改性塑料实验方案

导热聚乙烯塑料的导热性能研究实验方案

一、实验目的

1.了解如何提高聚乙烯的导热性能，进而探索工艺条件对高分子材料导热性能的影响规律,并研究其微观相互作用机理。

2. 掌握数据处理和分析的方法。

二、实验原理

使用共混复合法，将高效率的导热填料添加到聚乙烯中，改善聚乙烯的导热性能。本实验将不同体积分数的石墨、Al2O3填充到聚乙烯中，在高速混合器中混合均匀，混合好后的粉末在平板硫化机上压制成型，在将材料制成样条，然后简单地测试样条的力学性能，找出填料含量对材料力学性能的影响；重点测试混合材料的导热性能，探索工艺条件对高分子材料导热性能的影响规律,并研究其微观相互作用机理。

三、实验用原材料

1.主要原材料

UHMWPE：上海化工研究所；

可膨胀石墨(KP 35，碳含量98％):河北联星碳化物有限公司;

Al2O3：分析纯，天津福晨化学试剂厂。

2.配方

初步拟定的配方如表1.1所示。

表1.1 实验配方

原材料名称体积分数/份

UHMWPE 60

KP 35 0～40

Al2O30～40

3.仪器、设备

所需的仪器和设备如表1.2所示。

表1.2 实验主要仪器和设备

仪器名称型号厂家

高速混合机GH-10型北京泽岛机械有限公司开放式炼塑机SK-160B型上海橡胶机械厂

平板硫化机XQLB-25D型上海第一橡胶机械厂

机械拉力机LJ-10000型承德衡通试验检测仪器

有限公司

悬臂梁冲击试验机XJU-22J型江都市俊平试验机械厂导热系数测试仪YBF一3型杭州大华仪器制造公司扫描电子显微镜EM3200型无锡创辉测量技术有限

公司

四.工艺条件预定

1.材料配方的确定

实验考察混合填料的添加量控制在40％时，石墨/Al2O混用对聚乙烯材料力学性能、导热性能的影响,将UHMWPE粉末、石墨/Al2O3按一定比例混合，放入高速混合机中搅拌，混合均匀，实验配方如表1.3所示，其中体积分数用量简称量确定。

表1.3 实验配方

石墨/Al2O3石墨/ Al2O3的总量/份UHMWPE/份0 40 60

0.25 40 60

0.375 40 60

0.5 40 60

0.75 40 60

1 40 60

2.混合条件的确定

表1.4 高速混合机混合条件

混合工艺名称条件

混合时间5min

混合时高速混合机的转速15000r/min

3.压制工艺条件的确定

表1.5 压制工艺条件

压制工艺名称条件

预热温度150°C

热压温度160°C

压制时间140min

4.炼塑工艺条件的确定

表1.6 炼塑工艺条件

炼塑工艺名称条件

辊温度160°C

辊间距1mm

炼塑时间14mim

五.实验内容及操作步骤

1.称量及混合

（1）按试验配方准确称取个组份物料，依次倒入高速混合机中。

（2）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，开动混合机以拟定速度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以备辊压用。

2.炼塑

（1）打开炼塑机的电源确认辊间距无任何杂物后，均匀调节辊间距为1mm，启动主机和辊筒加热，把加热电压调节至220°C，在转动过程中对辊筒进行预热，当辊温达到160°C时，调节加热电压至150v左右，对辊筒保温。

（2）加物料至两筒上部，调节辊间距使物料迅速包辊，一定量的物料加入后，不断用铜刀切翻上辊物料（即打“三角包”），是物料塑化均匀。

（3）物料塑化成片后，调节辊间距到1mm，对物料进行薄通2-3次，观察待物料表面色泽均匀，切割断面无明显生料且料片有一定强度时，即可料片出料，料片宽度调整到约200mm左右，将物料整片取下。

（4）将所出料片平放到工作台上，趁热裁成方形，按出料方向交错叠放以备压制。

3.压制

(1)检查平板压机的液压转动系统和电热板加热是否正常，确认正常后，将不锈钢模板装入压机，保证加热模板与成型模板刚好接触，对模板进行预热。

（2）待模板温度达到预热温度，取出成型模板，清理模板表面，有必要的话，在模板表面涂一些如硬脂酸之类的脱模剂，用细棉纱擦拭干净。

（3）将板坯及模板一并放入压机中，起动加压，压力大小一各料层紧密接触即可，模板继续升温对物料进行预热。

（4）模板温度达拟定的热压温度是，关闭模板加热开关，使物料在此温度下继续预热10分钟，起动压机，逐步使压机表压达到实验拟定压力。

（5）热压完成后，使模板及塑料自然冷却，当温度降至50°C以下时，即可卸压脱模并取出板材。

4.制取标准试样

将模压好的板材在万能制样机修边，按有关测试标准制取试样（圆片型试样和哑铃型试样）。 5.性能测试及表征

拉伸性能按GB ／T 1040—1992测试； 弯曲强度按GB ／T 9341—2000测试； 缺口冲击强度按GB ／T 1843—1996测试； 热导率参照GB ／I'11205—1989测试；

SEM 观察：将试样在液氮中冷却后脆断，断面真空喷金后用SEM 观察微观形态。

6.性能测试

（1）力学性能测试

悬臂梁冲击试验机的实验方法：由已知能量的摆锤一次冲击垂直固定成悬臂梁的试样，测量试样破坏时所吸收的能量，以试样冲断时缺口处单位宽度上所消耗的能量来衡量材料的冲击韧性。

机械拉力机的实验方法：在拉伸试验机上对试样施加载荷直至断裂，由此来测量试样所能承受的最大载荷及相应的形变。通过拉伸实验可得到材料的拉伸强度和断裂伸长率。 （2）导热性能测试

SEM 观察：将试样在液氮中冷却后脆断，断面真空喷金后用SEM 观察微观形态。

本实验采用的是稳态平板法测量材料的热导率，测量导热系数的装置如图1.1所示。上铜板由平板加热器提供热源，加热时，上铜板的底面直接将热量传入样品，同时样品把吸收到的热量通过样品下表面不断地向下铜板敞出，当传入样品的热量等于样品传出的热量时，样品处于稳定的热传导状态，此时样品上、下铜板表面的温度为一稳定值，上面为T 1下面为T 2。根傅里叶方程，稳态时样品的传热速率

dt

dQ

为： p

p p p

p p h R R h R R dt dT

m c dt dQ ππππ22222++∙-= （式1.1）