斷，至此完成擠出過程。聚合物制品的獲得，有三個(gè)基本因素，即配方，工藝和加工成型設(shè)備。因此，塑料制品設(shè)計(jì)，從加工這方面來說，應(yīng)包含配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和加工機(jī)械上的有關(guān)主要配件的設(shè)計(jì)（如模具設(shè)計(jì)，螺桿設(shè)計(jì)機(jī)頭設(shè)計(jì)等）。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的完整過程可以用如下的示意圖表示：產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，配方設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，它在很大程度上決定著工藝如何制定。配方設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括主體樹脂的選擇及與其他樹脂的配合，樹脂與助劑的配合以及各種助劑之間的配合等。本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容屬于高分子材料成型加工領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)的安排有幾個(gè)出發(fā)點(diǎn)：第一，著眼于讓學(xué)生了解和掌握聚合物產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程；第二，了解PVC塑料配方設(shè)計(jì)的基本內(nèi)涵，掌握PVC擠出成型加工的基本技術(shù)。三、設(shè)備，儀器和原料設(shè)備：XJ—01型塑料擠出機(jī)（吉林大學(xué)科教儀器廠;）電動(dòng)攪拌器；單口電熱恒溫水浴鍋；電子萬能試驗(yàn)機(jī)（CSS—2202型，長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所;）電子天平（精確度為0.01g）；器皿：?jiǎn)慰趫A底燒瓶二個(gè)（100ml,250ml）；兩口圓底燒瓶一個(gè)（100ml）；燒杯三個(gè)（50ml,100ml,200ml）；玻璃吸管；試劑瓶（磨口，100ml）—個(gè)，藥匙一個(gè)，紅藍(lán)鉛筆一支；［共用：保干器一個(gè)，信封若干，游標(biāo)卡尺一把，鋼尺（50厘米規(guī)格）2把］原料：聚氯乙烯（PVC）樹脂（P2500,北京化工二廠生產(chǎn)；鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（DOP）；硬脂酸鈣（CaSt）；硬脂酸鋅（ZnSt）四、實(shí)驗(yàn)步驟第1單元：儀器的認(rèn)領(lǐng)，洗滌及干燥第2單元：（1）鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑的準(zhǔn)備：準(zhǔn)確稱取23gCaSt，7gZnSt，先后加入至單口圓底燒瓶中，機(jī)械攪拌5分鐘。停止攪拌，靜置10分鐘后出料，裝入試劑瓶中備用。（2）PVC樹脂的增塑劑吸收按表1中所列配方稱取物料（每一配方中，PVC樹脂皆取5g）。先將PVC樹脂加入至100mL的圓底燒瓶中，再將DOP滴入。燒瓶放在105油浴中，高速攪混25分鐘，攪拌速度為500?600轉(zhuǎn)/分，使DOP被PVC充分吸收。停止攪拌，靜置3分鐘，加入鈣/鋅復(fù)合穩(wěn)定劑，繼續(xù)攪混5分鐘。物料冷卻至室溫，出料，裝入試劑瓶中備用。 表1配方表 編號(hào) PVC（份）DOP（份）Ca/Zn穩(wěn)定劑（份）p-1100105p-2100205p-3100305p-4100405p-5100505p-6100605p-7100705p-8100805p-9100905p-101001005第3單元：PVC棒材的擠出成型：將擠出機(jī)的溫度設(shè)定在180°C，預(yù)熱一個(gè)小時(shí)。物料從加料口加入，連續(xù)擠出得到棒狀制品。注意加料不能過多，否則易堵塞加料口。擠出機(jī)料筒和螺桿的清洗：擠出加工完成后，用粉狀HDPE樹脂清洗螺桿，并及時(shí)抽出螺桿擦拭干凈，小心存放。第4單元：(1)樣品的力學(xué)性能測(cè)試：將得到的棒狀產(chǎn)品截?cái)喑砷L(zhǎng)11cm的樣品，每種配方取5個(gè)樣品。在每一樣品的距離中點(diǎn)兩邊各1.5cm的處以紅色橫線做好標(biāo)記，利用游標(biāo)卡尺測(cè)定每根樣品的直徑。然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)(計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為CTG2.0forWindows)。測(cè)試的條件為：環(huán)境溫度：25C左右環(huán)境濕度為：50%RH左右數(shù)據(jù)跟蹤方式：負(fù)荷－位移負(fù)荷衰減檔：5橫梁速度：30mm/min量程：10KN打印得到的“負(fù)荷－位移”曲線，并記錄在斷裂時(shí)兩個(gè)標(biāo)記之間的距離。測(cè)得樣品的初始彈性模量，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。(2)力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)處理：拉伸強(qiáng)度和彈性模量通過以下公式計(jì)算：拉伸強(qiáng)度：at=P/n?(9/2” [MPa]式中：P—最大負(fù)荷(N)Q—直徑(mm)彈性模量(對(duì)于負(fù)荷一位移曲線)：Et=A5/A5 [MPa]式中：△&—應(yīng)力(MPa)△E—應(yīng)變六．思考題1．PVC加工用的物料中為何要加入穩(wěn)定劑？除了本實(shí)驗(yàn)中所用的鈣鋅穩(wěn)定劑外，還有哪些穩(wěn)定劑可用？2．PVC物料混配時(shí)，為什么要先加增塑劑，后加穩(wěn)定劑？請(qǐng)描述PVC樹脂的增塑劑吸收過程。DOP對(duì)PVC增塑的原理是什么？增塑劑用量對(duì)最終制品的外觀和力學(xué)性能有