中北大学 高分子材料与工程 塑料填充改性综合实验

中北大学

高分子材料与工程专业实验

塑料填充改性综合实验

实验报告

班级： 09030342班

组别：第16组

塑料填充改性综合实验

一、实验目的

1、进一步了解塑料填充改性的方法，掌握基本配方的配制，加深对偶联剂的作用机理的理解；

2、掌握填充物的含量对复合材料力学性能的影响规律；

3、掌握数据处理和分析的方法。

二、实验原理

通过物理和机械的方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类的高分子聚合物共混，或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、交联、或将上述方法连用、并用，已达到使材料的成本降低、成型加工性能或最终性能改善，或在磁、光、热、声、燃烧等方面被赋予独特功能等效果，称之为高聚物的改性。填充改性就是在塑料成型加工过程中加入无机填料或有机填料，使塑料制品的原料成本降低达到增量的目的，或使塑料制品的性能有明显的改善，即在牺牲某些性能的同时，使人们所希望的另一方面的性能得到明显提高或各种性能都得到提高。本实验将不同质量分数的表面处理的碳酸钙粒子填充到聚乙烯中，在双昂螺杆挤出机的压力和剪切力作用下混合均匀，经冷却、吹干、造粒得到填充改性的粒料。将经过干燥的粒料用注射机注射成测试样条，然后测试材料的缺口悬臂梁冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率。找出填料含量对材料力学性能的额影响规律。

三、实验用原材料及仪器、设备

1、实验用原料及配方

表3.1实验用原料及配方

原料名称质量分数

高密度聚乙烯（5000s）100

碳酸钙10～40

钛酸酯偶联剂（NDZ-101）0.5%～ 3%（以填料含量记）

2、试验用仪器设备

（1）平行双螺杆混炼挤出机（SHJ-36型）螺杆直径36，螺杆长径比36:1；

（2）基础辅机包括冷却水槽、风干机、切粒机；

（3）高速混合机（GH-10）总容积10升，有效容积7升，主轴转速600～3000转/分；（4）悬臂梁冲击试验机(XJU-22J)；

（5）万能拉伸测试仪；

（6）注射机(SZ-100/80)；

（7）机械拉力机（LJ-10000）；

四、试验配方、工艺条件的预定

1、材料配方的确定

本实验采用五个配方，其中第一组为空白对照组，五组配方如表4.1所示：

表4.1实验用配方(%)

HDPE（5000S）/g 碳酸钙酞酸酯偶联剂(NDZ-101) 组别

质量/g 质量分数质量/g 质量分数质量/g 质量分数第一组400 100% 0 0% 0 0% 第二组400 100% 40 10% 4 1% 第三组400 100% 80 20% 6 1.5% 第四组400 100% 120 30% 8 2% 第五组400 100% 160 40% 10 2.5% 2、混合工艺条件的确定

混合时间:10min；

混合式混合机转速：1500r/min。

3、挤出工艺条件的确定

表4.2料筒各段的温度及部分参数

第一段第二段第三段第四段第五段第六段第七段第八段181℃182℃187℃196℃201℃203℃198℃191℃

机头温度口模温度螺杆转速牵引速度喂料速度主机电流料压/MPa

181℃229℃7.05×

300r/min 4.4HZ 11.5A 0.78

12r/min

4、注射工艺条件的确定

表4.3 料筒温度及各部分参数

喷嘴温度熔体温度一段温度二段温度三度温度四段温度注射速度230°C 210°C 210°C 210°C 220°C 210°C 30 mm/s

注射时间注射压力保压压力保压时间冷却时间成型周期

4 s 50 MPa 50 MPa 1 s 30 s 60 s

五、实验内容及操作步骤

1、将物料混合，挤出造粒

（1）称量及混合

以400gHDPE为单位，按实验配方称取各组分的物料，将碳酸钙和钛酸酯加入高速混合机中。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，开动混合机以拟定的转速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，将HDPE加入搪瓷盘中混合均匀，备用。

（2）挤出造粒

①将总开关推上启动；

②将加热控制开关推上启动；

③将电磁阀开关推上启动；

④按预定温度调整各区段温控表加热温度，加热温度到达设定值后，持续温度20~30分钟再检查各区段温控表和各区段冷却管道电磁阀是否正常；

⑤启动润滑油泵开关，观察机尾部油压表，应在0.1~0.2Mpa(始终保持0.1~0.2Mpa 应立即停机检查油路、油泵、油泵电机和线路)；

⑥打开润滑油冷却器冷却水开关；

⑦以上操作完毕，正确无误，方可进行主机操作；

⑧先用手盘转动主机与传动箱连轴器正常转动数圈启动主电机控制系统缓慢提高螺杆转速，先不加物料螺杆空转时不得高于30~40r/min，时间短于一分钟；

⑨主机转动若无异常，即可将混合好的物料加入，要以尽量低的转速开始喂料，待机头有物料排出后，开动风干机和切粒机，人工将挤出物牵引依次通过冷却水槽、风干机和切粒机，使生产过程实现连续；

⑩缓慢升高喂料螺杆转速和主螺杆转速至设定值，并相应提高牵引速度，对实验各工艺条件作出详细记录。

2、将上面造好粒注射成标准样条

1、开车前的准备

（1）加润滑油清洁注射机运动各部件的表面。

（2）通冷却水对液压工作油进行冷却。

（3）料筒预热在低于拟定的料筒温度10°C温度下预热料筒30分钟，如无异常即可将温度调到工艺要求的温度。

（4）检查设备各动作的可靠性

（5）模具安装和锁模力的调节

（6）顶出杆的位置调整

（7）螺杆式注射机的调距螺杆的转速和背压调节对于螺杆式注射机，预塑螺杆的转速一般控制在30～60转/分，背压控制在3～10kgf/cm2.

2、实验内容

（1）待实验准备工作完成后，首先检查料筒和喷嘴温度是否合适，具体方法食杂较低的注射压力和注射速度下自由对空注射，观察流料是否稳定，是否具有合适的粘度，表面是否光滑明亮，有无变色、银丝、气泡等。如温度不稳定，应作相应的调整。变动温度以5～10°C的范围变化为宜，每变动一次需恒温15分钟左右，温度调整合适后，激励各温度数据

（2）料温测定方法中温度计从喷嘴中插入熔体中，并均匀来回移动数次，待温度计读书稳定后在记录数据。

（3）注射速度是柱塞或螺杆在注射时移动速度，可通过秒表测定推料杆在标尺上移动一定距离所用时间计算而得。

（4）注射压力可通过注射压力调节阀调整，其大小应能使塑件外形完整，密度合适并不产生溢边为准，注射压力的数值可有压力表直接读出。