1、- 1 -高 分 子 材 料 科学 与 工 程 专 业实 验 讲 义（塑 料 方 向） 材料学院高分子材料教研室2004.11.11 实验一 捏合、挤出造粒实验一、实验目的- 2 -1. 掌握捏合的基本原理；2. 掌握挤出造粒的基本原理；3. 熟悉高速混合机、双螺杆挤出机的基本构造及工作原理；4. 学会正确使用高速混合机、双螺杆挤出机。二、实验原理在塑料制品的生产中，只有少数聚合物（树脂）可单独使用，而大部分的聚合物（树脂）必需与其它物料混合，进行配料后才能应用于成型加工。混合的过程一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。其目的就是使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料，从一种物料按照可以接
2、受的概率分布到另一种物料中去，以便得到组成均匀的混合物。1. 捏合实验捏合是塑料配制中常用的混合过程。所谓捏合是指液体和粉状（纤维状）固体物料的浸渍与混合。通常是在低于聚合物的流动温度和较缓和的剪切速率下进行的，捏合后的物料各组分本质基本上没有什么变化。高速捏合机的原理主要就是采用高速搅拌，利用剪切、塑化、摩擦生热达到对材料塑化、混合和分散的作用。2. 双螺杆挤出造粒实验双螺杆挤出造粒的原理主要就是借助螺杆的挤压、搅拌，利用剪切、塑化、摩擦生热达到对材料塑化、混合和分散的作用的，通过机头挤出、冷却、造粒。三、设备的基本构造、操作步骤及注意事项1.高速混合机（1）基本构造1. 回转容器盖2. 回
3、转容器3. 挡板4. 快速叶轮5. 放料口6. 电动机7. 机座图 1 高速混合机（2）操作步骤a.开机前首先检查设备的完好和个润滑点的润滑。b.根据不同的材料确定加工工艺温度。c.首先开低速，再开高速。- 3 -d.卸出物料，卸出物料的时候要用低速。（3）安全注意事项a.严格按照操作规程确定操作顺序。b.开车的时候严禁打开盖。d.折流板的位置必须摆正。e.捏合过程一定要保证被分散物料混合均匀。2双螺杆挤出机组（1）基本构造TSE-35A/400-11-32 同向双螺杆挤出造粒机组包括机械和电气控制两部分组成。机械部分如图 2 所示。1-交流电机 2-主喂料机 3-侧喂料机 4-料筒（内有螺杆
4、） 5-水槽 6-切粒机图 2 双螺杆挤出机组示意图主要包括：传动部分、加料装置、料筒、螺杆、机头与口模等部分。（2）操作步骤第一步：预热升温准备合上控制柜内总电源开关，然后主机电源开关，根据所用物料设定控制温度。第二步：开车当各段加热温度达到设定值并保温 30 分钟，按正常手动盘车，盘动应轻快灵活，无异常现象后，按下列步骤进行操作：A辅机启动。打开切粒机调速器的开关，旋转旋钮使切粒机处于低速旋转状态。B主机启动。在确保主机给定为 0 时，依次按下模拟板上的油泵、主机触摸开关，然后通过旋转主机给定旋钮，缓慢提高主机转速。 （空转时螺杆转速一般在50 r/min 左右，时间不超过 2 分钟。喂料
5、启动后在提高主机螺杆转速。 ）C喂料启动。在主机空转无异常后，按下模拟板上的喂料触摸开关，根据主机转数和出料情况适当调整喂料速度。在加料的过程中，要逐渐增加喂料量，不能突变和超过主机螺杆的承受能力，主机电流不能超过额定值。第三步：拉条切粒当熔体从模板喷出形成料条后，先通过水槽使料条在水槽中冷却，然后牵引料条送入切粒机料条入口，调节切粒机转速使粒料达到要求。注：切粒前应准备如剪刀、铲刀等工具。注意：防止烫伤！第四步：调整待机组运转正常后，根据工艺要求，调节喂料和主机的转数，使二者相互匹配。- 4 -随时密切注意主机和喂料电流指示和整个机组的运转情况。第五步：停机正常停机顺序：A：关闭真空系统B：
6、停喂料机C：逐渐降低主螺杆转速，尽量排尽筒内残存物料（对于受热易分解的热敏性料，停机前应用聚烯烃料对主机清洗） 。D：停辅机。E：按下面板油泵按钮，关闭油泵。F：关闭主机电源和各个电机的电源，切断总电源开关。H：清扫设备。紧急停车遇到紧急情况需停主机时，可迅速直接按下控制柜上的紧急停车按钮，并随即将主机、喂料调回零位。寻找故障原因。（3）安全注意事项a. 设备高温，注意严禁手触，避免烫伤。b. 经常注意电机的电流指示，避免因为阻力过大造成对设备的损坏。四、结果与讨论捏合、挤出造粒杆实验主要是要求学生掌握由物料到混合料的捏合工艺和双螺杆造粒实施方法，简单地了解实验原理和设备操作规程。通过实验现象
7、的观察可以看到实验的最终结果。主要讨论以下几个问题：1. 捏合与混合、塑炼这两种混合手段有和异同点？2. 如何评价混合效果？3. 理论上，按照物料在螺杆中的状态，可以将螺杆分成哪几部分，物料状态如何？4. 试讨论如何设定合适的工艺条件，达到良好的共混效果。5. 试讨论挤出造粒过程中存在哪些因素影响物料的共混效果。实验二 注射成型实验一、实验目的1、 熟悉螺杆式注射机的结构及工作原理。2、 掌握螺杆式注射机的基本操作。3、 了解聚丙烯注射成型的工艺，注射成型标准试样。二、实验原理注射成型就是将塑料（一般为粒料）在注射成型机的料筒内加热熔化，当成流动状态时，在柱塞或螺杆（本实验为螺杆）加压下熔融塑
8、料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间冷却定型后，开启模具即得制品。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。- 5 -三、螺杆式注射机的基本结构注塑机主要由注射系统、锁模系统、模具三部分组成。如下图所示：1、 注射系统注射系统是注塑机的主要部分，其作用是使塑料均匀地塑化并达到流动状态，在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆或柱塞的推进注射入模。包括加料装置、料筒、螺杆（柱塞和分流梭） 、喷嘴六部分。其中螺杆是本系统的主要部件，它的作用是送料、压实、塑化、传压。2、
9、 锁模系统锁模系统的主要作用是在注射过程中能锁紧模具，而在取出制件时能打开模具。3、 模具系统模具是利用本身特定形状，使塑料（或聚合物）成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具。其作用在于：在塑料的成型加工过程中，赋予塑料以形状，给予强度和性能，完成成型设备所不能完成的工作，使它成为有用的型材（或制品） 。四、注射工艺1.温度注射必须在熔融状态下进行，注射温度必须高于熔融温度。2.压力锁模压力，预塑化压力，注射压力对注射成型的影响。注射压力的设定根据塑料的品种与牌号，每种不同牌号的熔融指数也不同，一般 PP 的注射压力为 80100MPa 。3.时间注射时间，保压时间，冷却时间对注射成型的影响。保
10、压时间和冷却时间根据材料的品种制品的形状尺寸等因素来设定。五、 实验步骤1、 开机准备（1） 预热升温准备合上控制柜总电源开关，根据物料设定合理的工艺温度、压力、时间。打开冷却水阀门。（2） 注射- 6 -当各段温度加热到设定值后，保温 5-10 分钟，依次进行如下操作：1. 启动油泵2. 将物料到入料斗3. 选择手动模式 预塑化，关上拉门，合模，注射机座进，一级注射，二级注射，三级注射，预塑化，注射机座退，开模，拉开拉门，取出样件。 合模，注射机座进，一级注射，二级注射，三级注射，预塑化，注射机座退，开模，拉开拉门，取出样件。4. 选择半自动模式在手动模式调节好以后，选择半自动模式，关上拉门
11、，合模，设备会自动完成以下过程（注射机座进，一级注射，二级注射，三级注射，预塑化，注射机座退，开模） ，拉开拉门，取出样件。2、 注射机各段加热温度的调整根据物料熔体粘度调整机筒温度3、 锁模压力，预塑化压力，注射压力的调整根据塑料充模情况，调整锁模压力，注射压力，注射时间4、 保压时间，冷却时间的调整根据试样的冷却情况调整保压时间，冷却时间5、 清理螺杆六、 安全注意事项1. 设备高温，注意避免烫伤。2. 手伸入模具内时，要确保无闭模动作。若长时间在模具里工作，需将马达关掉。3. 锁模时，监视面板的压力一定变为 0，模具才被锁紧。4. 塑胶后，将喷嘴的物料清净后，在座进，防止物料赌注模具入口
12、。七、 思考题1、 注射机的螺杆与挤出机的螺杆在结构和形式上有何异同点。2、 讨论注射成型工艺的影响因素。实验三 塑料熔融指数测定专业实验一. 试验目的：1.掌握塑料熔融指数（MI）值的测定方法。2.掌握熔融指数仪的操作方法。二. 实验原理：熔融指数是评价热塑性塑料流动性的一种标志。它是在一定的温度和负荷下，测试热塑性塑料熔体在一定温度、压力下，每 10min 通过标准口模的质量来表示的（ g/10min） 。虽然熔融指数不能测定塑料的粘度，但可以比较同种聚合物的分子量大小，能方便的表示其流动性的高低。因此，在塑料成型加工中，对于材料选择和成型工艺的确定，具有实际意义。本机主要用于测试熔融粘度
13、较低（流动速率 0.1550 g/10min）的热塑性塑料。二. 实验试样：（1） 试样形状：颗粒、粉料、小块、薄片等均可。（2） 试样干燥处理：吸湿性试样，实验前必须按产品标准规定进行干燥处理。- 7 -三. 实验条件：标准实验条件见表 1，有关塑料实验条件选用序号如下：聚乙烯 1，2，3，4，6聚丙烯 12，14聚苯乙烯 5，7，11，13ABS 7，9PA 10，15PC 16POM 3聚丙烯酸酯 8，11，13纤维素酯 2，3共聚、共混和改性等类型塑料可参照上述分类实验条件。表 1 测试融体流动速率的标准实验条件序号 标准口模内径（mm）实验温度（）口模系数（g*mm 2）负荷（kg）
14、1 1.180 190 46.6 2.1602 2.095 190 70 0.3253 2.095 190 464 2.1604 2.095 190 1073 5.0005 2.095 190 2146 10.000.6 2.095 190 4635 21.6007 2.095 200 1073 5.0008 2.095 200 2146 10.0009 2.095 220 2146 10.00010 2.095 230 70 0.32511 2.095 230 258 1.20012 2.095 230 464 2.16013 2.095 230 815 3.80014 2.095 230
15、1073 5.00015 2.095 275 70 0.32516 2.095 300 258 1.200四实验步骤(1)将试料出口控制柄打至拆模位置，此时试料出口呈开启状态。(2)用细孔模测定规住细孔模膜，并将其放入试料出口处管内（或将细孔模从进料口放入，然后用棒将细孔模捣如试料出口处管内）将细口模留至管内，可用观察镜观察看安装是否妥当，并将试料控制柄打至挡料位置。(3)按下“POWER”键，启动机器。(4)温度控制器和记时器设定测试所须温度和时间。(5)待到达设定温度后，将电木进料漏斗放置于圆柱筒上方，将试料从电木漏斗小心放入。(6)用捣料棒插入园柱筒内上下移动,直到试料完全捣入园筒内为止
16、。(7)然后用加压砝码棒插入园柱筒内。(8)依据实验规定要求选用适当砝码。(9)将选用砝码置于加压砝码棒上，数分钟后试料熔化，砝码随之缓慢下降。(10)开始实验a.此时熔化试料会从细孔模孔留出细长形物。b.设定切料方式。c.熔化试料会从细孔模孔留出细长形物,为求测试结果的一致性，前段融化所留出样不予采- 8 -用，待加压砝码下降至预热线到园筒盖进料口时，将试料出口控制柄打至挡料位置，预热46min 再将控制柄打至出料位置，让融体开始流出，这一段仍不采用，直到取料开始线到达进料口时，立即将其切断，才开始记时取料，而超过取料结束线即不在取料。d.开始切料（在规定的时间内机器会自动切料） 。e.将规
17、定时间内切下的试料聚集在一起，称出它的重量（g） 。f.测试完毕，关闭电源，将试料出口控制柄打至拆模位置，取出细孔模，并清洁所有附件，放回原处。五. 注意事项 循环切粒：在记时器上设定自动切粒间隔秒数，然后启动 AUTO 键，设定时间到达后即开始自动切料一次并循环做切粒测试，如要停止此动作，再按一次 AUTO 键即可。 任意切料：不管时间，启动此 MANUAL 键，即切料一次。 手动切料：启动此 BZSW 键，设定时间到达时，此时会响，可通过工具切料。 因机器处于高温中取出任何附件时，应带手套，以免烫伤。 若不再测试时，最好等机器冷却后再取附件。 实验温度是否和实际温度相符。可将表面温度计插入
18、实验机感测温度，并校正实验温度。 实验所用的不同的压力，因此选用砝码时注意是哪些砝码。六实验数据处理熔融指数 MI（g/10min）= 称出的重量（g）600（秒）/设定切料的时间（s） 。实验四 维卡软化温度的测定专业实验一. 实验目的和原理：1、 掌握塑料维卡软化点温度的测定方法。2、 掌握 XWB300C 型热变形、维卡软化点温度测定仪的操作方法，并了解其工作原理。热变形温度是塑料试样浸在一种等速升温的液体传热介质中，在简支梁弯曲负载作用下，试样弯曲变形达到规定值时的测定温度。维卡软化温度是塑料与液体传热介质中，在一定的负荷和一定的等速升下，试样被 1mm2 针头压入 1mm 时的温度。
19、XWB300C 型热变形、维卡软化点温度测定仪。性能指标：温度范围，室温-300oC，升温速率 120 oC/h 或 50 oC/h，温度误差 1 oC，最大变形误差： 0.01mm。二. 实验操作过程2.1 载荷的选取（1）维卡试验有两种规定的负荷，即A、9.81N（1Kg 的砝码：负载杆托盘+C+D+E+F+20g+5g+2g ）B、49.05N（5 Kg 的砝码：负载杆托盘A B+C+D+E+F+20g）（2）热变形试验负荷 LbhF32- 9 -其中 :1800kPa 或 450kPa， b:试样宽度，h:高度，L:两支点距离。 2.2 试样的安装试样：维卡试验要求试样厚度为 3-6m
20、m，长度和宽度要大于 1010mm2 或直径大于等于 10mm 的圆盘。另外还要求试样要光洁、平整，无气孔、气泡和毛刺、毛边等。安装：取出试样架，将试样放在两圆形支柱上，试样要放平、放正，不要与两边接触，然后落下负载杆，把试样架放回油浴内，将选配好的砝码垂直平稳地放在负载杆托盘上。搅拌：调整主机后面搅拌旋钮，使搅拌效果最佳。传感器的调零：在复位状态下（按下“复位”键） ，按下“调零”键，此时有声光报警，表明传感器不在零范围。依次调整位于试样架垂直导杆上的传感器座的高低位置，直到进入范围，结束声光报警为止。2.3 设定设定键依次对试验类型、上限温度、试验架号、变形量和升温速度进行设定。（1） 在
21、复位状态下，按下“设定”键，CRT 器显示如下。试验类型，包括热变形试验和维卡试验，用“ ”和“ ”来设定，再按下“设定”键此项设定完成，同hCoH/120V2时 CRT 器显示下项设定内容，即上限温度。若不用“ ”和“ ”设定，直hCoH/120V2接按下“设定”键，仪器自行设定为热变形试验，同时显示上限温度。（2） 上限温度即试验所要到达的最高温度，到达上限温度仪器自动停止工作。具体数值略高于材料的热变形、维卡温度。依次按下相应的数字键，按下“设定”键此项设定完成，同时显示试验架号。若此项不做设定，直接按下“设定”键，仪器自行设定为 300oC 为上限温度值，试验采用 0-300oC 座标
22、。（3） 试验架号即试验所用的试验架序号，若试样架全部使用按下“设定”键即可，同时显示下一项变形量。若试样架未全部使用，在数字键按下所使用的试样架号，在按下“设定”键即可。（4） 变形量，即标准所规定的试样受热变形量到达该值时，记下试样温度。它可在数字键上直接设定（单位 0.01mm） 。观察屏幕设定正确后按下 “设定”键，同时显示升温速度。如此想不进行数字键设定，直接按下“设定”键，在热变形试验中仪器自行设定为 25（即 0.25mm） 。在维卡试验中，此项不需要设定，仪器自行设定为100（即 1mm 标准） 。（5） 升温速度即温区的温度按所设定的值线性增长，在热变形试验中一般采用120o
23、Ch 的升温速度。该项设定可通过数字键 “ ”和“ ”来完成，hCoH/120hCo/50最后按下“设定” ，屏幕上的“S”闪耀消失，这时仪器自动退回复位状态。若此项不设定，直接按下“设定”键，仪器自行设定为 120 oCh。2.4 启动试验等待五分钟启动试验。在复位状态下，按下“启动”键即可启动试验。屏幕显示工作坐标，同时启动加热，屏幕右上角的“ oC”和右下角的“ 分”发生有节奏的闪耀，表明工作正常。另外屏幕随时作出温度形变曲线和显示油浴温度和试验时间，试验结束时发出声光报警，并自动给出试验结果，停止加热。2.5 打印结果打开打印机开关，装好打印纸。在复位状态下，按下“打印”键，打印机便可
24、将屏幕内容打印下来。- 10 -2.6 冷却油浴温度在 150 oC 以上时，通压缩空气冷却， 150 oC 以下时，用水冷却。2.7 关机试验完成后，按以下顺序关机：打印机CRT控制箱 主机电源。三注意事项1. 在调零状态下，注意上推或下拉测量杆时，要用手按住尼龙端盖，不要把端盖拉掉。2. 在试样安装和取出时，不要将试样掉进油浴内。3. 负载杆和导管间要经常用酒精清洗干净。4. 装卸砝码时，要将变形传感器探头移开，以免将探头碰坏。5. 仪器长时间不用时，也应定期通电加热，保持加热管内干燥。避免使用中干烧过热，防止加热管爆裂。6. 变形传感器不在零范围或设定不正确，实验不能正常启动，重新调整和
25、设定。7. 最后一项设定完成后，一定要按下“设定”键退出设定状态，设定数据才能入内存。8. 在试验中，特别是材料已经变形后，不能停止试验，否则影响试验数据。四实验数据处理通过实验直接给出所测试样的维卡软化温度，最终试验结果取三组数据的平均值。参考书1.GB1633-79 热塑性塑料的软化点（维卡）试验方法实验五 聚合物的拉伸行为与应力一应变曲线对聚合物施加单向拉伸力得到应力应变曲线，这是应用最广泛的一种力学试验。从应力应变曲线上可以求出诸如抗张弹性模量，屈服应力，屈服伸长，断裂强度，断裂能等一系列力学性能参数，从而为分析材料的综合性能，预测材料的应用范围及设计实用制品提供了依据。一、实验目的1
26、了解拉力试验机的基本原理，掌握其操作方法。2测定聚丙烯(PP)在不同拉伸速率或不同温度下的负荷形变曲线：观察聚丙烯在拉伸过程中的现象。3绘制应力应变曲线，计算各种拉伸力学性能，解释聚丙烯在拉伸过程中的力学行为。4.了解拉伸速率和温度对应力应变曲线的影响；通过对这两种影响的比较，加深对时间温度等效原理的理解。二、基本原理拉伸试验是在一定的温度和速度下，对标准试样沿其纵轴方向施加拉伸力，并使其破坏。拉仲时，试样在纵轴方向产生的标准称应力为：FA （1）其中 F 为拉仲负荷。人为试样的初始截面积。试样的应变 为：- 11 -(2)0ll其中 l0 为试样两标线间的初始长度， l 试样两标线间拉伸后的
27、长度。从试验中所得到的 FL 曲线经过变换即得到应力应变曲线( 曲线) 。从该曲线的形状可判断材料的软、硬、韧、脆等特性，并得到各种力学性能。见图 1。在拉伸过程中，试样在受力方向的截面积是不断变化的。根据应变的定义真应变 为： (3)1ln(lldo假定材料的泊松比为 0.5，即在形变过程中试样体积不变，且在拉仲过程中形变均匀发展，则可得到真应力 。(4)1(/)1(/0 AF式中 A 为试样的瞬时截面积 , A0 为试样的初始截面积。由此可以求出其应力应变曲线( 曲线) 。当材料形变很大时， 曲线与 曲线相差很大，聚合物的力学行为区别于其它材料的量突出特点是它具有粘弹性，其力学行为强烈依赖
28、于温度和形变速率。图 2、图 3 分别表示出在不同温度和不同形变速率下的 曲线。从图中可以看出，降低形变速享与升高温度有相同的效果。随着试验条件的改变，聚合物可表现出各种类型的力学行为。聚合物的这一特性，在试验和应用中必须加以注意。一切力学性能数据必须标明试验温度和速率，以免得出完全错误的结果。 二、仪器及工具RG2000 一 10 微机控制电子万能实验机，千分尺，游标卡尺。电子拉力机原理如图 4 所示。试样变形所承受的力通过力传感器中的电阻应变片转化为电讯号，经过放大输入 X丫记录仪的 Y 轴。形变由传感器变成电讯号，放大后输入记录伐的 X 轴。这样就可以在记录仪中自动绘出负荷形变曲线。通过
29、速度控制系统可以得到不同的工具移动速率。- 12 -三、实验步骤1试验样品：纯聚丙烯与碳酸钙填充聚丙烯注射样条。2试样尺寸：在实验前用千分尺精确测量厚度。每根试样测量三点取算术均值，并计算截面积 A0，用游标卡尺在试上对称选取 l0=25mm 作为标线间距离。3试验条件：拉伸速率(mmmin)：5，10，20温度() ：室温。每一条件下至少得到 5 个有效数据(即断裂在两标线间发生时的数据) ，取算术平均值。4试验过程：按 GBl03970, GBl04070(除第三条外)方法进行试样处理。仪器操作参阅“RG2000 一 10 微机控制电子万能实验机使用说明书” 。5仔细观察试样形状及外观随负
30、荷变化情况。四、数据处理及结果分析1绘成 曲线。2把不同条件下测得的数据及观察到的现象填入下表。3根据实验结果，分析纯聚丙烯与碳酸钙填充聚丙烯试样在各实验条件下的力学行为分别属于下列何种力学类型：软而弱。软而硬、硬而强和硬而韧?聚丙烯在务实验条件下的断裂分别属于何补类型，脆性断裂还是韧性断裂?将分析结果填入表中。五、思考题1聚合物的力学性质，如刚性、回弹性、延性和韧性分别用何种力学参数来表征?2工程上如何确定抗张强度?它与屈服应力，塑性强度和断裂强度有何关系？3区分脆性断裂和韧性断裂的依据是什么?4聚丙烯片材在拉伸屈服点前，在其内部形成互相交叉的剪切带，带与拉伸方向大致成45o 倾角，试从应力
31、分析解释这一现象。5结晶聚合物的拉伸过程有何特点？它与无定形聚合物的拉伸过程有何区别?6温度和拉伸速率对聚合物力学行为的影响具有等效性，怎样解释?7试 验 数 据 的 分 散 性 与 哪 些 因 素 有 关 ?如 何 降 低 数 据 的 分 散 性 ?参 考 资 料 :- 13 -1成 都 科 技 大 学 等 合 编 高 分 子 物 理 学 第 七 章 ， 化 学 工 业 出 版 社 19812晨 光 化 工 厂 塑 料 测 试 ， 第 一 章 ， 第 二 章 ， 燃 料 化 工 出 版 社 19733中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 塑 料 力 学 性 能 试 验 方 法 技 术
32、标 准 出 版 社 ， 1980实 验 样 品 ； 实 验 温 度 实 验 日 期 注 ： 出 现 的 现 象 划 ， 不 出 现 的 现 象 划 X。实验六塑料冲击强度实验一、实验原理塑料制件在使用过程中，招致毁损的最普遍原因之一是受到外力冲击，所以塑料除进行静力试验外，还需进行动力试验，通常把材料抗御外力冲击毁损的能力称为“韧度” ，而拉伸速率 mmmin有效长宽试样尺寸mm 厚屈服强度 MPa断裂强度 MPa断裂伸长率杨氏模量 MPa现象：颈缩冷拉力学类型断裂类型- 14 -冲击强度则是测定韧度的主要指标，它可以理解为试样受冲击破坏时单位面积上所消耗的能量。不同聚合物抵抗外界冲击能而避免
33、材料发生破坏的能力不同，聚合物抵抗外界冲击能而避免材料发生破坏的能力成为聚合物的冲击强度。聚合物的冲击强度越大，其韧性越好。聚合物的冲击强度是通过将聚合物材料加工成标准试样，然后在冲击试验机上测得。试样有两种类型，一种有缺口，一种没有缺口。对有缺口试样，其冲击强度值为机器读数除以试样宽度（去掉缺口部分） ；对无缺口试样，其冲击强度值为机器读数除以试样截面积。本试验是在 XJU22 悬臂梁冲击实验机上用具有一定位能的摆锤高速冲击试祥，致使试样断裂来测定冲击强度的。材料的冲击强度值在很大程度上决定于它的试验温度，加荷的速度，试样切口的有无以及能引起局部应力的其它因素。二、试样() 试样带有缺口和不
34、带缺口，二种形状见图 1无缺口试样L：长度 d：厚度 b：宽度 rI：园弧半径缺口试样dI：缺口深度 bk：缺口宽度(二)试样尺寸(三)每组试样不少于 5 个，表面平整，无气泡、裂纹、分层和加工损伤等，缺陷。(四)缺口可以机械加工也可直接模塑。三、试验条件()试验环境与拉伸试验同。(二)试样跨度，大试样和板材试样为 70 毫米，小试样为 40 毫米。四、试验设备摆锤式悬臂梁冲击试验机，试验在摆锤总能量的 10、859f 范围内使用。摆锤、试样、支座的尺寸及相互位置见图 510。五、试验步骤试样预处理与拉伸试验同。测量试样中部的缺口宽度和厚度，准确至 0.05 毫米，测三点取平均值。选择摆捶，调
35、整零点。放好试样，缺口面或未加工面背向摆锤，试样宽面紧贴支承面。将摆锤放在锁钩上，把刻度表指针拨向最大数值处，平稳放开锁钩，读取所消耗的功。- 15 -凡试样不破裂或不破裂在中间三分之一，不破裂在缺口处时，试样作废另行补做。六、结果处理国标规定：无缺口的试样冲击强度 an(KJm 2 和有缺口的试样冲击强度 ak(KJm 2)，分别按下式计算：, bdnNaAkbdkaA二美国材料学会（ASTM）中采用试样单位缺口宽度吸收的能量为冲击强度（单位 KJm） 。An无缺口的试样所消耗的功， J；Ak有缺口的试样所消耗的功， J；b试样宽度，厘米；d无缺口试样厚度，厘米；dk有缺口的试样在缺口处的剩
36、余厚度。七、实验注意事项1. 为保证实验结果准确，每次实验前要将冲击试验机进行零点效正。2. 要保证试样夹持正确。3. 对缺口试样，一定要测量去掉缺口部分的宽度。4. 装卸试样时，一定不要碰操作手柄。5. 冲击试样时，一定不要站在试样飞出的地方。八、问题讨论1. 为什么不同厚度试样测出的冲击强度值不能相互比较?2. 试考虑缺口试样上缺口起什么作用?参考书l、GBl043 一 79 塑料简支梁冲击试验方法，GB1843-80 塑料悬臂梁冲击试验方法。2、ISO180-82 和 JB/T87611998 标准3、塑料测试晨光化工厂编著。技术规格：冲击速度 3.5 m/s摆锤能量 5.5 J 11
37、J 22 J摆锤扬角 160摆锤中心至冲击刀刃距离 0.322 m摆锤力矩 5.5 J 摆锤 PL=2.8355 Nm11 J 摆锤 PL=5.671 Nm22 J 摆锤 PL=11.3419 Nm实验七 管材挤出成型- 16 -一、 实验目的1. 掌握挤出成型的基本原理2. 掌握单螺杆挤出机的基本结构3. 了解管材挤出成型的工艺过程及基本操作二、 实验原理2.1 挤出成型的基本原理挤出成型又称挤压模塑或挤塑，是借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力的推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。挤出成型几乎可以成型所有的热塑性塑料，也可以加工某些热固性塑料。生产的
38、制品有管材、板材、薄膜、线缆包复物以及塑料与其它材料的复合材料等。挤出设备还可用于塑料的塑化造粒、着色和共混等，所以挤出成型是生产效率高、用途广泛、适应性强的成型方法之一。按照加压方式的不同，挤出工艺可以分为连续和间歇两种。连续法所用的设备为螺杆式挤出机；间歇法为柱塞式挤出机。螺杆式挤出机又可以分为单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。螺杆式挤出机是借助螺杆的旋转产生的压力和剪切力，使塑料充分塑化和均匀混和，通过口模而成型；因而使用一台挤出机就能够完成均匀混合、塑化和成型等一系列工序，进行连续化生产。柱塞式挤出机主要借助柱塞压力，将事先塑化好的物料从口模中挤出而成型，料筒内物料挤完后柱塞退回，待加入新的
39、塑化料后再进行下一次操作，生产是不连续的，而且对物料不能充分搅拌、混合，还得预先塑化，故一般不采用此法，仅用于粘度特别大、流动性极差的塑料，如硝酸纤维素塑料等的成型2.2 单螺杆挤出机的基本结构在塑料挤出机中，最基本和最通用的是单螺杆挤出机，它的基本结构主要包括：传动部分、加料装置、料筒装置、螺杆、机头和口模等五部分。（一）传动部分通常由电动机、减速器和轴承等部分组成。在挤出过程中，要求螺杆转速稳定，以保证制品质量均匀一致。（二）加料装置供料一般采用粒料，也可以采用带状料或粉料。装料设备通常都使用锥形加料斗,其容积至少应能容纳一小时的用料。料斗底部有截断装置，以便调整和切断料流，料斗侧面有视孔
40、和标定计量的装置。有些料斗并带有可防止原料从空气中吸收水分的真空（减压）装置或加热装置，有些料斗有搅拌器，并能自动上料或加料。（三）料筒为一金属圆筒，一般用耐温耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。一般料筒的长度为其直径的 1530 倍，其长度以使物料得到充分加热和塑化均匀为原则。料筒应有足够厚度、刚度；在料筒外部附有用电阻、电感或其它方式加热的加热器、温度自控装置及冷却（风冷或水冷等）系统。- 17 -（四）螺杆是挤出机最主要的部件，它直接关系到挤出机的应用范围和生产率。通过螺杆的转动对塑料产生挤压作用，塑料在料筒中才能够产生移动、增压和从摩擦取得部分热量，塑料在
41、移动过程中并得到混合和塑化，粘流态的熔体在被压实而流经口模时，取得所需形状而成型。与料筒一样，螺杆也是用高强度、耐热和耐腐蚀的合金钢制成。由于塑料品种很多，性质各异；因此为适应加工不同塑料的需要，螺杆种类很多，结构上也有差别，以便能够对塑料产生较大的输送、挤压、混合和塑化作用。较为常见的螺杆有渐变型（等距不等深、等深不等距） 、突变型、鱼雷头型螺杆等。表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。物料沿螺杆前移时，经历着温度、压力、粘度等的变化；根据物料的变化特征可将螺杆分为加料段、压缩段和均化段。加料段的作用是将料斗供给的料送往压缩段，塑料在移
42、动过程中一般保持固体状态。压缩段的作用是压实物料，使物料由固体转化为熔融体，并排除物料中的空气，本段螺杆应对塑料产生较大的剪切作用和压缩。均化段的作用是将熔融物料定容（定量）定压地送入机头使其在口模中成型。（五）机头和口模机头的作用是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，还赋予必要的成型压力，使塑料易于成型并使所得制品密实。口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模中流动取得所需形状，并被口模外的定型冷却系统冷却硬化而成型。（六）辅助设备主要包括： 原料输送、干燥等预处理设备； 定型和冷却设备； 可调速牵引装置；成品切断或辊卷装置等。
43、- 18 -2.3 管材挤出成型工艺过程管材挤出成型的程序为：物料的干燥、挤管、管材的定型和冷却、管材的牵引与卷取，其工艺过程如下图。1挤管 ； 2定型和冷却 ； 3牵引 ； 4辊卷三、实验步骤第一步：预热升温准备合上控制柜内总电源开关，然后插上电源插头，打开控制箱左侧的总电源开关，然后根据所用物料设定控制温度。第二步：开机启动水泵，在定径仓及冷却仓内加入适量的水。当各段加热温度达到设定值并保温30 分钟后，启动主机和牵引装置，调整主机速度旋钮将螺杆转速控制在较低的范围，用手工操作将管材穿过定径套，并用手工牵引管材通过定径仓及冷却仓，当到达牵引装置位置时使管材上辊，调整牵引速度旋钮及主机速度旋
44、钮使牵引速度与主机速度相匹配（牵引速度可稍高于主机速度，对管材进行适度的拉伸） 。待挤出、定型、冷却及牵引这一系列过程都已完整而连续进行后，将定径仓的密封盖盖上并密封，打开真空系统，在定径仓内形成负压，使管材紧贴定径套以定管材的外径。通过牵引装置后的合格管材即可以进行卷取。观察整个生产过程情况，适时调整各机组的运转参数，保证实验的正常进行。第三步：停机首先将定径仓的密封盖打开；关闭料斗底部的截断装置，待主机将料筒内物料适量挤出后，逐渐减速，停止主机运转；将牵引速度旋钮调到零的位置，关闭牵引装置及水泵冷却装置；关闭控制箱左侧的总电源开关；拔下电源插头，关闭控制柜内总电源开关。安全注意事项：手工操
45、作将管材穿过定径套时，应小心操作，防止熔融物料将手烫伤- 19 -设备高温，注意严禁手触，避免烫伤。三、 结果与讨论管材挤出成型实验主要是要求学生掌握由物料到挤出管材的成型实施方法，理解实验原理及设备操作规程。通过实验现象的观察可以看到实验的最终结果。主要讨论以下几个问题： 螺杆结构的各基本特征参数对挤出管材制品有何影响？ 理论上，按照物料在螺杆中的状态，可以将螺杆分成哪几部分，各段物料状态如何？附：SJ25/30 管材挤出机组主要技术指标螺杆直径 25mm螺杆型式 渐变式螺杆（等距不等深） 长径比 30：1中心高 1000mm螺杆最高转速 121rpm塑化能力 8Kg/h驱动电机 3KW机筒加热功率 3.6 KW模具加热功率 600W加热段数 机筒三段模具一段水泵功率 1.5 KW冷却水槽长度 1970 mm牵引电机 0.55 KW牵引速度 026 m/min机组总功率 9KW
