化工-聚氯乙烯的成型加工

1、材料科學與工程學院 Material science and engineering,硬聚氯乙烯的成型加工,材料科學與工程學院 Material science and engineering,參考教材：《高分子科學實驗》實驗29,硬聚氯乙烯的成型加工實驗,實驗目的,,1．掌握聚氯乙烯配方設(shè)計的基本知識；2．掌握硬聚氯乙烯成型加工各個環(huán)節(jié)及其與制品質(zhì)量的關(guān)系；,硬聚氯乙烯的成型加工實驗,實驗目的,,3．了解聚氯乙烯成型加工常用設(shè)備

2、的基本結(jié)構(gòu)原理，學會加工設(shè)備的操作方法；4．掌握塑料抗沖試樣的制備和性能測試技術(shù)，對本實驗結(jié)果進行分析討論。,硬聚氯乙烯的成型加工實驗,實驗原理,,PVC塑料的成型加工工藝過程：配方設(shè)計混合與塑化成型,硬聚氯乙烯的成型加工實驗,實驗原理,,本實驗是采用壓制法獲得硬PVC板材并測量其力學性能,實驗原理,,純PVC樹脂是不能單獨成為塑料的PVC樹脂具熱敏性，加工成型時在高溫下很容易分解，熔融粘度大、流動性差 因此在

3、PVC中都需要加入適當?shù)呐浜蟿?，通過一定的加工程序制成均勻的復合物，才能成型得到制品。,實驗原理,,本實驗配方的介紹：,PVC樹脂（SW－1000） 100 鄰苯二甲酸二辛酯（DOP） 5 三鹽基性硫酸鉛 3 二鹽基亞磷酸鉛 2 硬酯酸鋇

4、 1.5 硬酯酸鈣 1.0 石蠟 0.5 輕質(zhì)碳酸鈣 0～15 CPE或ACR 0～10 著色劑

5、 適量,GH－10型高速混合機,加工設(shè)備,混合可以在高速混合機或捏合機中進行，是物料的初混合，最終便形成均勻的粉狀摻混物,PVC塑料是多組分物料，其配制通常要經(jīng)過混合和塑化兩個工序,當試驗用料量少時，可采用手工摻混,SK－160 B型雙輥筒開放式煉塑機,加工設(shè)備,塑化過程是在樹脂的流動溫度以上和強大的剪切作用力下在雙輥筒煉塑機或密煉機中進行的，是物料在初混合的基礎(chǔ)上的再混合過程。,開放式煉塑機操

6、作注意事項,加工設(shè)備,,250KN電熱平板壓機,加工設(shè)備,壓制成型過程包括物料的熔融、流動、充模成型和最后冷卻定型等程序，是物理變化過程，不應發(fā)生化學變化。 正確選擇和控制壓制的溫度、壓力、保壓的時間及冷卻定型程度等都是很重要的。,250KN電熱平板壓機,加工設(shè)備,壓制成型過程包括物料的熔融、流動、充模成型和最后冷卻定型等程序，是物理變化過程，不應發(fā)生化學變化。 正確選擇和控制壓制的溫度、壓力、保壓的時間及冷卻定

7、型程度等都是很重要的。,XJS制樣機,加工設(shè)備,簡支梁沖擊儀,測試設(shè)備,其他,臺秤、盤架天平、弓形表面溫度計、游標卡尺、瓷盤、煉膠刀等。,準備工作,觀察機器是否運轉(zhuǎn)正常，試驗開煉機急剎車裝置 ；檢查機器內(nèi)有無雜物并清洗干凈；擬定實驗配方及各項成型工藝條件； 加熱開煉機和平板壓機,實驗步驟,1. 配料 按設(shè)計的配方準備原材料，用臺秤和盤架天平準確稱量并復核備用。以PVC樹脂300g為基準，其他助劑按配比稱量。所有組分的稱量誤

8、差都不應超過1％，根據(jù)配方中組分用量多少，選用靈敏度適當?shù)奶炱交蚺_稱。,實驗步驟,2．混合（1）將已稱量好的PVC樹脂和粉狀配合劑組分加入到高速混合機中，蓋上釜蓋，開機混合2～3min。攪拌漿轉(zhuǎn)速調(diào)整至1500r/min，同時加熱，溫控80℃左右。（2）停機，將液狀組分徐徐加入，再開機混合5min。（3）高速混合的全部時間通常為7～8min。達到混合時間后，停機，打開出料閥卸料備用。（4）待物料排出后，靜止5min，打開釜蓋，掃

9、出 混合器內(nèi)全部余料。,實驗步驟,3．開煉塑化（1）輥筒恒溫后，開動機器運轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)輥筒間隙在0.5～1mm范圍內(nèi)。 （2）在兩輥筒的上部加入初混合的物料。開始操作時，從輥筒間隙落下來的物料應立即加往輥筒上，不能讓其在輥筒下方接料盤內(nèi)停留時間過長，且注意要經(jīng)常保持一定量的輥隙上方存料。待輥筒表面出現(xiàn)均勻的塑化層時，混合料從易碎的不連續(xù)的凝膠狀轉(zhuǎn)為粘結(jié)包輥的連續(xù)狀料層，此時可漸漸放寬輥距，控制一定的料層厚度，以便進一步進行切割翻煉。,實

10、驗步驟,3．開煉塑化（3）用煉膠刀不斷地切割料層并使之從輥筒上拉下來折迭后再投入輥縫間輥壓；或者把料層翻卷成卷后再使之垂直于輥筒軸向進入輥縫，經(jīng)過數(shù)次這樣的翻煉，使各組分盡可能分散均勻。,實驗步驟,3．開煉塑化（4）將輥距調(diào)至1mm以內(nèi)，使塑化料變成薄層通過輥縫。以打卷或打包形式薄通1～2次，若觀察物料色澤均勻、切口斷面不顯毛粒、表面光潔并有一定的強度時，開煉塑化即可終止。從開始投料至塑化完全一般控制在10min以內(nèi)。,實驗步驟,3

11、．開煉塑化（5）塑化完成后，用煉膠刀把包輥層整片拉下、平整放置，同時裁剪成適當尺寸的板坯，以備壓制成型時用。,,實驗步驟,4．壓制成型 （1）通過加熱和溫控裝置將上、下模板溫度控制在（180±5）℃。（2）將壓制模具放入壓機上、下模板間在壓制溫度下預熱10min。,實驗步驟,,（3）按成型模具的容積及硬PVC塑料的比重（約1.4）計算加料量，稱量裁剪好的硬PVC塑化板坯約230g，放置在模具的模腔內(nèi)，模具閉合后置于壓機模

12、板的中心位置，在已加熱的模板間接觸閉合的情況下（未受壓力）預熱約10min。,實驗步驟,（4）開動壓機加壓至所需的表壓讀數(shù)，使受熱熔化的塑料慢慢流動而充滿模具的型腔，經(jīng)2～5次卸壓放氣后，在恒壓下保持約5min。硬PVC壓制成型的熱壓壓力約為5～10MPa。應根據(jù)壓制板材的面積及壓機的技術(shù)參數(shù)計算壓制成型時壓機的表壓（操作壓力）。,實驗步驟,（5）卸壓取出模具，連同壓制成型的物料趁熱迅速轉(zhuǎn)至同樣規(guī)格的冷壓機上，快速加壓至冷壓所需的表壓讀

13、數(shù)，在受壓條件下進行冷卻定型。熱壓壓力約為15～20MPa。,壓制成型的PVC板材,（6）冷卻定型的時間應視實驗時的環(huán)境溫度而異。要求冷卻到80℃以下，待硬PVC板材充分冷卻固化后，解除壓力，脫模去除毛邊即得制品。,實驗步驟,UPVC的性能測試,測試項目：,沖擊性能,方法原理樣條制備測試步驟數(shù)據(jù)記錄與處理,沖擊性能：,沖擊性能實驗是在沖擊負荷的作用下測定材料的沖擊強度。在實驗中，對聚合物試樣施加一次沖擊負荷使試樣破壞，記錄下試樣

14、破壞時或過程中試樣單位截面積所吸收的能量，即得到?jīng)_擊強度。在工程應用上，沖擊強度是一項重要的性能指標，通過抗沖擊試驗，可以評價聚合物在高速沖擊狀態(tài)下抵抗沖擊的能力或判斷聚合物的脆性和韌性程度。,UPVC的性能測試,根據(jù)實驗溫度可分為常溫沖擊、低溫沖擊和高溫沖擊依據(jù)試樣的受力狀態(tài)，可分為擺錘式彎曲沖擊（包括簡支梁沖擊GB1043和懸臂梁沖擊GB1843）、拉伸沖擊、扭轉(zhuǎn)沖擊和剪切沖擊；依據(jù)采用的能量和沖擊次數(shù)，可分為大能量的一次沖擊

15、（簡稱一次沖擊試驗或落錘沖擊實驗GB11548）和小能量的多次沖擊實驗（簡稱多次沖擊實驗）。不同材料或不同用途可選擇不同的沖擊試驗方法，由于各種試驗方法中試樣受力形式和沖擊物的幾何形狀不一樣，不同的試驗方法所測得的沖擊強度結(jié)果不能相互比較。,沖擊試驗的方法,UPVC的性能測試,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法規(guī)定用簡支梁沖擊試驗機，對硬質(zhì)塑料試佯施加一次沖擊彎曲負荷使之破壞，并用試樣破壞時單位面積所吸收的能量表征該材料的沖擊韌性。簡支梁式擺錘

16、沖擊試驗簡單易行，在控制產(chǎn)品質(zhì)量相比較結(jié)構(gòu)或制品的韌性時仍是一種經(jīng)常使用的測試方法。,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,UPVC的性能測試,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,UPVC的性能測試,擺錘式?jīng)_擊試驗機工作原理圖,,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,UPVC的性能測試,擺錘式?jīng)_擊試驗機工作原理,沖斷試祥所消耗的功擺錘克服空氣阻力所消耗的功試樣斷裂而飛出時所消耗擺錘的位能（β角）,能量守衡原理,擺錘的原始位能（α角）,,,,式中除β角外均為已知數(shù)

17、，因此，根據(jù)擺錘沖斷試樣后曲升角β的數(shù)值即可繪出讀數(shù)盤，并由該讀數(shù)盤直接讀取沖斷試樣時所消耗功的數(shù)值。,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,UPVC的性能測試,,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,樣條制備,模具直接經(jīng)壓塑或注塑成型壓塑或注塑成型的板材經(jīng)機械工制得.,試樣為矩形截面的長條形，分無缺口試祥和缺口試樣，包括3種不同的缺口類型和4種不同的尺寸類型，其具體規(guī)定見GB1043-93。其中1型試祥還可由依據(jù)GBll997方法制備的標準多用途試祥的

18、中部直接切取。,試樣,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,本次實驗試樣： 按GB/T l043－93的規(guī)定沖擊試樣的尺寸為50×6×4mm，在試樣中部開缺口，缺口深度為試樣高度的1/3，缺口寬度為0.8mm。,試樣,缺口試樣要求切口平整、表面光潔、無雜質(zhì)及氣泡等缺陷。,使用壓制成型的PVC板材機械加工制樣,使用壓制成型的PVC板材機械加工制樣,,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,測試步驟,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,數(shù)據(jù)處理,在簡

19、支梁沖擊試驗機上獲得的是試樣沖斷時消耗的功，此功除以試樣的橫截面積，即為材料的沖擊強度α（kJ/m2）。,,式中 A－沖斷試樣所消耗的功，kJ；b－試樣寬度，m；di－試樣缺口剩余厚度，m。,簡支梁式擺錘沖擊試驗方法,數(shù)據(jù)記錄,實驗原理,,PVC樹脂是配方的主體 ，PVC樹脂通常是白色粉狀固體，本實驗選用聚合度為700～1000的懸浮法疏松型樹脂，它有較好的加工性能，又能滿足硬PVC的要求。,,,實驗原理,,DOP(鄰苯二甲酸二辛

20、酯)用作增塑劑，其極性較大，與PVC有良好的相容性，增塑效率高，少量加入可以大大改善加工性能而又不致于過多降低材料的硬性。 通常PVC塑料可分為軟、硬兩大類，二者的主要區(qū)別在于塑料中增塑劑的含量。增塑劑含量在10phr以內(nèi)，材料硬度較大，在40～70phr時，材料柔軟而富于彈性。但如果配方中加入大量的填充料，即使增塑劑用量較多時，也可成為硬性材料。,,實驗原理,,三鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛是熱穩(wěn)定劑，由于PVC樹脂受熱易分

21、解，在加工過程中容易分解放出HCl，堿性的熱穩(wěn)定劑使HCI中和，因此必須加入否則樹脂的降解現(xiàn)象會愈加劇烈。此外，又因PVC在受熱情況下還有其他復雜的化學變化，為此在配方中還加入硬酯酸鹽類化合物，同樣起熱穩(wěn)定作用。幾種穩(wěn)定劑同時應用，各種組分獨特效能和它們之間的協(xié)同效應，將會使材料在高溫等條件下不至于破壞。,,實驗原理,,石蠟是潤滑劑，起到降低熔體粘度，利于加工，成型時易脫模等作用。,,實驗原理,,在PVC塑料中添加碳酸鈣等填充劑，可大