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1、塑料的综合性实验二一前言 （1）聚丙烯（PP）作为通用树脂之一，和其它通用树脂相比，具有较好的综合机械性能，并且相对密度较小，透明性及表面光泽好，耐热性能高，其维卡软化温度高于HDPE 和ABS，可在120下连续使用。其加工方式可采用挤出、注射等成型方法，广泛应用于汽车工业、家用电器、化学建材等行业。但是，尽管聚丙烯具有如此优良的性能，在许多实际应用中，由于是使用目的不同，对某些性能的侧重要求也不相同，因此，许多改性专用料就相应而生。利用纳米无机材料来改性PP 就是一种。综合性实验一中，大部分都是手工进行生产，包括炼塑、铣床等都是人工操作，在科技进步的今天，这些机器和技术与现代相比都显得比较落
2、后而且没有任何的生产力可比性。所以有必要对比较先进的自动化生产线有一些了解，这个就是实验二的目的。在这个实验里，将会利用具有较高自动化的双螺杆挤出机制备聚合物基纳米复合材料，掌握一种新的制备复合材料的方法，这对拓展聚合物的种类、改善其性能具有重要的科学意义。本实验通过CTE-35 型双螺杆挤出机达到用纳米材料改性聚丙烯的目的。（2）CTE-35 双螺杆挤出机工作原理CTE-35 双螺杆挤出机主要用于热塑性聚合体的填充和增强。聚合体和添加剂预混合后，通过合适的计量喂料装置连续地加入双螺杆混炼机的第一节筒体。挤出机的第一节筒体通过水冷却方式不断地进行冷却，这是它与其他筒体不同的地方。其它筒体在生产
3、过程中根据生产工艺的需要和各区的温度调节，通过电加热或冷却。在最后一节筒体中，设备通过足够的压力，将物料从机头中挤出。 通过装在挤出部分上的熔体温度表和熔体压力表，可以检测物料是否稳定，可否再加工。螺杆元件是用来喂入并传送物料的。CTE系列挤出机可以喂入粉末、颗粒、片状、熔融状、糊状物等。两根螺杆同向旋转、紧密啮合，这使得物料崛起、传送并压缩。然后，物料开始熔融。物料的熔融主要是通过捏合元件来实现的。在熔融的过程中，将添加剂和稳定剂均匀地加入高聚物的熔体中。调速驱动系统使得加工过程可选择适当的螺杆转速（最大可达到600rpm）可以通过侧向喂料机加入添加剂和矿物质，侧向加料机有一个或多个计量系统
4、。通过液体加注口，可以将液体添加物加入挤出机。 开口筒体上的自然排气口可以将熔体中的气体和湿气排出去。物料中的挥发物通过排气室排放，排气室是连续在排气筒体的开口上的，排气口和真空泵相连。二实验部分 （一）双螺杆挤出机制备聚合物基纳米复合材料 （1）实验目的：熟悉了解双螺杆挤出机制备纳米复合材料的方法。 （2）实验原理 聚丙烯（PP）作为通用树脂之一，和其它通用树脂相比，具有较好的综合机械性能，并且相对密度较小， 透明性及表面光泽好， 耐热性能高， 其维卡软化温度高于 HDPE 和 ABS，可在 120下连续使用。其加工方式可采用挤出、注射等成型方法，广泛应用于汽车工业、家用电器、化学建材等行业
5、。但是，尽管聚丙烯具有如此优良的性能，在许多实际应用中，由于是使用目的不同，对某些性能的侧重要求也不相同，因此，许多改性专用料就相应而生。利用纳米无机材料来改性 PP就是一种。 本实验通过CTE-35型双螺杆挤出机达到用纳米材料改性聚丙烯的目的。仪器介绍我看到的主要构造就是加料槽、加热装置、冷却槽以及造粒机，控制台那边可以看到每一个部位的温度，便于控制。冷却槽就是一个水槽，其中有几根柱子用来分开出来的两束丝。造粒机里面就是用齿轮将已经变硬的丝碾碎。设备和材料双螺杆挤出机；SZY-YY-60 塑料注射成型机；注射模具（力学性能试样模具）；ZT630型注塑机；XCJ250型简支梁冲击试验机，温度计
6、、秒表等。聚丙烯，PP（注塑级）；马来酸酐；引发剂过氧化二苯甲酰；有机蒙脱土 OMMT，钠基蒙脱土(Na-MMT)；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) , 分析纯；聚丙烯，045。（3） 实验步骤材料制备本次实验是用母料法制备纳米复合材料，目的是让各种物料的混合能够更加均匀。第一步：蒙脱土的有机化（这一步老师已经完成了）称取6g十六烷基三甲基溴化铵并配成一定浓度的水溶液。称取20g蒙脱土分散到600mL的蒸馏水中搅拌并加热至80，滴加十六烷基三甲基溴化铵溶液,升温至90并恒温2h，然后抽滤，并用蒸馏水洗涤,再静置12h后抽滤，洗涤，重复多次，直至用硝酸银鉴定无溴离子后，放入干燥箱中于140下干燥
7、至恒重，研磨成300目的粉末，得有机蒙脱土(Org-MMT)。第二步：聚丙烯的改性（制作母料）本次实验我们所用的母料配方是一样的，如下所示聚丙烯（PP，g）改性剂（马来酸酐，g）引发剂（过氧化二苯甲酰，g）1003.20.6第三步：聚丙烯/蒙脱土复合材料的制备配方如下：根据配方先将粉料混合起来，这次没有用机器，完全用手工混合的，混合好之后从进料口加料，从造粒机后面收料就可以了。（二） 聚丙烯塑料及其纳米复合材料的注塑成型1、实验目的：熟悉了解注塑成型工艺的流程实验原理：注射成型适用于热塑性塑料和热固性塑料，是高聚物的一种重要的成型工艺。注射成型的设备是注塑机和注射模具。它是使固体塑料在注塑机的
8、料筒内通过外部加热、机械剪切力和磨擦热等作用，熔化成流动状态，后经柱塞或移动螺杆以很高的压力和较快的速度，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压固化后，脱膜取出制品。 注射成型机主要有柱塞式和螺杆式两种，以后者为常用。不同类型的注射机的动作程序可能不完全相同，但成型的原理及过程是相同的。热塑性塑料注射时，其模具温度要比注射料温高，制品要在一定的温度下发生交联固化而定型的。 本实验是以聚丙烯为例，采用移动螺杆式注射机注射成型。下面是热塑性塑料的注射成型工艺原理。2、机器设备与原料 主要设备： （1）SZY-YY-60 塑料预塑注射成型机。（2）注射模具（力学性能试样模具）。（3）温度计、
9、秒表等。3、实验步骤本次实验机器属于半自动，我们需要做的是第一：加料；第二：开模具取出产品，关模具。将产品从机器里面拿出来之后，用剪刀将各个部分剪下来再用刀片刮掉毛刺就可以进行性能测试了。三试样测试（1）拉伸试验拉伸试验用广州试验仪器厂XL2100A 测试,测试温度为25 , 相对湿度为65 % , 拉伸速度为100 mmD组的四组拉伸实验断裂最大强力为250兆帕左右，断裂伸长率为80%左右。显示出试样较好的刚性和一定的韧性。（2）冲击强度试验冲击强度用河北承德试验仪器厂产的XCJ250型简支梁冲击试验机测定。测试温度为25 ,相对湿度为65 %。实验并未记录数据。四 .性能测试结果四个小组综
10、合讨论 以上两图是拉伸强度与断裂伸长率随MMT含量的变化。可以看出随着MMT含量的增加，二者均有一个下降的趋势。可以看出虽然蒙脱土改善了PVC树脂的热性能，但是其力学性能会有一个下降，可能是因为相容性的问题，导致力学性能下降。五.思考题1. 聚丙烯塑料注射成型工艺性能有何特点？塑料主要性能质轻，可浮于水中，高结晶度，耐磨性好，优于HIPS,高温冲击性好，硬度低于ABS,HIPS,具有突出的延伸性和抗疲劳性能。注塑工艺要点；加工前一般不需要干燥，染色性较差，色粉在料中扩散不够均匀，一般需要加入扩散油，成型收缩率大，尺寸不稳定，胶件易变形缩水，采用提高注射压力及注射速度，减少层间剪切力使成型收缩率
11、降低。a.流动性很好，注射压力大时易出现披峰且有方向性强的缺陷，注射压力一般为50-80Mpa,太小压力会缩水明显），保压压力取注射压力的80%左右，宜取较长的保压时间补缩及较长的冷却时间保证样品尺寸变形程度。b.PP冷却速度快，宜快速注射，适当加深排气槽来改善排气不良。c.料温控制，成型温度料温较宽，因PP高结晶，所以料温需要较高，前料筒200-240，中料筒170-220，后料筒160-1900，实际上为减少披锋，缩水等缺陷，往往取偏下限料温。d.模温：一般40-60，模温太低，小于40，产品表面光泽差，甚至无光泽，模温太高大于90，易发生翘曲变形缩水等。e.高结晶的PP高分子在熔点附近其
12、容积会发生很大变化，冷却时收缩及结晶化导致产品内部产生气泡，甚至局部空心，这会影响制品机械强度，所以调节啤塑参数要有利于补缩。f.低温下表现脆性，对缺口敏感，产品设计时避免尖角，壁厚件所需模温较薄壁件低。2. 注射成型聚丙烯厚壁制品容易出现哪些缺陷？怎样从工艺上给予改善？低温下表现脆性，对缺口敏感，产品设计时避免尖角，壁厚件所需模温较薄壁件低。PP注塑制品常出现各种缺陷，如填充不足、熔接缝、翘曲变形等。a. 模具排气不良使空气或塑料降解时产生的气体无法排出，致使型腔末端压力过高，料流无法充满型腔。对策是在熔体最后充模处开设排气槽。b. 模具浇注系统设计不合理，如浇口位置不合理，浇口尺寸，流道尺
13、寸过小，使熔体流动不畅，都会造成料流不能充满型腔。对策是改善流道及浇口设计，扩大浇口及流道尺寸。c. 注射行程过短，无法满足产品对注射量的要求，造成供料不足。对策是调整注射行程，并检查颗粒架桥的供料口或调整喷嘴逆流阀。d. 喷嘴与模口R值不一致，熔体有效量及有效压力下降，造成填充不足。对策是保证喷嘴与模口R值一致。e. 模具浇筑系统设计不合理，如浇口位置设计不当，流道，浇口尺寸太小，这会导致无法完成保压补料过程，使制品表面出现凹痕与缩痕。对策是改善浇口设计，把浇口位置设计在对称处，进料口设计在注塑厚壁部位，适当扩大浇口与流道尺寸，加大压力传递，使熔体流动无阻。f. 模具排气不足引起的空气截留，使前端料流无法完成补料过程，造成制品表面凹陷与缩痕。对策是把模槽排气口设在最后充模处或把浇口设在注塑件壁厚处，以获得最佳充模。g. 制品设计不合理，壁厚相差悬殊，薄壁处无聊已经冻结，而厚壁处温度较高，已不受模具限制产生变形。对策是在制品设计时尽量采用等壁厚，并按前面所述进行设计，当凹陷与缩痕不可避免时，可在制品表面设计成花纹以掩盖缺陷。