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1、高分子材料加工实验指导书林志丹 自编目 录实验一 热塑性塑料挤出造粒实验1实验二 热塑性塑料注射成型3实验三 橡胶的加工成型实验7实验四 塑料的填充改性实验设计12实验五 聚氨酯泡沫塑料的加工16实验六 热成型实验19实验七 模压成型实验22实验八 吹塑薄膜28实验一 热塑性塑料挤出造粒实验 1实验目的（1）通过本实验,应熟悉挤出成型的原理,了解挤出工艺参数对塑料制品性能的影响。（2）了解挤出机的基本结构及各部分的作用掌握撤出成型基本操作。2实验原理（1）塑料造粒。合成出来的树脂大多数呈粉末状，粒径小成型加工不方便，而且合成树脂中又经常需要加入各种助剂才能满足制品的要求，为此就要将树脂与助剂混
2、合，制成颗粒，这步工序称作“造粒”。树脂中加入功能性助剂可以造功能性母粒。造出的颗粒是塑料成型加工的原料。此使用颗粒料成型加工的主要优点有：颗粒料比粉料加料方便，无需加制加料器；颗粒料比粉料密度大，制品质量好；挥发物及空气含量较少，制品不容易产生气泡；使用功能性母料比直接添加功能性助剂量更容易分散。塑料造粒可以使用辊压法混炼，塑炼出片后切粒，也可以使用挤出塑料，塑化挤出条后切粒。本实验采用挤出冷却后造粒的工艺。（2）挤出成型原理及应用。热塑性塑料的挤出成型是主要的成型方法之一，塑料的挤出成型就是塑料在挤出机中，在一定的温度和一定压力下熔融塑化，并连续固定截面的模型，得到具有特定断面开关连续型材
3、的加工方法不论挤出造粒还是挤出制品都分两个阶段，第一阶段，固体状树脂原料在机筒中，借助于筒料外部的加热螺杆转动的剪切挤压作用而熔融通，同时熔体在压力的推动下被连续挤出口模；第二阶段是被挤出的开票失去塑性变为固体即制品，可为条状、版状、棒状、筒状等。因此，应用挤出的方法既可以造粒也能够生产型材或异型材。3实验设备用原料原料：聚乙烯100份，聚丙烯100份，碳酸钙30份，抗氧剂1010 0.3份，硅烷偶联剂KH550 0.5份。仪器：SJ-20型双螺杆挤出机，切粒机挤出机技术参数如下：螺杆直径：22mm。长径比L/D：20mm。螺杆转速：0600r/min。产量：0.76kg/h。电机功率：3KW
4、。加热功率：3.3KW。挤出机各部分结构的作用如下。（1）传动装置。由电动机、减速机构和轴承等组成。具有保证挤出过程中螺杆转速恒定、制品质量的稳定性以及保证能够变速作用。（2）加料装置。无论原料是粒状、粉状和片状，加料装置都采用加料斗。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等装置。（3）料筒。料筒是挤出机的主要部件之一，塑料的混合，塑化和加压过程都在其中进行。挤压时料筒内的压力可达55MPa，工作温度一般为180250C，因此料筒是受压和受热的容器，通常由高强度、坚韧耐磨和耐腐蚀的合金钢制成。料筒外部设有分区加热和冷却的装置，而且各自附有热电偶和自动仪表等。（4）螺杆。螺杆是挤出机的关键部件
5、。一般螺杆的结构如图3-3所示。通过螺杆的转动料筒内的塑料才能发生移动，得到增压和部分热量 （摩擦热）。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大影响。螺杆直径（D）和长径比（L/D）是螺杆基本参数之一，螺杆直径常用以表示挤出机大小的规格，根据所制制品的形状大小和生产率决定。长径比是螺杆特性的重要参数，增大长径比可使塑料化更均匀。（5）口模和机头。机头是口模与料件之间的过渡部分，其长度与和形状随所用塑料的种类、制品的形状加热方法及挤出机的大小和类型而定。机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量影响很大，其尺寸根据流变学和实践经验确定。4实验步骤（1）
6、配料：用电子称称量所需原料，将各种原料经手工初步搅匀后，加入高速混合机中，关闭高速混合机顶门和底门，开动混合机搅拌1min，在搅拌下打开底门用装料袋接料，关闭混合机，清理混合机内腔。（2）了解挤出塑料的熔融指数，确定挤出温度控制范围。（3）检查挤出机的各部分，确认设备正常，接通电源，加热，通冷却水。待各段预热到要求温度时，手动转动螺杆，以确定料筒中残留的上次加工的料完全熔融。保温10min以上再加料。（4）开动主机。在转动下先加少量塑料，注意进料和电流计情况。开动切粒机和风冷机，待有熔料挤出后，将挤出物用手（戴上手套）和镊子慢慢引上冷却牵引装置，同时经过切粒机切粒并收集产物。（5）挤出平稳，继
7、续加料，调整各部分，控制温度等工艺条件，维持正常操作。（6）观察挤出料条形状和外观质量，记录挤出物均匀、光滑时的各段温度等工艺条件，记录一定时间内的挤出量，计算产率，重复加料，维持操作20min。（7）试验完毕，带模头不再有熔体流出时，关闭主机，整理各部分。5实验报告（1）列出实验用挤出机的技术参数。（2）报告实验所用原料及操作工艺条件，计算挤出产率。（3）取样测定熔融指数和性能。（4）讨论结合试样性能检验结果，分析产物性能与原料、工艺条件及实验设备操作的关系。影响挤出物均匀性的主要原因有哪些？怎样影响？如何控制？实验中，应控制哪些条件才能保证得到质量好的样品或制品？6注意事项（1）熔体被挤出
8、之前，任何人不得在机头口模的正前方。挤出过程中，严防金属杂质、小工具等物料落入进料口中。（2）清理设备时，只能使用铜棒、铜制刀等工具，切忌损坏螺杆和口模等处的光洁表面。（3）挤出过程中，要密切注意工条件的稳定，不得任意改动。如果发现不正常现象，应立即停车，进行检查正理再恢复实验。7思考题（1）挤出机的主要结构有哪些部分组成？（2）造粒工艺有几种切粒方式？各有何特点？实验二 热塑性塑料注射成型1实验目的（1）了解螺杆式注塑机的基本结构，熟悉注射成型的原理。（2）掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。（3）掌握注射盛开工艺条件对注射制品质量的影响，学会注塑工艺条件设定的基本方法。2实验原理注射成型适用
9、于热塑性和热固性塑料，是高聚物的一种重要的成型方法。注射成型的设备是注塑机和注射模具。它是使固体树脂在注注机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热使树脂塑化成黏流态，后经移动，螺杆以很高的压力和较快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压、冷却固化后，脱膜取出制品。热塑性塑料注射时，模具温度比注射料温低，制品是通过冷却而定型的；热固性塑料注射时，其模具温度要比注射料温高，制品是要在一定的温度下发生交联固化而定型的。本实验主要介绍热塑性塑料的注射成型。热塑性塑料的注射成型工艺原理如下。（1）合模与开模。合模是动模前移，快速闭合。
10、在与定模将要接触时，依靠合模系统的自动切换成低压，提供低的合模速度，低的合模压力，最后切换成高压将模具合紧。开模是注射完毕后，动模在液压油缸的作用下首先开始低速后撤，而后快速后撤到最大开模位置的动作过程。（2）模具闭合后，注塑机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压推动与油缸活塞杆相连接的螺杆前进，将螺杆鄯前面已均匀塑化的物料以规定的压力和速度注射入模腔，直到熔体满模腔为止。螺杆作用于熔体的压力叫注射压力，螺杆移动的速度叫注射速度。熔体充模顺利与否，取决于注射压力和速度 、熔体的温度和模具的温度等。这些参数决定了熔体的黏度和流动特性。注射压力是为了使熔体克服料筒、喷嘴、浇铸系统和模腔等处的阻力，以一定
11、的速度注射入模内；一量充满，模腔内压迅速到达最大值，充模速度则迅速下降。模腔内物料受压而密实，符合成型制品的密度要求。注射压力的过高或过低，造成充模的过量或不足，将影响制品的外观质量和材料的大分子取向程度。注射速度影响熔体填充模腔时的流动状态。速度快，充模时间短，熔体温差小，制品密度均匀，熔接强度高，尺寸稳定性好，外面质量好；反之，若速度慢，充模时间长，由于熔体流动过程的剪切作用使大分子取向程度大，制品各向异性。熔体充模的压力和速度的确定比较麻烦，要考虑原料、设备和模具等因素，要结合其他工艺条件，通过分析制品外观，实践相结合而决定的。（3）保压阶段。熔本充模完全后，螺杆施加一定的压力，保持一定
12、的时间，是为了解决模腔内迷人本因冷却收缩、造成制品缺料时，能够及时进行补塑，使制品饱满。保村时，螺杆将向前稍作移动。保压过程包括控制保压压力和保压时间，它们均影响制品的质量。保压压力可以等于或低于充模压力，其大小以达到补塑增密为宜，保压时间以压力保持到浇口凝封时为好。若保压时间不足，模腔内的物料会倒流，制品缺料；若时间过长或压力过大， 充模量过多，将使制品的浇口附近的内应力增大，制品易开裂。（4）冷却阶段。保压时间到达后，模腔内塑料熔体通过冷却系统调节冷却到玻璃化温度或热变形温度以下，使塑料制品定型的过程叫冷却。这其间需要控制冷却的温度和时间。模具冷却温度的高低和塑料的结晶性、热性能、玻璃化温
13、度、制品形状复杂与否及制品的使用要求等有关；此外，与其他的工艺条件也有关。模具的冷却温度不能高于高聚物的玻璃化温度或热变形温度。模温高，有利于熔体在模腔内流动，对充查勘有利，而且能使塑料冷却速度均匀。模温高，利于大分子热运动，利于大分子的松弛，可以减少厚壁和形状复杂制品可能回为补塑不足，收缩不均和内应力大的缺陷。但模温高，生产周期长，脱模困难，这些都是不利因素。对于结晶型塑料，模温直接影响结晶度和晶体的构型。采用适宜的模温，晶体生长良好，结晶速率也较大，可以减少制品成型后的结晶现象，也能改善收缩不均、结晶不良的现象。冷却时间的长短与塑料的结晶性、玻璃化温度、比体积、导热率和模具温度等有关，应以
14、制品在开模顶出时既有足够的刚度而又不至于变形为宜。时间太长，生产率下降。（5）原料预塑化。制品冷却时，螺杆转动并后退，同时螺杆将树脂向前输送、塑化，并且将塑化好的树脂输送到螺杆的前部并计量、贮存，为下一次注射作准备，此为塑料的预塑化。预塑化时，螺杆的热平衡速度决定于后移的各种阻力，如机械摩擦阻力及注射油缸内液压油的回泄阻力。塑料随螺杆旋转，塑化后向前堆积在料筒的前部，此时塑料熔体的压力称为塑化压力。注射油缸内液压油回泄阻力称为螺杆的背压。这两种压力的增大，使塑料的塑化量都降低。预塑化是要求得到定量的、均匀塑化的塑料熔体。塑化是靠料筒的外加热、摩擦热和剪切力等而实现的。剪切作用与螺杆的背压和转速有关。料筒子温度高低与树脂的种类、配合剂、注射量与制品大小比值、注塑机类型、模具结构、喷嘴及模具的温度、注射压力和速度、螺杆的背压和转速，以及成型周期等很多因素都有关。料筒温度总是在材料的熔点或黏点或黏流温度与分解温度之间,而且通常是分段控制,各段之间的温差约为1050C。喷嘴加热在于维持充模的料流有良好的流动性，喷嘴温度等于或略低于料筒的温度过高的喷嘴温度会出现流延现象；过低也不适宜，会造成喷嘴的堵塞。螺杆的背压影响预塑化效果。提高背压，物料受到剪切作用增加，熔体温
