化工-聚氯乙烯的成型加工

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院 Material science and engineering,硬聚氯乙烯的成型加工,材料科學(xué)與工程學(xué)院 Material science and engineering,參考教材：《高分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)29,硬聚氯乙烯的成型加工實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,1．掌握聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)的基本知識(shí)；2．掌握硬聚氯乙烯成型加工各個(gè)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(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,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(xué)會(huì)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(cè)試技術(shù)，對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。,硬聚氯乙烯的成型加工實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原理,,PVC塑料的成型加工工藝過程：配方設(shè)計(jì)混合與塑化成型,硬聚氯乙烯的成型加工實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原理,,本實(shí)驗(yàn)是采用壓制法獲得硬PVC板材并測(cè)量其力學(xué)性能,實(shí)驗(yàn)原理,,純PVC樹脂是不能單獨(dú)成為塑料的PVC樹脂具熱敏性，加工成型時(shí)在高溫下很容易分解，熔融粘度大、流動(dòng)性差 因此在

3、PVC中都需要加入適當(dāng)?shù)呐浜蟿ㄟ^一定的加工程序制成均勻的復(fù)合物，才能成型得到制品。,實(shí)驗(yàn)原理,,本實(shí)驗(yàn)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(jī),加工設(shè)備,混合可以在高速混合機(jī)或捏合機(jī)中進(jìn)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(gè)工序,當(dāng)試驗(yàn)用料量少時(shí)，可采用手工摻混,SK－160 B型雙輥筒開放式煉塑機(jī),加工設(shè)備,塑化過程是在樹脂的流動(dòng)溫度以上和強(qiáng)大的剪切作用力下在雙輥筒煉塑機(jī)或密煉機(jī)中進(jìn)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(jī)操

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

7、型程度等都是很重要的。,XJS制樣機(jī),加工設(shè)備,簡(jiǎn)支梁沖擊儀,測(cè)試設(shè)備,其他,臺(tái)秤、盤架天平、弓形表面溫度計(jì)、游標(biāo)卡尺、瓷盤、煉膠刀等。,準(zhǔn)備工作,觀察機(jī)器是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，試驗(yàn)開煉機(jī)急剎車裝置 ；檢查機(jī)器內(nèi)有無雜物并清洗干凈；擬定實(shí)驗(yàn)配方及各項(xiàng)成型工藝條件； 加熱開煉機(jī)和平板壓機(jī),實(shí)驗(yàn)步驟,1. 配料 按設(shè)計(jì)的配方準(zhǔn)備原材料，用臺(tái)秤和盤架天平準(zhǔn)確稱量并復(fù)核備用。以PVC樹脂300g為基準(zhǔn)，其他助劑按配比稱量。所有組分的稱量誤

8、差都不應(yīng)超過1％，根據(jù)配方中組分用量多少，選用靈敏度適當(dāng)?shù)奶炱交蚺_(tái)稱。,實(shí)驗(yàn)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(jī)中，蓋上釜蓋，開機(jī)混合2～3min。攪拌漿轉(zhuǎn)速調(diào)整至1500r/min，同時(shí)加熱，溫控80℃左右。（2）停機(jī)，將液狀組分徐徐加入，再開機(jī)混合5min。（3）高速混合的全部時(shí)間通常為7～8min。達(dá)到混合時(shí)間后，停機(jī)，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(shí)驗(yàn)步驟,3．開煉塑化（1）輥筒恒溫后，開動(dòng)機(jī)器運(yùn)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(shí)，從輥筒間隙落下來的物料應(yīng)立即加往輥筒上，不能讓其在輥筒下方接料盤內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)，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(shí)，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(shí)可漸漸放寬輥距，控制一定的料層厚度，以便進(jìn)一步進(jìn)行切割翻煉。,實(shí)

10、驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)度時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)裁剪成適當(dāng)尺寸的板坯，以備壓制成型時(shí)用。,,實(shí)驗(yàn)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(jī)上、下模板間在壓制溫度下預(yù)熱10min。,實(shí)驗(yàn)步驟,,（3）按成型模具的容積及硬PVC塑料的比重（約1.4）計(jì)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(jī)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(yù)熱約10min。,實(shí)驗(yàn)步驟,（4）開動(dòng)壓機(jī)加壓至所需的表壓讀數(shù)，使受熱熔化的塑料慢慢流動(dòng)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(yīng)根據(jù)壓制板材的面積及壓機(jī)的技術(shù)參數(shù)計(jì)算壓制成型時(shí)壓機(jī)的表壓（操作壓力）。,實(shí)驗(yàn)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(jī)上，快速加壓至冷壓所需的表壓讀

13、數(shù)，在受壓條件下進(jìn)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(shí)間應(yīng)視實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟,UPVC的性能測(cè)試,測(cè)試項(xiàng)目：,沖擊性能,方法原理樣條制備測(cè)試步驟數(shù)據(jù)記錄與處理,沖擊性能：,沖擊性能實(shí)驗(yàn)是在沖擊負(fù)荷的作用下測(cè)定材料的沖擊強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)聚合物試樣施加一次沖擊負(fù)荷使試樣破壞，記錄下試樣

14、破壞時(shí)或過程中試樣單位截面積所吸收的能量，即得到?jīng)_擊強(qiáng)度。在工程應(yīng)用上，沖擊強(qiáng)度是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，通過抗沖擊試驗(yàn)，可以評(píng)價(jià)聚合物在高速?zèng)_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(cè)試,根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)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(jiǎn)稱一次沖擊試驗(yàn)或落錘沖擊實(shí)驗(yàn)GB11548）和小能量的多次沖擊實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱多次沖擊實(shí)驗(yàn)）。不同材料或不同用途可選擇不同的沖擊試驗(yàn)方法，由于各種試驗(yàn)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(yàn)方法所測(cè)得的沖擊強(qiáng)度結(jié)果不能相互比較。,沖擊試驗(yàn)的方法,UPVC的性能測(cè)試,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法規(guī)定用簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，對(duì)硬質(zhì)塑料試佯施加一次沖擊彎曲負(fù)荷使之破壞，并用試樣破壞時(shí)單位面積所吸收的能量表征該材料的沖擊韌性。簡(jiǎn)支梁式擺錘

16、沖擊試驗(yàn)簡(jiǎn)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(shí)仍是一種經(jīng)常使用的測(cè)試方法。,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,UPVC的性能測(cè)試,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,UPVC的性能測(cè)試,擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)工作原理圖,,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,UPVC的性能測(cè)試,擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)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(shí)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(shí)所消耗功的數(shù)值。,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,UPVC的性能測(cè)試,,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)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(jī)械工制得.,試樣為矩形截面的長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)多用途試祥的

18、中部直接切取。,試樣,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,本次實(shí)驗(yàn)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(jī)械加工制樣,使用壓制成型的PVC板材機(jī)械加工制樣,,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,測(cè)試步驟,簡(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,數(shù)據(jù)處理,在簡(jiǎn)

19、支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)上獲得的是試樣沖斷時(shí)消耗的功，此功除以試樣的橫截面積，即為材料的沖擊強(qiáng)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(jiǎn)支梁式擺錘沖擊試驗(yàn)方法,數(shù)據(jù)記錄,實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)，也可成為硬性材料。,,實(shí)驗(yàn)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(huì)愈加劇烈。此外，又因PVC在受熱情況下還有其他復(fù)雜的化學(xué)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(shí)應(yīng)用，各種組分獨(dú)特效能和它們之間的協(xié)同效應(yīng)，將會(huì)使材料在高溫等條件下不至于破壞。,,實(shí)驗(yàn)原理,,石蠟是潤(rùn)滑劑，起到降低熔體粘度，利于加工，成型時(shí)易脫模等作用。,,實(shí)驗(yàn)原理,,在PVC塑料中添加碳酸鈣等填充劑，可大