1、1实验报告高分子材料加工设计性实验与性能测试课程设计学 院 机械与汽车工程学院 专 业 材料成型机控制工程 学生姓名 胡腾 指导教师 晋刚/ 何光建 提交日期 2011 年 6 月 29 日2在上周一上完课程设计介绍课之后，我们小组选择到实验题目是（实验 1） “PP 增韧材料制备及其性能测试” ，在经过查找有关 PP、各种增塑剂以及增塑原理的原理之后，我们决定课题的研究方向为“对比不同含量的 EPDM 对 PP 增韧效果的影响” 。一、 实验目的对比不同含量的 EPDM 对 PP 增韧效果的影响熟悉增韧改性和填充塑料常用配方。根据所给条件，加强查阅文献能力，熟悉设计配方、实验路线和方法。熟悉
2、塑料复合材料的制备方法。熟悉制样方法。熟悉双螺杆挤出机、注塑机、拉力机、冲击仪、熔指仪等仪器设备的工作原理与操作方法。提高综合运用课堂知识进行分析问题和解决问题的能力，调动自主参与实验的积极性，培养实践动手能力，为其下一步的毕业设计或毕业论文打好基础。二、 基本原理2.1、对聚乙烯的了解聚丙烯（PP）具有良好的综合力学性能、耐热性、耐化学药品性、绝缘性、成型加工性能和较低的密度，成本又较低廉，故其应用范围十分广泛。PP 的应用领域涉及汽车配件、电器配件、化工设备、建材、绝缘材料、包装材料、纺织材料、渔网、日用品等。PP的应用领域还在逐年拓宽，其产量的增长率近年来一直居通用塑料之首。PP 本身脆
3、性（尤其是低温脆性）较大，用于对韧性要求较高的产品（特别是结构材料）时必须对 PP进行增韧改性。采用 EPDM（三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物）、EPR、SBS 等一些橡胶或热塑性弹性体进行增韧改性，可以使 PP 的冲击性能得到明显改善。但在热稳定性、耐候性、加工性等方面存在不少缺陷。32.2、对EPDM的了解EPDM,三元乙丙橡胶(Ethylene-Propylene-Diene Monomer)是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。EPDM 最主要的特性就是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性。热塑性乙丙橡胶（
4、EPDM/PP）是以三元乙丙橡胶为主体与聚丙烯进行混炼。同时使乙丙橡胶达到预期交联程度的产物。化不但在性能上仍保留乙丙橡胶所固有的特性，而且还具有显著的热塑性塑料的注射、挤出、吹塑及压延成型的工艺性能。2.3、对增塑原理的了解增塑剂是在分子水平上起作用的。因此，要求聚合物和增塑剂必须能相容。这也就要求聚合物和增塑剂的结构相似，或者溶解度参数尽可能地相近。增塑按添加方式分为外增塑剂和内增塑剂，通常使用的增塑剂均为外增塑剂，指在配料过程中加入；而内增塑剂是在树脂合成中，作为共聚单体加进的，以化学键结合到树脂上面。影响增塑的主要因素有包括色散力、诱导力、取向力的分子间作用力以及氢键作用力。增塑机理现
5、有三种机理：润滑理论、凝胶理、自由体积理论。2.4材料制备过程材料制备：预混，配混挤出、冷却、切粒。过程如图 2.4-1 所示图 2.4-14三、 原材料3.1原材料PP：中石化 T30SEPDM：Dow 4725P配方物质及其比例组别 PP EPDM 总质量/g第一组 1000 0 1000第二组 950 50 1000第三组 850 150 1000为了进行对比，体现 EPDM 对 PP 增韧的效果，在测试过程，我们增加纯 PP 的试样进行测试。四、 试验设备4.1、BP211D赛多利斯电子天平，上海加卉仪器仪表有限公司 主要参数：型号 BP211D 称重范围 80/210g 读数精度 0
6、.01/0.1mg 称盘尺寸 80mm主要性能：1.RS-232 标准接口 2.内置砝码自动校准（所有的分析天平和准微量天平）3.下部称重吊钩（8.1kg 以下）4.过载保护器 5.符合 ISO/GLP 要求的打印格式(与 YDP03-OCE 联用)6. 应用程序:零件计数、百分比称重、绝对净重、动物称重、单位转换 7.IP54 防水防尘保护。4.2双螺杆挤出机:PLASTICORDER型号 德国Brabender 公司54.3注塑机：华新科机械DP90 4.4GH-100Y高速混合机，北京市塑料机械厂4.5台式电子万能材料试验机 5566型，美国INSTRON公司4.5.1 技术指标：加载范
7、围：-100kN100kN;移速率范围：0.001500mm/min 精度：小于 0 5%4.5.2 附件及功能：附件：小载荷传感器：5kN应变引伸计：2.5mmCOD 引伸计：4mm功能：使用于多种材料：金属、合金、水泥、玻璃、陶瓷、树脂基、复合材料等等的力学性能的测定4.6摆锤冲击5566型，美国INSTRON公司4.7摆锤冲击试验机：型号POE2000美国INSTRON公司4.8熔融指数仪 ：编号200132234.9塑料切粒机：编号20015245五、 实验过程65.1、步骤5.1.1、实验准备根据配方组分设置，分别称量 3 个组分的材料，分别贴上第一组、第二组、第三组以及纯 PP 的
8、标签。然后将称量后的原料分别放入高速混炼机混合。混合时间为 10 分钟，原料同时可以同时加入混炼机。混合完毕后，装备备用。5.1.2、挤出造粒按照第一组，第二组，第三组的顺序在双螺杆挤出机上挤出，在切粒机上造粒。双螺杆的挤出工艺参数为：料筒温度：180 200 200 200 190 190 190 190 螺杆转速：200r/min三组之间挤出时不停机，依据混合配比的不同而挤出物光学性能的不同判断各组的基础完成情况。每组造粒完成后放入有其组标签的袋子，备用。挤出造粒前先用纯HDPE 挤出清洗挤出机。5.1.3、注射试样按 GBT 1040-1992 标准和 GBT 1043-1993 标准进
9、行拉伸样条和冲击样条的注射成型。按国家标准制备样条，拉伸试样为 150 mm 10mm 4 mm 双铲型；冲击试样为80 mm 10 mm 4mm ，缺口为 2 mm 。每组数目为合格拉伸样条 5 个，合格冲击样条 5 个。样条归类放入相应的标签袋。注意不要再注射成型时用完粒料，预留一定的粒料测定熔融指数时备用。5.1.4、注塑机工艺参数：料筒温度： 喂料区：50 区 1： 200 区 2 ：220 区 3：240 区 4 ：240 区 5： 240喷嘴：240 模具温度：2070模具压力：80-140MPa背压：520MPa（50200bar）注射速度：1.3m/s5.1.5性能测试7（1）
10、样条拉伸性能测试接通试验机电源，预热 30min。选择实验方式（拉伸方式）和拉伸速度（100mm/min ，可按照实验具体调整） 。分别调整试验机负荷单元和变形测量单元的零点，然后分别调整两个单元的标定值旋钮，使显示的标定值和原机标定值一致。选择夹具，按上下键调整夹具的距离，将样品在上下夹具上夹牢。注意使试样的中心线和上下夹具的中心线一致。选择 XY 记录仪的量程，调整零点，打下记录笔。按横显调零键，横梁位移复零。按仪器的上升键开始拉伸。试样断裂时，拉伸自动停止，从应力负荷/变形显示窗口读最大负荷值，从横梁位移窗口读取拉伸伸长值，如果试样破坏发生在明显内部缺陷处，结果作废。记录荷载变形曲线。按
11、下降键，使动横梁回复到原来的位置。重复操作 5-8，依次把三组的样条进行拉伸实验。记录实验结果。（2）样条冲击性能测试据材料及选定试验方法，装上适当的摆锤。检查和调整被动指针的位置，使摆锤在铅垂位置时主动指针与被动指针靠紧，指针指示的位置与最大指标值相重合。空击试验：以检查指针装配是否良好，空击值误差应在规定范围。根据实际需要，调整支承刀刃的距离为 70mm 式 40mm。检查零点，且第做一组试样校准一次。放置样品。试样放置在托板上，其侧面与支承刀刃靠紧，若带缺口的试样，应用0.02mm 的游标卡尸找正缺口在两支承刀刃的中心。测量试样中间部位的宽和厚，准确到 0.05mm，缺口试样测量缺口的剩
12、余厚度。冲击试验：上述完成后，可放摆试验，冲击后，从刻度盘上记录冲断功的数值。记录结果。5.2、实验现象记录及原因分析5.2.1、原料混合由于第一组材料是纯 PP，并且每组的原料量比较少，因此只需对第二原料进行混合。8在这两组原料全部混合之后，我们发现进行混合的第二组原料颜色有点灰，由于原料中的 PP 以及 EPDM 都是无色透明的，而我们上一组同学混合的原料中有碳酸钙，因此我们对原料颜色变深得出的结论是：高速混合机洗机不太干净，导致上一组的碳酸钙有一小部分混在第二组原料中。5.2.2、挤出造粒在挤出造粒的过程中，我主要负责牵引制品、切粒的工作，在牵引制品的过程中，我发现第一组和第二组挤出 P
13、P 的硬度有了很明显的差别，用第一组（纯 PP）挤出的制品比较软，而且颜色很透明，很容易卷起来;而第二和第三组（加 EPDM）挤出的制品透明度明显降低，硬度增加，韧性有明显改善，卷取的时候需要花大一点的力气。从表观的实验现在就可以看到 EPDM 对 PP 有增韧作用，增韧作用的规律就得通过性能测试来获得。我们小组的造粒是在一楼的编号为 20015245 的塑料切粒机上进行，这台造粒机造粒速度明显比三楼的快。在造粒结束之后，我们发现得到的粒料里面存在一些没有被完全切成粒状的条状原料。我们分析其原因，得出的结论是：几段连在一起粘结在一起以及比较细小的挤出制品比较难切成粒状；另外进料速度太快也可能让
14、原料没得到完全的剪切，导致得到一小段的条状原料。5.3、实验数据处理5.3.1、拉伸实验结果计算断裂伸长率=()104 式中 P最大破坏载荷，Nb试样宽度，cmd试样厚度，cm断裂伸长率=(0)0100%式中 试样初始标线间的有效距离，cm0L 试样断裂时标线间的有效距离，cm拉伸速度 50m/min 温度:26 b=10mm d=4mm =75mm09拉伸实验数据记录如表 5.3-1 所示项目组号P/N /mPa / mPa /%1 1206.36678.031 30.16 /2 1211.44726.140 30.29 353.173 1212.88721.427 30.32 420.66
15、4 1235.03723.287 30.88 374.9第一组5 1210.65771.256 30.27 339.84平均值1215.272724.028230.3841 1092.54632.774 27.31 /2 1083.19691.082 27.08 364.913 1104.20700.602 27.60 /4 1108.21677.175 27.71 415.21第二组5 1121.63725.867 28.04 /平 1101.9 685.5 27.54810均值 541 924.59 544.639 23.11 456.792 919.27 542.959 22.98 32
16、2.563 934.49 593.291 23.30 267.854 875.89 637.776 21.90 432.99第三组5 938.91 593.852 23.47 335.30平均值918.63 582.503422.952“/”表示没拉断。表 5.3.1-1平均最大破坏荷载如图 5.3.1-1 所示0200400600800100012001400第 一 组 第 二 组 第 三 组最 大 破 坏 载荷 /N图 5.3.1-111平均弹性模量如图 5.3.1-2 所示图图0100200300400500600700800第 一 组 第 二 组 第 三 组弹 性 模 量/mPa图 5
17、.3.1-2平均抗拉强度如图 5.3.1-3 所示1205101520253035第 一 组 第 二 组 第 三 组抗 拉 强 度/mPa图 5.3.1-35.3.2、冲击强度实验结果= () /2其中，A 为冲断试样所耗功，b 为试样宽度，h 为厚度， a 为缺口深度。冲击强度实验结果记录如表 5.3.2-1 所示b=10mm h= 4mm a= 2mm 项目组别所耗功/ 冲击强度KJ/m21 0.153 7.652 0.139 6.953 0.134 6.704 0.134 6.70第一组5 0.138 6.90平均值 0.140 6.981 0.180 9.00第二组 2 0.189 9
18、.45133 0.180 9.004 0.189 9.455 0.177 8.85平均值 0.183 9.151 0.289 14.452 0.284 14.203 0.293 14.654 0.304 15.20第三组5 0.276 13.80平均值 0.289 14.46表 5.3.2-1平均冲击强度如图 5.3.2-1 所示0246810121416第 一 组 第 二 组 第 三 组冲 击 强 度KJ/m2图 5.3.2-15.3.3熔融指数测定记录14熔融指数测定结果如表 5.3.3-1 所示项目组别质量/g1 0.501762 0.516953 0.638404 0.500835 0
19、.50356第一组6 0.48753平均值 0.524841 0.506882 0.503793 0.496644 0.506745 0.50017第二组6 0.49898平均值 0.502201 0.381302 0.369903 0.364734 0.380065 0.35624第三组6 0.36432平均值 0.36943表 5.3.3-1平均熔融指数如图 5.3.3-1 所示15图5.3.3-100.10.20.30.40.50.6第 一 组 第 二 组 第 三 组熔 融 指 数六、 实验结论6.1、造粒实验心得周一上完课程设计介绍课之后，我被分到造粒小组，在做挤出实验之前，我到聚合物
20、中心参与原料准备以及组装、洗刷双螺杆挤出机的工作，当我们去原存储室的时候，都觉得里面好闷好热，应该是聚合物材料需要比较封闭的存储环境，空气中水汽含量、空气温度都会对聚合物材料造成影响，可能安装空调会对室内温度造成影响，但个人觉得可以考虑安装风扇，因为室内太封闭，气体流动很差，而聚合物可能散发出的气体会弥漫在室内不容易流走，人在室内呆时间较长的话，可能会对人体造成危害。在存储室里面，我发现大多数是中石化和茂石化的产品，应该是这两个公司在广东的聚合物原料市场上占了很大的份额。选完材料的第二天接着做混料实验，每一组材料的量很少，但是我们还是使用了高速混合机，因为老师想让我们掌握混料机械的使用，混合机
21、要先调低速，过几秒再调到高速。要在停机拔电之后才能打开机盖取出余料，防止出现人身安全。16第三天我们在聚合物中心做挤出实验，因为之前帮助何老师装过这部双螺杆挤出机，所以对它各个部位及使用有了一定了解，它是四段制品一起同时挤出的，我们发现第一组和第二组的挤出制品外观上有很明显的区别，第二组透明度降低，韧性增加；在牵引的过程中，机头进入冷却水槽的部分制品会因为粘其他几段粘结在一起而导致冷却成型后分不开，导致影响切粒时的原料形状，出现一些条状颗粒。我觉得如果在这个位置安装一个有四个槽的导轮的话，就可以很好地避免这种现象。挤出之后接着就去切粒，造粒速度挺快的，很快就可以把这三组原料造粒好。6.2、性能
22、测试分析6.2.1、拉伸性能测试6.2.1.1、通过图 5.3.1-1 可知，EPDM 可降低 PP 的最大破坏荷载，而且 EPDM 含量越大，PP 的最大破坏荷载越小。6.2.1.2、通过图 5.3.1-2 可知，EPDM 可降低 PP 的弹性模量，而且 EPDM 含量越大，PP 的弹性模量越小。6.2.1.3、通过图 5.3.1-3 可知，EPDM 可降低 PP 的拉伸强度，而且 EPDM 含量越大，PP 的拉伸强度越小。结论：EPDM 可降低 PP 的拉伸性能，而且 EPDM 含量越大，PP 的拉伸性能越差。6.2.2、冲击试验测试通过图 5.3.2-1 可知，EPDM 可提高 PP 的
23、抗冲击强度，而且 EPDM 含量越大，PP的抗冲击强度越大。6.2.3、熔融指数测试通过图 5.3.3-1 可知，EPDM 可降低 PP 的熔融指数，而且 EPDM 含量越大，PP 的熔融指数越大。6.2.4、性能测试结论加入 PP 材料的 EPDM 可课增加 PP 材料的韧性，抗冲击强度，同时会减弱 PP 的拉伸性能，降低 PP 的熔融指数。6.3、课程设计个人心得17这个课程设计是一个和以前很不一样的课程设计，主要是这次的课程设计是设计性而且我们要亲自去做验证自己所设计的方案，这次课程设计用到很多的机器设备，很多设备是我以前没有接触过的，这让我对这些机器设备有了一定的了解，对挤出机和注塑机
24、有了进一步的了解。在课程设计这段时间中，因为连续几天都要来实验室，所以有点累，但是累一点也比不上在实验室接触新设备的开心，很遗憾有事缺席了周四下午的样品制备和性能测试部分，之前以为可以周五参与性能测试，没想到周四就把这部分完成了。所以，实验结论里面没有注塑部分的，在写报告是，我把小组得到的性能测试数据进行了计算及列出数据表格及曲线进行分析，但是没有参与到现场的测试，没有了解到测试设备。这几天真的很谢谢晋刚老师和何光建老师的辛苦指导，何老师一直在我们身边耐心去讲解，在他身上我看到为人师表、和蔼亲易近人的魅力；晋刚老师的经验丰富，更难得的是孩子病了还花这么多时间来指导我们，老师是我们的敬佩的人。在
25、课程设计的过程中，我的寻找资料的能力有了进一步的加强，学会快速找有用的信息是我们必须好好掌握的技能。通过这次课程设计，同时对团队协作能力有了进一步的了解，首先我要做好自己在团队中的角色，再次要尽量配合以及帮助组长、其他组员的工作，同时对其他组员也要一定的关心，这样可以让我们小组任务做的更好。同时，我发现了一件事，在生产实践或者以后的工作中，一定要积极主动点，主动去帮老师或是师傅的忙，这样子可以学到更多东西，同时老师和师傅也会更乐意教导我们。七、 参考文献1、 高分子成型工艺学 吴智华、杨其 主编 四川大学出版社 2010年9月第一版2、 聚合物成型机械 刘延华 主编 中国轻工业出版社 2009年8月第一版3、 高分子物理第三版 金日光 华幼卿 主编 化学工业出版社 2010年北京第3版18实验报告评语：实验报告总评成绩：任课老师签字：19年 月 日
