塑料填充改性.docx
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塑料填充改性
塑料填充改性综合实验
班级：
09030341、09030342
组别：
第八、十八组
姓名：
乔荣
学号：
08
八组成员：
原文冉、李闯、李维、温磊、柳超
十八组成员：
乔荣、雷俊杰、武忠、李琳、傅令明
塑料填充改性综合实验
一、实验目的
1、进一步了解塑料填充改性的方法，掌握基本配方的配制，加深对偶联剂的作用机理的理解；
2、掌握填充物的含量对复合材料力学性能的影响规律；
3、掌握数据处理和分析的方法。
二、实验原理
通过物理和机械的方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类的高分子聚合物进行共混，或用化学的方法实现高聚物的共聚、接枝、交联、或将上述各种方法连用、并用，以达到使材料的成本降低、成型加工性能或最终使用性能得到改善，或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果，统称之为高聚物的改性。
填充改性就是在塑料成型中加入无机填料或有机填料，使塑料制品的原料成本降低达到增量的目的，或使塑料的性能有明显改变，即在牺牲某些方面性能的同时，使人们所希望的另一方面的性能得到明显提高或各种性能都得到提高。
本实验将不同质量分数的表面处理的碳酸钙粒子填充到聚乙烯中，在双螺杆挤出机的挤压力和剪切力作用下混合均匀，经冷却、吹干、造粒得到填充改性的粒料。
将经过干燥的粒料用注射机注射成测试样条，然后测试材料的缺口悬臂梁冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率，找出填料含量对材料力学性能的影响规律。
三、实验用原材料及仪器设备
1、实验用原料及配方
原料名称
质量份数
高密度聚乙烯（5000s）
100
碳酸钙
10~40
钛酸酯偶联剂（NDZ-101）
0.5%~3%（以填料含量计）
2、实验用仪器设备
（1）、平行双螺杆混炼挤出机（SHJ-36型），螺杆直径36；螺杆长径比36：
1；
（2）、挤出辅机（包括冷却水槽、风干机、切粒机）；
（3）、高速混合机（GH-10）总容积10升，有效容积7升，主轴转速600~3000转/分；
（4）、悬臂梁冲击试验机（XJU-22）;
（5）、万能拉伸测试仪;
（6）、注射机。
四、实验工艺条件的预定
1、材料配方的确定
原料名称
配方一
配方二
配方三
配方四
配方五
高密度聚乙烯/g
400
400
400
400
400
碳酸钙/g
0
40
60
80
100
钛酸酯偶联剂/g
0
0.8
1.2
1.6
2
2.混合工艺条件的确定：
混合时间：
10min混合机转速：
1500r/min
3.挤出机工艺条件：
表格1料筒各段的温度℃
第一段
第二段
第三段
第四段
第五段
第六段
第七段
第八段
180
185
190
195
200
200
195
190
机头温度
口模温度
螺杆转速
牵引速度
喂料速度
主机电流
180℃
185℃
85.8r/min
300r/min
4.5HZ
12.5A
4.注射机工艺条件
料筒温度及各部分参数
料筒一段
料筒二段
料筒三段
料筒四段
喷嘴温度
210℃
205℃
205℃
200℃
210℃
注射压力
保压压力
注射时间
保压时间
冷却时间
70MPa
55MPa
10s
4s
4s
五、实验内容及操作步骤
1、塑料的填充改性实验
（1）称量及混合
以400gHDPE为单位，按实验配方称取各组分的物料，将碳酸钙和钛酸酯加入高速混合机中。
盖紧混合机的上盖以接通安全开关，转动定时器指针到拟定时间线，开动混合机以拟定的转速对物料进行混合搅拌，待时间自动报警器响后，停止搅拌，关闭电源开关，打开混合机上盖，拉开混合机下料口，将物料倒入搪瓷盘中，将HDPE加入搪瓷盘中混合均匀，备用。
（2）挤出造粒
①将总开关推上启动；
②将加热控制开关推上启动；
③将电磁阀开关推上启动；
④按预定温度调整各区段温控表加热温度，加热温度到达设定值后，持续温度20~30分钟再检查各区段温控表和各区段冷却管道电磁阀是否正常；
⑤启动润滑油泵开关，观察机尾部油压表，应在0.1~0.2Mpa（始终保持0.1~0.2Mpa应立即停机检查油路、油泵、油泵电机和线路）；
⑥打开润滑油冷却器冷却水开关；
⑦以上操作完毕，正确无误，方可进行主机操作；
⑧先用手盘转动主机与传动箱连轴器正常转动数圈启动主电机控制系统缓慢提高螺杆转速，先不加物料螺杆空转时不得高于30~40r/min，时间短于一分钟；
⑨主机转动若无异常，即可将混合好的物料加入，要以尽量低的转速开始喂料，待机头有物料排出后，开动风干机和切粒机，人工将挤出物牵引依次通过冷却水槽、风干机和切粒机，使生产过程实现连续；
⑩缓慢升高喂料螺杆转速和主螺杆转速至设定值，并相应提高牵引速度，对实验各工艺条件作出详细记录。
2.塑料的注射成型
①待实验的准备工作完成后，首先检查料筒和喷嘴的温度是否合适。
②料温测定的方法中用测温计从喷嘴插入熔体中，并均匀来回移动数次，待测温计读数稳定后再作记录。
③注射速度是螺杆在注射时的移动速度，可通过秒表测定推料杆在标尺上移动一定距离所用的时间计算而得。
④注射压力可通过注射压力调节阀调整，其大小应能使塑料外形完整，密度合适并不产生溢边为准，注射压力的数值由压力表直接读出。
⑤成型试样要求外形完好、表面平整、无气泡、裂纹、银纹、分层、明显杂质和加工损伤等缺陷。
制取试样时一定要在基本稳定的工艺条件下进行，至少取舍5模后再开始取样。
⑥成型周期是指从成型循环的某一特征点到下一循环该点再次出现时所需要的时间，即完成一个完整的成型循环过程所需的时间。
用秒表测定数次求平均值。
并对各工艺条件做出详细记录。
3.测试试样的悬臂梁缺口冲击强度
①制品试样：
板材在万能制样机上按试样尺寸要求加工并打缺口，用量具测量各部分的尺寸，检查外观，符合要求时，记录缺口处试样厚度和宽度。
②选择适宜的摆锤：
使试样冲断所需的能量在摆锤总能量的10~80%区间内。
③检查摆锤铅锤位置：
检查被动指针和主动指针靠紧时，指针指示位置应与0°角度重合。
④求空击能量损失值A0:
将摆锤置于预仰角位置，释放摆锤后，由被动指针读出摆锤空击的能量损失值A0和相应的空击能量损失角βo。
⑤夹持试样：
松开旋转手轮，在右侧摆锤打击缺口的方向上用对中样板将试样对中并保证垂直，用适宜的力旋转手轮，使试样夹紧。
⑥冲击实验：
将摆锤从预仰角位置释放，读数试样的冲击能量消耗指示值AK和升角β，并根据β和冲击实验所得A0和β0，根据公式求得冲击能量修正值Ax。
4.测试试样的拉伸实验
①检查设备运转情况及速度转换是否正常可靠；
②根据材料的强度和试样的种类、大小，选择合适砝码的数量；
③开启记录仪，调好零点，用标准砝码校正力值读数；
④测量式样中间平直部分的宽度和厚度，每个试样测量三点，取算术平均值；
⑤测量伸长率时，应在试样平行部分做标线，此标线对测量结果应无影响，试样标距为25mm。
⑥调试试验机的速度为50mm/min；
⑦将试样夹持在夹具上，使试样纵轴与上、下夹具的中心线相重合，且松紧要适宜。
⑧开动试验机进行实验，并记录试样断裂时的负荷和标距伸长。
六、实验数据的记录
1.试样的悬臂梁缺口冲击强度数据记录及相关计算公式
1）试样冲击强度的计算
式中：
：
冲击强度，J/m；
：
刻度盘上读出的冲击消耗能，J；
：
能量损失修正值，J；
：
试样厚度，m。
2）能量损失修正值的计算
式中：
:
为空击能量损失值，J；
：
为空击能量损失角，°；
：
冲断试样后的升角，°。
3）试样冲击强度的标准偏差值
式中：
：
每个试样的冲击强度；
：
全组试样冲击强度的算术平均值；
：
试样个数。
配方一：
空击冲击消耗能A0=0.08J；空击冲断后升角
=
试样编号
试样宽度b/mm
试样厚度d/mm
缺口深度/mm
冲断后升角β/°
冲击消耗能Ak/J
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
9.92
9.92
9.94
9.93
4.04
4.08
4.06
4.06
2
133
0.75
2
9.88
9.84
9.92
9.88
4.18
4.19
4.21
4.19
2
135
0.65
3
9.98
9.97
9.93
9.96
4.18
4.21
4.23
4.21
2
134
0.70
4
10.00
10.06
10.02
10.03
4.16
4.18
4.21
4.18
2
134
0.70
5
10.01
9.96
10.02
10.00
4.23
4.22
4.26
4.24
2
133
0.75
试样冲击强度的计算：
试样1：
；
试样2：
；
试样3：
；
试样4：
；
试样5：
；
试样冲击强度的标准偏差值：
5个试样中试样1和试样2偏差较大，将其去除。
配方二：
空击冲击消耗能A0=0.08;空击冲断后升角
=
试样编号
试样宽度b/mm
试样厚度d/mm
缺口深度/mm
冲断后升角β/°
冲击消耗能Ak/J
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
10.00
9.95
10.06
10.00
4.25
4.23
4.24
4.24
2
139
0.50
2
9.93
9.96
10.03
9.97
4.24
4.27
4.25
4.25
2
136
0.60
3
9.93
9.94
10.06
9.98
4.24
4.25
4.22
4.24
2
138
0.55
4
9.93
9.93
9.98
9.95
4.21
4.21
4.24
4.22
2
139
0.50
5
10.06
10.01
9.93
10.00
4.24
4.20
4.19
4.21
2
140
0.50
试样冲击强度的计算：
试样1：
；
试样2：
；
试样3：
；
试样4：
；
试样5：
；
试样冲击强度的标准偏差值：
试样2偏差较大，将其去除
配方三：
空击冲击消耗能A0=0.08；空击冲断后升角
=
试样编号
试样宽度b/mm
试样厚度d/mm
缺口深度/mm
冲断后升角β/°
冲击消耗能Ak/J
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
10.10
10.11
10.12
10.11
4.17
4.21
4.21
4.20
2
138
0.55
2
10.03
10.02
10.03
10.03
4.17
4.16
4.18
4.17
2
139
0.50
3
10.01
9.95
9.95
9.97
4.15
4.16
4.18
4.16
2
138
0.55
4
9.94
9.94
9.94
9.94
4.16
4.18
4.20
4.18
2
139
0.50
5
9.94
9.91
9.98
9.94
4.18
4.15
4.13
4.15
2
138
0.55
试样冲击强度的计算：
试样1：
；
试样2：
；
试样3：
；
试样4：
；
试样5：
；
试样冲击强度的标准偏差值：
配方四：
空击冲击消耗能A0=0.08；空击冲断后升角
=
试样编号
试样宽度b/mm
试样厚度d/mm
缺口深度/mm
冲断后升角β/°
冲击消耗能Ak/J
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
9.98
9.96
9.94
9.96
4.18
4.14
4.13
4.15
2
135
0.60
2
9.97
9.97
9.97
9.97
4.20
4.18
4.19
4.19
2
137
0.58
3
9.94
9.94
9.96
9.95
4.17
4.17
4.19
4.18
2
137
0.58
4
9.95
9.94
10.00
9.96
4.20
4.19
4.19
4.19
2
137
0.58
5
9.94
9.96
9.98
9.96
4.17
4.19
4.21
4.19
2
137
0.58
试样冲击强度的计算：
试样1：
；
试样2：
；
试样3：
；
试样4：
；
试样5：
；
试样冲击强度的标准偏差值：
配方五：
空击冲击消耗能A0=0.08；空击冲断后升角
=
试样编号
试样宽度b/mm
试样厚度d/mm
缺口深度/mm
冲断后升角β/°
冲击消耗能Ak/J
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
9.99
10.04
10.04
10.02
4.07
4.08
4.08
4.08
2
136
0.60
2
9.92
9.94
9.96
9.94
4.06
4.07
4.07
4.07
2
136
0.60
3
9.97
9.93
9.94
9.95
4.07
4.08
4.06
4.07
2
136
0.60
4
9.96
9.93
9.93
9.94
4.06
4.06
4.02
4.05
2
138
0.55
5
9.88
9.91
9.93
9.91
4.04
4.05
4.04
4.04
2
138
0.55
试样冲击强度的计算：
试样1：
；
试样2：
；
试样3：
；
试样4：
；
试样5：
；
试样冲击强度的标准偏差值：
2.拉伸强度实验数据记录及相关计算公式
1）拉伸强度计算：
式中：
：
拉伸强度或拉伸屈服应力，Mpa；
P：
最大负荷或屈服负荷，N；
b：
试样宽度，mm；
d:
试样厚度，mm。
实验结果以每组试样测定的算术平均值表示
2）断裂伸长率的计算：
式中：
：
断裂伸长率，%；
:
试样断裂时标线间距离，mm；
:
试样原始标距，mm。
3）试样拉伸强度的标准偏差：
式中：
：
每个试样的拉伸强度；
:
全组试样拉伸强度的算术平均值；
n:
试样个数。
数据记录：
原始试样长度：
25mm
配方一：
试样编号
平直部分厚d/mm
平直部分宽b/mm
最大负荷P/KN
拉伸强度/MPa
断裂时伸长/mm
断裂伸长率%
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
5.80
6.00
5.90
5.80
2.06
2.06
2.08
2.07
371.953
30.9806
10.5
42
2
5.92
5.92
5.92
5.92
2.10
2.10
2.08
2.09
373.716
30.2046
12.3
49.2
3
5.92
5.94
5.96
5.94
2.10
2.08
2.10
2.09
389.070
31.3397
11.6
46.4
4
5.94
5.90
5.92
5.92
2.06
2.06
2.04
2.05
371.537
30.6145
6.4
25.6
5
5.96
5.98
5.90
5.95
2.06
2.10
2.08
2.08
398.491
32.1987
6.6
26.4
试样拉伸强度的标准偏差值
配方二：
试样编号
平直部分厚d/mm
平直部分宽b/mm
最大负荷P/KN
拉伸强度/MPa
断裂时伸长/mm
断裂伸长率%
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
5.84
5.84
5.86
5.85
2.20
2.22
2.22
2.21
393.589
30.4435
6.4
26.4
2
6.06
6.10
6.10
6.09
2.25
2.24
2.22
2.23
400.062
29.4581
2.6
10.4
3
6.09
6.10
6.09
6.09
2.28
2.26
2.27
2.27
388.459
28.0917
3.0
12
4
6.08
6.03
6.06
6.06
2.28
2.26
2.27
2.27
392.948
28.5651
4.1
16.4
5
6.02
6.06
6.02
6.03
2.25
2.26
2.25
2.25
385.192
28.3908
3.0
12
试样拉伸强度的标准偏差值试样1偏差较大，将其去除
配方三：
试样编号
平直部分厚d/mm
平直部分宽b/mm
最大负荷P/KN
拉伸强度/MPa
断裂时伸长/mm
断裂伸长率%
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
6.03
6.06
6.04
6.04
2.13
2.14
2.13
2.13
443.907
34.5043
1.8
7.2
2
6.08
6.10
6.08
6.09
2.25
2.28
2.30
2.28
391.632
28.2051
2.3
9.2
3
6.06
6.08
6.07
6.07
2.24
2.24
2.23
2.24
401.217
29.5082
2.0
8
4
6.09
6.07
6.09
6.08
2.25
2.23
2.24
2.24
410.960
30.1751
2.0
8
5
6.06
6.07
6.10
6.08
2.25
2.27
2.24
2.25
393.941
28.7969
2.5
10
试样拉伸强度的标准偏差值试样1偏差较大，将其去除
配方四：
试样编号
平直部分厚d/mm
平直部分宽b/mm
最大负荷P/KN
拉伸强度/MPa
断裂时伸长/mm
断裂伸长率%
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
6.07
6.06
6.05
6.06
2.20
2.21
2.19
2.20
401.345
30.1039
2.2
8.8
2
6.08
6.09
6.05
6.07
2.20
2.18
2.20
2.19
394.358
29.6659
1.5
6
3
6.06
6.04
6.05
6.05
2.22
2.18
2.20
2.20
395.929
29.7467
2.3
9.2
4
6.06
6.10
6.07
6.08
2.20
2.21
2.20
2.20
402.305
30.0766
1.7
6.8
5
6.07
6.07
6.06
6.07
2.25
2.23
2.21
2.23
405.414
29.9506
2.2
8.8
试样拉伸强度的标准偏差值
配方五：
试样编号
平直部分厚d/mm
平直部分宽b/mm
最大负荷P/KN
拉伸强度/MPa
断裂时伸长/mm
断裂伸长率%
1
2
3
平均值
1
2
3
平均值
1
6.08
6.06
6.07
6.07
2.24
2.24
2.22
2.23
405.800
29.9791
1.9
7.6
2
6.06
6.06
6.07
6.06
2.21
2.21
2.21
2.21
408.973
30.5372
2.1
8.4
3
6.03
6.08
6.07
6.06
2.06
2.09
2.11
2.09
386.666
30.5293
1.6
6.4
4
6.06
6.10
6.09
6.08
2.08
2.08
2.11
2.09
401.664
31.6091
1.6
6.4
5
6.08
6.09
6.05
6.07
2.14
2.12
2.09
2.12
395.093
30.7026
2.5
10
试样拉伸强度的标准偏差值试样4偏差较大，将其去除
八、Origin图表
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