聚苯乙烯和低密度聚乙烯的共混改.docx
《聚苯乙烯和低密度聚乙烯的共混改.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚苯乙烯和低密度聚乙烯的共混改.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
聚苯乙烯和低密度聚乙烯的共混改
图书分类号：
密级：
毕业论文
聚苯乙烯和低密度聚乙烯的共混改
性研究
STUDYONTHEBLENDEDMODIFICATIONOFPOLYSTYRENEANDLOWDENSITYPOLYETHYLENE
2015年
05月
26日
学生姓名
陈浩
学院名称
化学化工学院
学号
20111306133
班级
11高分子
专业名称
高分子材料与工程
指导教师
石春玲
徐州工程学院学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名：
日期：
年 月 日
徐州工程学院学位论文版权协议书
本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：
本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。
徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。
徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名：
导师签名：
日期：
年 月 日日期：
年 月 日
摘要
作为五大通用热塑性合成树脂之一的聚苯乙烯（PS）因为具有刚性好、透明度好、比较容易染色、电气绝缘性能好、加工成型性好和价格比较便宜等优点，在仪表、建筑、包装、家电、电子、日用品以及玩具等行业具有广泛应用。
但PS性质较脆，热变形温度相对较低，只有70～98℃，耐环境应力开裂，冲击强度也不高等缺点，因此PS的应用受到了一定限制。
本文主要工作是用同为五大通用合成树脂的低密度聚乙烯（LDPE）对PS进行共混改性，改善PS较脆，耐环境应力开裂，冲击强度低等缺点，提高它的力学性能，以扩大它的应用范围。
通过对不同比例的LDPE和PS共混物的拉伸力学测试和冲击性能测试，得到在LDPE质量分数为80%时，共混物的性能最好，拉伸强度达到最大，相对于PS的拉伸强度提高了4.5%,同时断裂伸长率和冲击强度也不低,分别达到了PS的91.7%和84.6%。
其性能达到了实际应用的水平，有一定的实用价值。
有望进行工业化生产。
关键词LDPE；PS；共混改性；力学性能
Abstract
Asoneofthefivecommonthermoplasticsyntheticresinofpolystyrene（PS）withgoodrigidity,goodtransparencyandrelativelyeasytodye,goodelectricalinsulationperformance,processinggoodformability,andthepriceischeaper,etc.Ithasawiderangeofapplicationsontheinstrument,construction,packaging,householdappliances,electronics,dailynecessitiesandtoysandotherindustries.ButthenatureofthePS,brittle,thermaldeformationtemperatureisrelativelylow,only70~98℃,environmentalstresscrackingresistant,theimpactstrengthisnothighalso.SotheapplicationofPShasbeenlimited.Inthispaper,themainworkistousethesameforfivegeneralsyntheticresinoflowdensitypolyethylene（LDPE）ontheblendingmodificationofPS.ImprovethePSbrittle,environmentalstresscrackingresistance,lowimpactstrengthoffaults,toimproveitsmechanicalproperties,inordertoenlargeitsapplicationscope.ThroughthedifferentproportionofLDPEandPSblendstretchmechanicsperformancetestandimpacttest,getinLDPEwhenthemassfractionof80%,theperformanceoftheblend,besttensilestrengthreachedmaximum,relativetothetensilestrengthofthePSincreasedby4.5%,andelongationatbreakandimpactstrengthisnotlow,respectivelyupto91.7%and84.6%ofthePS.Itsperformancehasreachedthelevelofpracticalapplication.Ithascertainpracticalvalue.Itcouldbeusedforindustrialproduction.
KeywordsLDPEPSBlendedmodificationMechanicalproperty
目录
摘要II
AbstractIII
1绪论1
1.1聚合物共混改性研究背景1
1.2聚合物共混的定义及方法1
1.2.1聚合物共混的定义1
1.2.2聚合物共混的方法1
1.3聚和物共混发展概述1
1.4LDPE的介绍2
1.5PS的介绍2
1.6课题研究的意义2
2实验部分4
2.1实验原料与设备4
2.1.1实验原料4
2.1.2实验设备4
2.2制备试验样条5
2.2.1PS/LDPE共混物颗粒的制备5
2.2.2PS/LDPE共混物试验样条的注塑6
2.3性能测试7
2.3.1材料拉伸力学测试7
2.3.2材料冲击力学测试10
3结果与讨论13
3.1不同含量的PS/LDPE共混物的拉伸试验结果13
3.1.1LDPE质量分数的不同对PS/LDPE共混物拉伸强度的影响17
3.1.2LDPE质量分数的不同对PS/LDPE共混物断裂伸长率的影响18
3.2不同含量的PS/LDPE共混物的冲击试验结果和讨论19
结论22
致谢23
参考文献24
1绪论
1.1聚合物共混改性研究背景
聚合物共混研究是一个很有实用性的科学研究领域，直到今天，聚合物的共混仍是高分子材料研发和加工中一项很重要的工业方法。
它的应用普遍用在塑料和橡胶材料的各种产品中，很多塑料和橡胶的品种都是用共混改性的技术开发出来的。
据统计研究表明，开发一种新型的聚合物，从初期研发到中期试验，到最后的工业化生产大约需要十几亿的资金,而开发并工业化生产一种新型的聚合物共混物则仅仅要几千万元的投入,因此,对现在已有的聚合物进行互相共混改性是一项极为重要的工作[1]。
1.2聚合物共混的定义及方法
1.2.1聚合物共混的定义
广泛意义上的共混过程就是以减少混合后体系的不均匀为目的，这一目的主要是靠混合物中各组分间相对空间的变化来完成的。
聚合物共混是聚合物之间的混合，也是靠各组分间相对空间的变化来完成的，因此物理混合是共混最基本的方式。
但是化学反应的作用在聚合物共混物形成过程中不能被忽略。
由于物理共混尤其是之中的熔融共混，在工业化生产应用中更为广泛，所以如果把聚合物共混的定义狭义的认为就是物理共混，那么聚合物共混的定义就是把两种或者两种以上的聚合物混合从而制成宏观上均匀一致的共混物的过程[2]。
1.2.2聚合物共混的方法
聚合物共混改性的基本方法广义上来说有化学共混、物理共混和物理/化学共混三大类型。
如果按照共混时聚合物物料的状态来分，聚合物共混改性的基本方法有溶液共混、乳液共混、釜内共混以及熔融共混[3]。
本实验主要使用的方法是熔融共混，即是将聚合物组分用挤出机螺杆加热，直到变为熔融状态之后再进行共混，是一种在工业生产中具有实用价值的共混方法。
1.3聚和物共混发展概述
聚合物共混的研究是属于材料科学的研究领域，因此它的研究进展与材料科学的发展之间的关系很密切。
聚合物共混的研究已经经过一百多年的发展了，据了解世界上最早有记载的聚合物共混物诞生于1912年[4],第一个被用于工业化生产的是PVC/NBR聚合物共混物，在1942年投入生产。
近一些年来，新材料不断被开发出来，尤其是合成纳米复合材料这种技术的发展，使聚合物共混研究成为了新的热点研究项目。
可以预见未来，在高分子材料科学研究领域，聚合物共混仍然将是最热门的研究领域，而共混技术继续推动者材料学的发展[5]。
1.4LDPE的介绍
聚乙烯（PE）是由乙烯聚合而成的一种热塑性树脂，经过六十几年的发展，PE的产量已经居于全球五大通用树脂的首位。
PE依据聚合物相对分子质量的大小、聚合物聚合的方法、聚合物大分子链结构的不同，可以分为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯[6]。
2013年世界LDPE的总产量为22934kt，主要集中在西欧、亚洲、北美及中东，分别占全球总产能的25.5%、29.4%、17.3%及14.7%。
世界上LDPE的消费总量约为19510kt，主要消费地区为西欧，占世界总消费量的40.3%。
世界上最大的LDPE净进口地区是亚洲，约占世界净进口量的58.2%[7]。
LDPE又被称为高压聚乙烯,它是一种表面上没有光泽的乳白色蜡状颗粒，熔点130℃～145℃，密度约0.920g/cm3。
不溶于水，吸水性小，不会被酸碱的侵蚀，在低温时依然很柔软，绝缘不导电[8]。
工艺生产方式主要是高压管式法。
因为它的材质很软，密度较低，加工性能好，可以采用各种注塑加工方法，因此被广泛用作药品、食品和工业用品等各种包装薄膜[9]。
1.5PS的介绍
PS是由苯乙烯单体经聚合制成一种无色透明的热塑性通用塑料,目前全世界PS每年全部产量约2040万吨,每年消费大约1730万吨[10]。
PS在非晶体时，密度为1.04～1.06g/cm2，在晶体时，密度为1.11～1.12g/cm2，它的熔融温度为240℃[11]。
PS通常表现为非晶态，绝缘性和绝热性都很好，正常使用时的温度范围在0～70℃，但在低温时，它的性质非常脆[12]。
普通PS树脂为似玻璃状的一种颗粒材料，用它制成的产品透光率可以达到百分之九十以上，具有极高的透明度，加工性能出色，容易被染色，绝缘性好，能耐强酸碱的腐蚀等优良性能[13]。
普通PS的缺点也很明显，它的冲击强度低，耐热性差，受力很容易开裂[14]。
由于它的优异力学性能。
被广泛用于装璜材料，照明外壳和产品包装等方面。
在电气方面由于良好的绝缘性和绝热性，被用来制作各种精密仪器的外壳、电容器的电介质和光学精密仪器零件等。
此外PS还可以被用来制作各种化妆品。
特别用在化妆的粉饼上，具有很好的黏附性能。
能使皮肤具有光泽和润滑的感觉,作为一种优良的填充试剂来取代对皮肤有害的滑石粉[15]。
1.6课题研究的意义
PS因为具有良好的刚性、透明度俱佳、绝缘性好、加工性能好、比较容易成型和价格低廉等优良的性能，在精密仪表、建筑材料、产品外包装、电子产品、化妆品以及儿童玩具等行业已得到广泛应用。
但PS由于低温时较脆，加热易变形，受力容易开裂，冲击强度也不高等缺点使它的应用范围也大大缩小[16]。
和PS的性能刚好相反,LDPE冲击强度高，韧性很好，同时低温时性能依然很好，但它的刚性较差[17]。
根据共混理论具有良好韧性和抗冲击性能的LDPE，通过熔融共混,有利于改善PS比较脆的性能缺点，并最终得到一种集两种树脂的优良性能为一体同时又能弥补它们各自缺点的新型材料。
本课题就拟用LDPE对PS进行共混改性，通过试验分析得出PS/LDPE共混物力学性能最佳时的LDPE的质量分数。
2实验部分
2.1实验原料与设备
2.1.1实验原料
实验中的主要原料见表2-1。
表2-1实验原料与实验试剂
实验原料
规格
生产厂家
PS
QG7535
中国石油天然气股份有限公司新疆独山子石化分公司
LDPE
SH3060
中国石化扬子石油化工有限公司
2.1.2实验设备
实验中的主要设备及仪器见表2-2。
表2-2主要实验仪器
仪器名称
仪器型号
生产厂家
电子天平
JM-A10002
上海方瑞仪器有限公司
双螺杆挤出机
MT65
江苏美芝隆机械有限公司
切粒机
RST系列
江苏美芝隆机械有限公司
塑料注射成型机
SA3800Ⅱ/2250
海天塑机集团有限公司
电子万能试验机
WDW—W20
承德金和仪器制造有限公司
数字显示冲击试验机
XCJD系列
承德金和仪器制造有限公司
2.2制备试验样条
2.2.1PS/LDPE共混物颗粒的制备
2.2.1.1样品的称取
如表2-3所示用电子天平按比例准确称取PS和LDPE颗粒，总重1000g,共6份，其中LDPE的质量分数分别为100%，80%，60%，40%，20%，0%。
将称好的颗粒置于预先备好的桶中先人工进行预混合。
表2-3PS/LDPE共混挤出配料表
试样
LDPE的质量分数/%
PS的质量分数/%
1
100
0
2
80
20
3
60
40
4
40
60
5
20
80
6
0
100
2.2.1.2熔融造粒
如表2-4所示双螺杆挤出机熔融挤出工艺条件为：
料筒温度：
加料段140～160℃，压缩段：
160～230℃，均化段：
220～240℃；口模温度：
170～200℃；螺杆转速:
10～20r/mi。
先按表2-4中的PS/LDPE的熔融挤出工艺条件设定好双螺杆挤出机的工作参数，待双螺杆挤出机达到工作温度，将桶中预混合好的PS和LDPE颗粒倒入料斗中进行挤出造粒，机头中喷出的熔融共混物用剪刀引入水槽，经冷却后，再穿过干燥机吹干水分，最后送入切粒机中切成颗粒，用桶收集造好颗粒，得到PS/LDPE的共混物颗粒。
6份试样依次加入到料斗中，操作方法相同，但在加入不同组分的原料时，一定要事先清理干净双螺杆挤出机的料筒，以免影响各组分的纯度。
最后得到6份LDPE质量分数分别为100%，80%，60%，40%，20%，0%的PS/LDPE的共混物颗粒，用袋子分别装好备用。
表2-4PS/LDPE共混物的熔融挤出工艺条件
挤出加热区
第一段
第二段
第三段
第四段
第五段
温度/℃
140
165
200
240
245
挤出加热区
第六段
第七段
第八段
第九段
第十段
温度/℃
230
200
200
180
170
2.2.2PS/LDPE共混物试验样条的注塑
如表2-5所示将双螺杆挤出机造出的PS/LDPE的共混颗粒用注塑机注塑，先按表2-5中的PS/LDPE的注塑工艺表设定注塑机的工作参数，等到注塑机温度达到注塑要求，将事先准备好的PS/LDPE共混颗粒加入到注塑机的料斗中，调节注塑机操作界面，使注塑机进入手动模式，然后再储料键进行储料，储完料之后，设置注塑机进入半自动模式，检查好注塑机安全门有没有关好，关好安全门之后，按开始按钮，开始自动进行注塑，等到注塑机自动开模后，打开安全门，手戴工作手套取出注塑好的试验样条，在做完一种比列的样条时，一定要退模，挤出注塑机螺杆里的原料，并清理干净，然后再进模，继续做下一组分的样条，以免影响下一个组分的纯度，依次加加完所有组分的原料，最后得到LDPE质量分数分别为100%，80%，60%，40%，20%，0%的PS/LDPE共混试验样条，每组五个样条。
制得的试验样条如图2-1所示。
表2-5PS/LDPE共混物的注塑基本工艺表
注塑工艺参数
第一段
第二段
第三段
第四段
第五段
温度/℃
210
219
220
199
170
射胶速度/%
90
射胶压力/MPa
70
冷却时间/s
30
填充时间/s
3
图2-1试验样条
2.3性能测试
2.3.1材料拉伸力学测试
2.3.1.1拉伸实验原理
拉伸试验是沿着样条的纵向对样条施加一个拉伸应力，并直到样条被拉断。
通过万能力学试验机自动测定试样的屈服强度，拉伸强度和断裂伸长率。
断裂伸长率是指在拉力作用下，试样断裂的时候，试样样条被拉伸变形的长度与试样样条标准标距的比值，以百分率表示。
公式如下：
ε=（L-L0）/L0×100%式（2.1）
式中：
ε-------断裂伸长率/%
L0------试样标距/mm
L-------试样断裂时标线之间的距离/mm
拉伸强度是指在拉伸试验中试样样条被施加一个拉伸应力直到样条被拉断裂为止，这整个过程中样条所承受的最大的拉伸应力。
公式如下：
σt=p/（b×d）式（2.2）
式中:
σt-------拉伸强度（MPa）；
p-------最大负荷（N）；
b-------试样宽度（mm）；
d-------试样厚度（mm）。
应力-应变曲线是由拉伸应力和拉伸形变的值相对应绘成曲线，以拉伸应力值作为纵坐标，拉伸形变值作为横坐标。
应力-应变曲线分为弹性形变区与塑性形变区两个部分，在弹性形变区，应力与应变应呈正比例关系，样条发生弹性形变。
拉伸弹性模量就是曲线中直线的斜率，代表样条的刚性。
弹性模量越大，样条刚性越好。
在塑性形变区，应力与应变不呈正比例关系，样条发生塑性形变，直到最后被拉断。
2.3.1.2拉伸样条
如图2-2所示拉伸样条尺寸参照GB/T1042.2—20061A型哑铃试样
图2-21A型试样图
其中L3—总长度................................................................................≥150mm
L2—宽平行部分间的距离........................................................104～113mm
L1—窄平行部分的长长度........................................................80±2mm
r—半径.....................................................................................20～25mm
b2—端部宽度............................................................................20±0.2mm
b1—窄部分宽度........................................................................10±0.2mm
h—优选厚度.............................................................................4±0.2mm
L0—标距...................................................................................50±0.5mm
L—夹具间的初始距离..........................................................115±1mm
2.3.1.3拉伸实验过程
启动电子万能力学试验机，打开控制电脑，双击点开万能力学试验机的操作软件，在调试工具箱栏里找到塑料拉伸实验—GB/T1042-2006试验标准，选定试验标准，然后在操作软件里新建一个实验人陈浩，试验编号01，样条厚度4mm，样条长度10mm，标距50mm的试验，然后先夹好样条上部分，再清零，消除夹持应力的影响后，夹紧样条下部分，最后点击“开始”按钮，选择拉伸速度为2mm/min，直到拉断为止，停止试验，记录下拉伸强度和断裂伸长率，保存好系统自动生成的应力—应变曲线图，并开始下一组试验，每组做5个平行试验。
试验过程中夹紧样条，防止样条脱落。
拉伸过程和拉伸后断裂的样条如图2-3-a和图2-3-b所示。
图2-3-a拉伸中的样条
图2-3-b拉伸后断裂的样条
2.3.2材料冲击力学测试
2.3.2.1冲击实验原理
冲击力学试验是测试样条在高速摆锤冲击下的韧性。
冲击实验一般有三种实验方法：
1、摆锤冲击法2、落球冲击法3、高速拉伸法。
最准确的方法是高速拉伸法，可以直接绘画出应力—应变曲线，然后通过计算曲线下的面积，就可得出冲击强度的大小，还可以直接定性判断样条的断裂类型，但是要求有专门的冲击试验机。
如图2-4所示，本实验采用摆锤式冲击试验机。
试样样条的冲击强度标准计算公式如下：
σ=
×103式（2.3）
式中：
σ：
冲击强度,KJ/m2；
A:
试样吸收的冲击能,J；
b：
试样宽度，mm；
dL：
缺口试样剩余厚度，mm；
图2-4摆锤式冲击试验机原理示意图
2.3.2.2冲击样条
如图2-5所示冲击样条尺寸参照GB/T1043.1—2008单缺口试样样条
图2-5冲击试样样条
其中l—样条总长度.............................................................................80±2mm
b—样条宽度.................................................................................10±0.2mm
h—样条厚度...............................................................................4±0.2mm
bN—样条剩余宽度.......................................................................8±0.2mm
缺口深度.......................
升级会员 