硬质及软质PVC棒材的成型加工与力学性能测试.doc

实验二十二 硬质及软质 PVC棒材的成型加工与力学性能测试（～ 20 学时）一、实验目的1．了解聚合物加工成型的基本原理和过程2．掌握硬质和软质 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学性能测试方法4．了解塑料挤出机的构造和使用方法二、实验原理 [1-4]PVC （聚氯乙稀）是由氯乙烯单体经过加成聚合反应而合成的热塑性树脂 PVC 塑料在 1966 年以前曾是塑料产量中最大的一种目前仍是五大通用树脂之一PVC 树脂的应用非常广泛，用它可以制成薄膜，硬管，纤维，人造革，电线电缆的绝缘层，设备衬里以及包装涂层等另外 PVC 是塑料建材的主要原料树脂， PVC 塑料建材已占塑料建材的半壁江山如， PVC 墙板、地板、天花板、硬质泡沫、软质隔音泡沫以及塑钢门窗等，在建筑行业中有着广泛而重要的应用PVC 分子极性较强，分子间的作用力较大，玻璃化转变温度为 80～ 82℃ PVC 可以看成是无定形聚合物，对热敏感，极易在热的作用下脱去 HCl 而引起降解和交联 PVC 的热分解温度高于粘流温度，在加工成型时配料中必须加入热稳定剂PVC 树脂可以被制成硬质或软质制品制品的“软”或“硬” ，很大 程度上决定于成型配方中增塑剂的含量。

通过调整增塑剂的用量，可以得到具有不同柔软度的 PVC 材料和制品 PVC 树脂价格低廉，不易燃，综合性能优异，其软硬制品在人们的生活和生产中均有广泛的应用，占有很重要的地位聚合物制品的获得， 必须经过加工成型过程 所谓的聚合物加工成型， 即将树脂转变为有用并能保持原有性能的制品的过程 塑料加工成型的方法包括压制成型， 注射模塑， 压延成型，片材的热成型及挤出成型等挤出成型，又称挤出模塑，它在热塑性塑料加工领域中占有非常重要的地位 由挤出方法制成的产品都是连续的型材， 如管，棒，丝，板和薄膜等挤出加工所用的设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两类 前者又有单螺杆挤出机和多螺杆挤出机之分使用较多的是单螺杆挤出机，其基本结构主要包括传动装置，加料装置，料筒，螺杆，机头和口模等五个部分螺杆是挤出机的关键性部件，其示意图见图 1塑料制品的挤出成型基本过程是：首先将树脂 /助剂配合料装入到料斗内在螺杆的转动下，物料被输送进入挤出机料筒内并发生移动在此过程中，物料受热熔化并得到增压78定量定压后的熔融物料经由机头流道进入口模 口模是制品横截面的成型部件， 连续挤出的制品在此处获得所需的形状挤出物冷却、牵引、卷取和切断，至此完成挤出过程。

聚合物制品的获得，有三个基本因素，即配方，工艺和加工成型设备因此，塑料制品设计， 从加工这方面来说， 应包含配方设计、 工艺设计和加工机械上的有关主要配件的设计（如模具设计，螺杆设计，机头设计等） 产品设计的完整过程可以用如下的示意图表示：配方设计样品结构分析工艺设计 样品制备样品性能测试机械配件设计修 正产品设计中， 配方设计是基础， 它在很大程度上决定着工艺如何制定 配方设计的内容，包括主体树脂的选择及与其他树脂的配合，树脂与助剂的配合以及各种助剂之间的配合等本实验的内容属于高分子材料成型加工领域 本实验的安排有几个出发点： 第一，着眼于让学生了解和掌握聚合物产品设计的全过程； 第二，了解 PVC 塑料配方设计的基本内涵，掌握 PVC 挤出成型加工的基本技术三、设备，仪器和原料设备： XJ－ 01 型塑料挤出机 （吉林大学科教仪器厂） ；电动搅拌器；单口电热恒温水浴锅；电子万能试验机 （CSS－2202 型，长春试验机研究所）；电子天平（精确度为0.01g）；器皿： 单口圆底烧瓶二个（ 100ml ，250ml ）；两口圆底烧瓶一个（100ml）；烧杯三个（ 50ml，100ml ， 200ml ）；玻璃吸管；试剂瓶（磨口，100ml ）一个，药匙一个，红蓝铅笔一支； [ 共用：保干器一个，信封若干，游标卡尺一把，钢尺（50 厘米规格）2 把 ]（，北京化工二厂生产）；邻苯二甲酸二 (2- 乙基己 )酯（ DOP）；原料：聚氯乙烯（ PVC ）树脂 P2500硬脂酸钙（ CaSt）；硬脂酸锌（ ZnSt）四、实验步骤第 1 单元 ：仪器的认领，洗涤及干燥第 2单元：（ 1）钙 /锌复合稳定剂的准备： 准确称取 23g CaSt， 7gZnSt，先后加入至单口圆底烧瓶中，机械搅拌 5 分钟。

停止搅拌，静置 10 分钟后出料，装入试剂瓶中备用 2） PVC 树脂的增塑剂吸收按表 1 中所列配方称取物料（每一配方中， PVC 树脂皆取 5g）先将 PVC 树脂加入至100mL 的圆底烧瓶中，再将 DOP 滴入烧瓶放在 105℃油浴中，高速搅混 25 分钟，搅拌速度为 500～600 转 /分，使 DOP 被 PVC 充分吸收停止搅拌，静置 3 分钟，加入钙 /锌复合稳定剂，继续搅混 5 分钟物料冷却至室温，出料，装入试剂瓶中备用79表 1配 方 表编 号PVC （份）DOP （份）Ca/Zn 稳定剂（份）p-1100105p-2100205p-3100305p-4100405p-5100505p-6100605p-7100705p-8100805p-9100905p-101001005第 3单元：（ 1）PVC 棒材的挤出成型： 将挤出机的温度设定在 180℃，预热一个小时物料从加料口加入，连续挤出得到棒状制品注意加料不能过多，否则易堵塞加料口 2）挤出机料筒和螺杆的清洗： 挤出加工完成后，用粉状 HDPE 树脂清洗螺杆，并及时抽出螺杆擦拭干净，小心存放第 4单元：（ 1）样品的力学性能测试：将得到的棒状产品截断成长 11cm 的样品，每种配方取 5 个样品。

在每一样品的距离中点两边各 1.5cm 的处以红色横线做好标记， 利用游标卡尺测定每根样品的直径 然后在万能试验机上进行拉伸实验（计算机操作系统为 CTG2.0 for Windows ）测试的条件为：环境温度： 25 ℃左右环境湿度为： 50％ RH 左右数据跟踪方式：负荷－位移负荷衰减档： 5横梁速度： 30mm/min量程： 10KN打印得到的“负荷－位移”曲线，并记录在断裂时两个标记之间的距离测得样品的初始弹性模量，拉伸强度和断裂伸长率 2）力学性能测试数据处理：拉伸强度和弹性模量通过以下公式计算：拉伸强度： σt ＝P/ π · ( φ/2) 2 [MPa]式中： P－最大负荷 （N）φ －直径 （ mm）弹性模量（对于负荷－位移曲线） ： Et ＝ δ / ξ [MPa]式中： δ －应力 (MPa)ξ －应变80六．思考题1．PVC 加工用的物料中为何要加入稳定剂？除了本实验中所用的钙锌稳定剂外，还有哪些稳定剂可用？2．PVC 物料混配时，为什么要先加增塑剂，后加稳定剂？3．请描述 PVC 树脂的增塑剂吸收过程4．DOP 对 PVC 增塑的原理是什么？增塑剂用量对最终制品的外观和力学性能有何影响？七 .参考书[1] 任世荣著 . 塑料助剂 .中国轻工业出版社， 1997.[2] 郑德，李杰主编 . 塑料助剂与配方设计技术 .化学工业出版社， 2003.[3] 成都科技大学主编 .塑料成型工艺学 .中国轻工业出版社 .1983.[4] 王贵恒主编 .高分子材料的成型加工原理 .化学工业出版社 .1982.81。