塑料成型工艺实验讲义

塑料成型工艺实验讲义内容摘要：

粘度对温度十分敏感，增加温度可大大降低熔体的粘度，应注意温度的控制与调节，使测试结果准确可靠。 一般来说，用近于生产条件的成型温度、螺杆转速作为测试仪器的加热温度、转子转速的条件下，所得到的物料转矩 温度 时间曲线更能预测或说明制品成型过程中发生的问题。 此外，用动态热温定性实验研究材料热稳定效果时用较高的温度和转速，使分解反应在较短时间内发生，则可以缩短实验时间。 对于不同的高分子材料和不同的实验目的必须选择最佳的条件，以求得可靠的实验结果。 四 .试验 方法 1. 准备工作 （ 1）了解转矩流变仪的工作原理、技术规格和安装、使用、清理的有关规定。 （ 2）根据实验需要，将所用的混合器与动力系统组装起来。 （ 3）接通动力电源和压缩空气，稳定电源在 220V+/10V. （ 4）按式（ 61）计算加料量，并用天平准确称量。 15 W1=(V1V0)ρα0 (61) W1加料量 （ g） V1混合器容量（ cm3） V0转子体积（ cm3） ρ原材料的固体体积或熔体密度（ g/cm3） α加工系数，按固体或熔体密度计算 为 、。 对于硬质 PVC 来讲 ，加料量应为 65 g 左右。 2. 操作 （ 1）接通主机电源后，调节温度加热。 （ 2）当温度达到要求后，预热一段时间，然后加料开始记录实验参数。 （ 3）当实验结束后，加入少量润滑剂，然后拆卸清理混合器。 五 .试验结果表述 写出转矩流变仪测试高聚物的流变性的原理及测试时的各项实验条件。 以实验所得数值、图形为例，讨论在高聚物结构研究、材料配方选择、成型工艺条件控制、成型机械及模具设计等方面的应用。 六．思考题 1. 那些主要因素将影响高聚物的流变性质。 2. 测试物料及实验过程如何保证实验结果的可靠性。 3. 试比较毛细管流变仪和转矩流变仪各自的特点。 16 热固性塑料模压成型 一、试验目的 及原理 1. 试验目的 掌握热固性塑料模压成型基本原理和工艺控制过程；了解酚醛塑料模塑粉配方以及模压成型工艺参数对产品性能及外观质量的影响；正确掌握液压机及压模的操作使用方法；了解液压机的基本结构及运转原理。 2. 试验原理 热固性塑料模压成型是将 缩聚反应到一定阶段的热固性树脂及其填充混合料 放入成型温度下的压模型腔中，然后闭模加压， 借助 热和压力的作用 ，由固体变成半液体，并在这种状态下充满型腔取得一定的型样， 此时，带活性基团的树脂分子产生化学交联而形成网状结构，经过一段时间保压 ，随着交联作用的加深，树脂完成聚合反应而固化成型，脱模即得所需制品。 在热固性塑料模压成型过程中，温度、压力和在压力作用下的持续时间是重要的工艺参数，它们之间既有各自的作用又有相互制约。 （ 1）模压温度 在其它工艺条件一定的情况下，热固性塑料模压过程中的温度不仅影响其流动状态而且决定成型过程中交联反应的速度。 温度高，有利于缩短模压周期，改善制品物理力学性能，但温度过高，熔体流动性会 降低以致于充不满模腔，或表面层过早固化而影响水分、挥发物排出，这不仅要降低制品的表面质量，在开模时还可能出现制品膨胀、开裂等不良现象。 反之，模压温度过低，固化时间延长，交联反应不完善也要影响制品质量，同样会出现制品表面灰暗、粘模和力学性能下降等问题。 （ 2）模压压力 模压压力的选择取决于塑料类型、制品结构、模压温度及物料是否预热等因素。 一般来讲，增大模压压力可增进塑料熔体的流动性、降低制品的成型收缩率、使制品更密实；压力过小会增多制品带气孔的机会。 不过，在模压温度一定时，仅仅就增大模压压力并不能保证制品内 部不存在气泡，况且，压力过高还会增加设备的功率消耗，影响模具的使用寿命。 （ 3）模压时间 指压模完全闭合至开模所需时间。 模压时间的长短也与塑料的类型、制品形样、厚度 、模压工艺及操作过程有密切关系。 通常随制品厚度增加，模压时间相应增长，适当增加模压时间，可减少制品的变形和收缩率。 如采用预热、预压、排气及提高模具温度等措施可以缩短模压时间，从而提高生成效率。 但是，倘若模压时间过短，固化未完全，开模后制品易翘曲、变形或表面无光泽，甚至影响其物理机械性能。 17 除此之外，塑料粉的工艺性能、模具结构和表面粗糙度等都是影 响制品质量的重要因素。 二、 实验原料及 仪器设备 1． 实验 原料为酚醛 树脂（或其改性树脂）与填料及其它添加剂组成的热固性 塑料粉。 本实验采用的酚醛树脂模塑粉配方如表 1。 表 1 实验用酚醛树脂模塑粉配方 原材料 质量份数 原材料 质量份数 酚醛树脂 100 木粉（云母） 100 六次甲基四胺 13 硬脂酸锌 轻质氧化镁 2 炭黑 硬脂酸镁 2 2. 主要仪器设备 平板硫化机（液压机）一台； 移动式压模（包括长条、哑铃和圆饼形状的试样模具）一套； 脱模框架一个； 温度计 （ 0～ 250℃ ） 2 支 ； 天平（感量 0． 5 克）一台 三、试验步骤及操作方法 1． 酚醛树脂模 塑粉 配制 按表 1 配方称量，将各组分放入捏合机中，搅拌30min 后，将塑料粉装入塑料袋中备用。 2． 酚醛塑料粉的模压成型 （ 1）熟悉压机的结构和压机在手动、半自动状态下的操作程序，检查压机各部分的运转、加热情况是否良好，并记录压机的主要技术规范。 （ 2） 按照表 2，拟定 成型温度、压力和时间等工艺条件。 根据模具型腔的尺寸 和 模压压力 分别 计算出 所需模塑粉量和 压制的总压力，并 结合实验用压机吨位 计算出 模压成型时 压机的表压。 表 2 模压成型工艺条件 粒径 3mm 粒径 ≥3mm 成型温度（ ℃ ） 160177。 2 160177。 2 成型压力（ MPa） 25～ 40 40～ 60 固化时间（ min/mm） 1 1 模 塑 料 种 类 工 艺 条 件 项 目 18 （ 3）将压模放到压机上并预热到拟定温度（预热时应将压机压板与压模接触 ）。 （ 4）按试样体积称取所需模塑料量。 模塑料量 =试样体积模制件密度（由生产者提供） +损耗（根据经验确定） （ 5）取出压模，然后在脱模框架上将压模脱开，用纱头将型腔上下凸模拂拭干净并涂以少量的脱模剂，随即把预先计算称量好的酚醛塑料粉加入模 腔 内，堆成 中间稍高的形式，迅速闭模，放到压机 热 板 中心位置 上。 （ 6）开动压机，施加压力至拟定值，经少许时间后， 减压 让压模松动排出其中的气体，再施加压力至拟定值，并按工艺条件保压一定时间。 （ 7）固化结束卸压、脱模， 取出制品，用铜刀清理干净模具并重新组装待用。 （ 8）检查制件是否符合外观要求，并记录编号保存，以备性能测试。 （ 9）改变工艺条件，再按上述操作步骤，进行另一轮实验。 四、试验结果及处理 试验数据记录表 2 编号 模具温度（ ℃ ） 上 下 表压 (MPa) 固化时间（分） 模压压力（ MPa） 加料量 （ g） 放气 次数 观察现象 1 2 3 1. 压机表压计算 P 表 ＝ Pm A/S Pm—— 制品实际成型压力（按表 1 取值） A —— 模腔在压力方向的投影面积 S —— 油缸柱塞截面积 2． 制品性能的检定 长条形试样测试制品的冲击强度、弯曲强度和维卡耐热性，圆片试样检测其电性能。 五、注意事项 1． 进行模压操作时，实验者必须带好手套以免烫伤。 2． 脱模、装模必须细心，注意对准模具方向，不要碰伤模具。 同时注意动作要迅速，以免模具热量散失而影响模压效果。 3． 压制时温度、压力必须严格控制， 上下模温度应尽量保持一致，不得造 19 成温度强烈波动，否则得不到正确的实验结果。 六、问题讨论 1． 模压 温度、压力和时间对制品质量有何影响。 你在实验中是如何处理它们之间的关系的。 2． 热固性塑料模压过程中为什么要排气。 其模压过程与热塑性塑料的模压成型有什么差别。 3． 酚醛模塑粉中各组分的作用各是什么。 20 塑性溶胶的制备及搪塑成型 一、试验原理及目的 聚氯乙烯 树脂颗粒借助机械力和溶剂化作用，可以均匀分散、悬浮于分 散剂中，适当控制树脂的颗粒化程度，便能得到粘度适 于成型的聚氯乙烯 塑性溶胶。 这种聚氯乙烯 塑性溶胶经过塑形、烘熔两个过程，增塑剂被树脂吸收形成不连续相出现胶凝，树脂颗粒膨胀并在热的作用下熔化形成连续相，从而制得具有一定强度 的聚氯乙烯 塑料搪塑制品。 通过本实验要求掌握塑性溶胶的配制过程；了解聚氯乙烯 配方的设计思想；掌握搪塑成型的工艺过程。 二、仪器设备及原料 1． 仪器设备 搪塑模具三付； 电热鼓风烘箱一台； 天平（感量 0． 1 克）一台； 真空脱泡装置一套； 电炉一只； 烧杯 100ml， 200 ml， 300 ml 各两只； 温度计（ 200℃ ）一只； 量筒 100 ml 两个。 2． 原料及配方 聚氯乙烯 树脂（悬浮法） 粒度 80 目 /吋 2 聚氯乙烯 树脂（乳液法） 邻苯二甲酸二辛酯（ DOP） 工业品 邻苯二甲酸二丁酯（ DBP） 工业品 癸二酸二辛酯（ DOS） 工业品 硬脂酸钙（ Ca—St） 工业品 硬脂酸锌（ Zn—St） 工业品 硬脂酸钡（ Ba—St） 工业品 配方（以重量份计算）： 21 树脂 DOP DBP DOS BaSt CaSt ZnSt 悬浮 PVC 100 30～ 60 65～ 130 5～ 10 1． 5 0． 7 0． 5 乳液 PVC 100 24～ 48 52～ 48 4～ 8 1． 5 0． 7 0． 5 三、试验步骤及操作方法 1． 备料 按配方将计量好的各增塑剂集中于一个烧杯内混合搅拌均匀成为混合增塑剂。 分别称取稳定剂，合并放入一个烧杯中。 打浆：在稳定剂中加入其总量的 250％混合增塑剂，用玻璃棒搅拌使其成为均匀的稳定剂浆。 2． 制糊（乳液 PVC 树脂） 在放有稳定剂浆的烧杯中加入全部乳液 PVC 树脂，再加入 60％份增塑剂，在不超过 32℃ 的 条件下，不停地搅拌 20～ 30 分钟，使固体原料分散均匀形成难流动的糊状料，然后逐渐加入剩余的增塑剂，再次混合 10～15 分钟，使其成为均匀的 PVC 糊。 3． 制糊（悬浮法 PVC 树脂） （ 1）拌料：在放有稳定剂浆的烧杯内加入 10％的悬浮 PVC 树脂和16％的增塑剂，在常温下拌合均匀。 （ 2）冲糊：将 50％混合增塑剂 加热到 150～ 155℃ ，热冲入已在常温下拌匀的物料，不停地搅拌，在料温逐渐下降的同时热冲的物料变成半透明的、均匀的糊状物，当糊状物的温度下降到 55～ 65℃ 时，加入余下 90％份的悬浮 PVC 树脂和剩余增塑剂，混 合搅拌均匀，成为 PVC 糊。 4． 脱泡 启动真空装置，把 PVC 糊倒进脱泡装置的布氏漏斗中，使 PVC 糊逐滴下落，利用真空作用脱出糊中所裹气体，待脱泡完毕，停止真空泵，从料斗下的容器内得到脱泡了的 PVC 糊。 5． 搪塑成型 预先将洁净的搪塑成型模具置于 173～ 187℃ 的恒温鼓风烘箱内，加热 10 分钟，取出搪塑模具，让模具中凸出尖角部位倾斜，将 PVC 糊沿模具的侧壁匀速地注入模具型腔内，稍加震动，以利排气。 待 PVC 糊完全灌满模具型腔后，停留约 15~30 秒，以利于 PVC 糊均匀浸润模腔壁面，再将PVC 糊倒回容器内，这时与模壁 接触的一层 PVC 糊已发生部分凝胶，随即搪塑模具送入恒温烘箱加热 10～ 15 分钟，使贴于壁面的 PVC 糊熔化，取出模具用水和风冷至 30℃ 以下，即可从模具内取出 PVC 塑料搪塑制品。 四、试验记录 22 试验配方 搪塑工艺条件 设备型号 模具预热温度 模具预热时间 糊料搅拌时间 热处理 温度 热处理 时间 产品外观 五、试验注意事项 悬浮 PVC 树脂的配方，制糊时要采用热冲； 实验时要注意各组分的加料顺序 搪塑工艺系高温操作，取放模具时务必戴手套，以免烫伤； PVC 树脂分解放出有毒气体，灌模时要干净利落，避免将糊料溢出模外或滴落在烘箱内。 避免用坚硬物件清理模具，以免刮伤模具内表面； 脱泡操作过程中应缓慢开启放空阀，勿使真空系统的干燥液体倒流。 六。