高分子材料与工程专业实验专用周指导书Word格式文档下载.docx

高分子材料与工程专业实验专用周指导书Word格式文档下载.docx

《高分子材料与工程专业实验专用周指导书Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分子材料与工程专业实验专用周指导书Word格式文档下载.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

在不同温度和不同转速下进行测定，可以了解加工性能与温度、剪切速度的关系。

转矩流变仪在共混物性能研究方面应用最为广泛。

转矩流变仪可以用来研究热塑性材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为。

三、实验原料和仪器设备

1、原料：

硬质PVC干混料

在硬质PVC干混料配方中，除PVC树脂外，为了获得合适的工作及加工性能，需要配合各种成分，这些成分对干混料熔体的流变性有不同的影响，从而显著地影响物料最终的加工性能。

在混炼器上测量干混料的流变曲线是了解配方中各组成成份对物料加工性能影响的有效方法。

典型的硬质PVC流变曲线（扭矩谱）以及物料状态与实际加工设备之间的关系如图1所示。

图中第一个峰（A）为加料峰，第二个峰（B）为塑化峰，第三个峰（C）为分解峰，分别表示物料的加入、塑化和分解。

加料峰到塑化峰之间的时间间隔为塑化时间，塑化峰到分解峰之间的时间间隔为热稳定时间。

在实际加工时，物料在螺杆塑化段内的停留时间应不小于塑化时间，保证物料的充分塑化，并且在热分解之前完成加工。

图1硬质PVC干混料密炼的扭矩谱

2、仪器设备

RM-200型转矩流变仪（哈尔滨哈普电气技术有限责任公司）与混炼器单元一套构成密炼机式转矩流变仪，如图1所示。

图1转矩流变仪示意图

1－压杆；

2－加料口；

3－密炼室；

4－漏料；

5－混炼器；

6－紧急制动开关；

7－手动面板；

8－驱动及扭矩传感器；

9－开关；

10－计算机

（1）转矩流变仪的组成：

①混炼器内部配备压力传感器、热电偶，测量测试过程中的压力和温度的变化。

②驱动及转矩传感器转矩传感器是关键设备，用它测定测试过程中转矩随时间的变化。

转矩的大小反映了材料在加工过程中许多性能的变化。

③计算机控制装置用计算机设定测试的条件如温度、转速时间等。

并可记录各种参数（如温度、转矩和压力等）随时间的变化。

（2）性能指标

混炼器转速最大值120r/min；

转矩最大值200；

熔体温度测量范围为室温至300℃，温度控制精度为±

1℃。

（3）扭矩流变仪转子

转矩流变仪转子如图2所示，转子有不同的形状，以适应不同的材料加工。

混炼器机配备的转子为西格玛（Σ）型转子。

在密炼室内不同部位的剪切速率是不同的，两个转子有一定的速比，一般为3:

2（左转子：

右转子），两转子相向而行，左转子为顺时针，右转子为逆时针。

图2密炼室转子示意图

四、实验步骤

（1）称量按照上面所列配方准确称量，加入试样的质量（M）应按照下式计算:

（2-9）

而且:

式中V——密炼室的容积，ml；

Vr——转子的体积，ml；

——物料密度，g/mL。

为便于对试样的测试结果进行比较，每次应称取相同质量的试样。

（2）合上总电源开关，打开扭矩流变仪上的开关，开启计算机；

（3）10min后按下手动面板上的START，这时START上的指示灯变亮；

（4）双击计算机桌面的转矩流变仪应用软件图标，然后按照一系列的操作步骤（由实验教师对照计算机向学生讲解完成），通过这些操作，完成实验所需温度、转子转速及时间的设定；

（5）当达到实验所设定的温度并稳定10min后，开始进行实验。

先对转矩进行校正，并观察转子是否旋转，转子不旋转不能进行下面的实验，当转子旋转正常时，才可进行下一步实验；

（6）点击开始实验快捷键，将原料加入混炼器中，并将压杆放下用双手将压杆锁紧；

（7）实验时仔细观察转矩和熔体温度随时间的变化；

（8）到达实验时间，混炼器会自动停止，或点击结束实验快捷键可随时结束实验；

（9）提升压杆，依次打开混炼器二块动板，卸下两个转子，并分别进行清理，准备下一次实验用；

（10）待仪器清理干净后,将已卸下的动板和转子安装好。

五、思考题

1.那些主要因素将影响高聚物的流变性质？

2.测试物料及实验过程如何保证实验结果的可靠性。

3.试比较毛细管流变仪和转矩流变仪各自的特点？

4.转矩流变仪在聚合物成型加工中有哪些方面的应用？

5.加料量、转速、测试温度对实验结果有哪些影响？

实验二塑料拉伸强度及应力-应变曲线测定实验

1、了解高分子材料拉伸性能测试标准条件和测试原理；

2、掌握测定聚合物拉伸强度、断裂伸长率和应力—应变曲线的测定方法；

3、考察拉伸速度等因素对聚合物拉伸性能的影响。

拉伸实验是最基本、用途最广泛的一种材料力学实验。

其基本过程是在规定的试验温度、试验速度和湿度条件下，对标准试样沿其纵轴方向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止，由此来测量试样所能承受的最大载荷及相应的形变。

通过拉伸实验可得到材料的拉伸强度、断裂伸长率以及拉伸弹性模量。

拉伸强度：

在实验过程中，试样的有效部分原始横截面单位面积所承受最大负荷。

断裂伸长率：

由拉伸负荷使试样有效部分标线间距离的增量与原始标距之比的百分率。

应力－应变曲线：

以拉伸应力为纵坐标所得到的拉伸特性曲线称为应力－应变曲线。

它往往是通过拉力机在一定的拉伸速度下自动记录拉伸负荷－形变曲线，经变换而得。

拉伸试验基本公式如下：

（1）

（2）

（3）

式中，伸长率即应变；

为应力；

为样品某时刻的伸长；

为初始长度；

为初始横截面积；

为拉伸力；

为拉伸模量。

聚合物的拉伸性能可通过其应力－应变曲线来分析，典型的聚合物拉伸应力－应变曲线如图1所示。

在应力－应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。

屈服点之前是弹性区，即除去应力后材料能恢复原状，并在大部分该区域内符合虎克定律。

屈服点之后是塑性区，即材料产生永久性变形，不再恢复原状。

根据拉伸过程中屈服点的表现，伸长率的大小以及其断裂情况，应力－应变曲线大致可分为如图2所示的五种类型：

①软而弱；

②硬而脆；

③硬而强；

④软而强；

⑤硬而韧。

图1典型的聚合物拉伸应力－应变曲线

图2五种典型聚合物拉伸应力－应变曲线

1－软而弱；

2－硬而脆；

3－硬而强；

4－软而强；

5－硬而韧

本实验在不同应变速度下测定聚乙烯的应力－应变曲线。

将已知长度和横截面积的样品，夹在两个夹具之间，以恒速拉伸至断裂，测定应力随伸长的变化。

分析在不同应变速度时测定的数据，可以了解材料的强度、韧性及极限性能。

有合适的样品架或可设法固定住的聚合物都可进行本实验。

均匀的样品重复性可优于±

5％。

但由于制各样品和实验操作中存在的一些不可避免的可变因素，使重复性比此数值要差些。

三、实验仪器和试样

1、实验仪器

微机控制电子万能试验机（美国MTCCMT4304），30kN楔型拉伸夹具一套（夹具型号：

XSD304A）；

哑铃型制样机（美国MTCQYJ1251）,ⅠA型夹具及靠模一套，游标卡尺、直尺。

测试条件为，温度：

25±

2℃，湿度：

65±

5%，测试标准参考：

GB1040-2006。

电子万能试验机测试主体结构示意图，如图3所示。

图3电子万能试验机结构示意图

1－传感器；

2－主架；

3－横梁控制器；

4－夹具；

5－横梁；

6－记录仪；

7－控制台开关；

8－控制面板；

9－显示屏

2、实验试样

ABS材料制备哑铃型样条，制样方法如下。

（1）试样类型和尺寸：

Ⅰ型试样见图4

图4Ⅰ型试样

Ⅰ型试样的尺寸见表1

表1Ⅰ型试样的尺寸

符号

名称

尺寸

公差

L

总长（最小）

150

—

W

端部宽度

20

±

0.2

H

夹具间距离

115

5.0

d

厚度

4

C

中间平行部分长度

60

0.5

b

中间平行部分宽度

10

G

标距或有效部分

50

R

半径（最小）

Ⅱ型试样见图5

图5Ⅱ型式试样

Ⅱ型试样的尺寸见表2

表2Ⅱ型试样的尺寸

2

80

5

6

0.4

33

R0

小半径

14

1

25

R1

大半径

Ⅲ型试样见图6

图6Ⅲ型试样

Ⅲ型试样的尺寸见表3

表3Ⅲ型试样的尺寸

总长

110

d1

6.5

端部半径

9.5

45

表面半径

75

d0

中间平行部分厚度

3.2

25，

R2

侧面半径

Ⅳ型试样见图7

图7Ⅳ型试样

Ⅳ型试样的尺寸见表4

表4Ⅳ型试样的尺寸

250

L1

加强片间长度

170

d0

2~10

-

G0

标距（或有效部分）

100

加强片厚度

3-10

W①

宽度

25或50

θ②

加强片角度

5°

-30°

L2

加强片最小长度

d2③

加强片

注：

①纱布增强的热固性塑料板试样宽度采用50mm；

②玻璃纤维增强的热固性塑料板试样宽度采用２5mm；

③除有争议外对