【正文】 ：在同一溫度下，改變螺桿轉(zhuǎn)速，重復(fù)上述實驗操作，建議以10r/min之差遞增，從10~100r/min進行實驗，至少取5個轉(zhuǎn)速下的質(zhì)量流率。8. 入口壓力校正：更換不同長徑比的毛細管，重復(fù)（5）、（6）、（7）實驗步驟。分別測試3個長徑比下的各5個轉(zhuǎn)速的質(zhì)量流率，并做好記錄。9. 實驗結(jié)束，保存記錄到設(shè)定的磁盤中，關(guān)掉升溫按鈕和數(shù)據(jù)傳輸按鈕，關(guān)掉實驗窗口。10. 清理擠出機、毛細管口模，為下次實驗做好準備。五、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理1. 流變曲線打開熔體粘度分析軟件，點擊打開實驗自動記錄的ext文件，進行文件參數(shù)設(shè)置，點擊添加數(shù)據(jù)，在時間壓力圖形上選擇不同轉(zhuǎn)速下相對平衡處的點，關(guān)掉對話框，然后進行流量數(shù)據(jù)輸入，輸入不同毛細管、不同轉(zhuǎn)速下的各組數(shù)據(jù)。然后，另存為TxT格式，計算機自動計算出粘度值并作出剪切粘度、剪切速率、剪切應(yīng)力關(guān)系圖。某牌號低密度聚乙烯（LDPE）的測量結(jié)果如圖2所示。進行入口校正時，將3個不同長徑比的毛細管測量數(shù)據(jù)均輸入并另存為TxT格式后，點擊“計算”菜單下的入口壓力校正，即可得到粘度校正數(shù)據(jù)和圖形，即為真實粘度。利用真實粘度與真實剪切速率曲線雖然可以全面客觀地表征熔體的流動性，但在Bagley校正過程中，需要完成三個模芯的實驗。實際工作中可以利用一個模芯測量表觀粘度與表觀剪切速率的關(guān)系快速表征流動性。用于不同配方之間的相對比較。入口壓力校正和非牛頓校正原理如下。圖2 LDPE流變曲線① 入口壓力改正其模具及壓力測量如圖3所示。 圖2 毛細管模具 圖3 入口壓力測量由于技術(shù)原因，測量毛細管入口壓力的傳感器不是恰好安裝在毛細管的入口處，而只能安裝在距離毛細管入口一定距離的過渡區(qū)內(nèi)，這使得毛細管入口處的真實壓力小于傳感器的測量值。其原因在于三個方面：第一，熔體從過渡區(qū)進入口模時，由于熔體粘滯流動的流線在入口處收斂引起能量損失，從而造成壓力下降。第二，在入口處聚合物熔體產(chǎn)生彈性形變，部分流動動能轉(zhuǎn)化成彈性能，造成壓力下降。第三，在入口處由于熔體剪切速率的劇烈增加，為達到流速的穩(wěn)定分布造成的壓力下降。如果壓力傳感器輸出的壓力為△Ｐs，則實際毛細管的入口壓力為△Ｐ=△Ｐs△Ｐm（△Ｐm為壓力校正值），把△Ｐ代入（1）式，把半徑R換成直徑D，整理得：△Ｐs4 = 4 (L/D)+ △Ｐm可以看出，在相同的剪切應(yīng)力（即相同的剪切速率）下，壓力傳感器的輸出ΔPs與模芯的長徑比L/D成線性關(guān)系。如果使用一組不同長徑比的模芯（例如：20:30:40:1），在相同擠出量下，將壓力傳感器輸出與模芯長徑比作圖（即Bagley圖），如下圖所示。該圖在縱軸上的截矩即為壓力校正值ΔPm。經(jīng)過校正之后計算得到的剪切應(yīng)力為校正剪切應(yīng)力或真實剪切應(yīng)力。② 非牛頓改正在不大范圍內(nèi)，和曲線為一條直線，該直線的斜率，即為非牛頓指數(shù)（n）。將n代入中，其中為表觀剪切速率，為真實剪切速率。真實粘度表觀粘度由于經(jīng)端口校正后真實剪切應(yīng)力小于表觀剪切應(yīng)力，再經(jīng)剪切速率非牛頓修正后，使得真實粘度小于表觀粘度。2. 膨脹比（B）的測定將擠出物（單絲）冷卻后，用游標(biāo)卡尺測量器直徑（D）（為減少擠出物自重所引起的單絲變細，測量時應(yīng)靠近單絲端部，最好選用溶液接托法取樣）。由公式計算，式中Ds為擠出物直徑，D為毛細管直徑。另外還可以用放大鏡觀察擠出物外觀（表面粗糙無光和表面呈微細不規(guī)則且有相當(dāng)間距的棱柱形者為鯊魚皮癥；擠出物被扭曲為波紋，竹節(jié)或螺旋以及支離破碎的料團稱熔體破碎）。3. 熔體的粘流活化能（） 利用不同溫度下測得的熔體表觀粘度繪制關(guān)系圖，在一定溫度范圍內(nèi)圖形是一條直線。該直線的斜率即能表征熔體的粘流活化能。六、思考題1. 試考慮為什么要進行“入口壓力校正”和“非牛頓校正”？2. 為保證實驗結(jié)果的可靠性，操作過程中應(yīng)注意哪些問題？3. 如何使用高分子材料的流變曲線指導(dǎo)擬定成型加工工藝？轉(zhuǎn)矩流變儀應(yīng)用試驗一、試驗原理及目的高分子材料的成型過程，如塑料的壓制、壓延、擠出、注射等工藝，化纖抽絲，橡膠加工等過程，都是利用高分子材料熔體進行的。熔體受力作用，不但表現(xiàn)有流動和變形、而且這種流動和變形行為強烈地依賴于材料結(jié)構(gòu)和外界條件，高分子材料的這種性質(zhì)稱為流變行為（即流變性）。測定高聚物熔體流變性質(zhì)，根據(jù)施力方式不同，有多種類型的儀器，轉(zhuǎn)矩流變儀是其中的一種。它由微機控制系統(tǒng)、混合裝置（擠出機、混煉器）等組成。測量時，測試物料放入混合裝置中，動力系統(tǒng)驅(qū)使混合裝置的混合元件（螺桿、轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)動，微處理機按照測試條件給予給定值、保證轉(zhuǎn)矩流變儀在實驗控制條件下工作。物料受混合元件的混煉、剪切作用以及摩擦熱、外部加熱作用，發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化。在不同的變化狀態(tài)下，測試出物料對轉(zhuǎn)動元件產(chǎn)生的阻力轉(zhuǎn)矩、物料熱量、壓力等參數(shù)。其后，微處理機再將物料的時間、轉(zhuǎn)矩、熔體溫度、熔體壓力、轉(zhuǎn)速、流速等測量數(shù)據(jù)進行處理，得出圖、表形式的實驗結(jié)果。 利用轉(zhuǎn)矩流變儀不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、螺桿數(shù)、螺桿結(jié)構(gòu)、擠出模具以及輔機，可以測量高分子材料在凝膠、熔融、交聯(lián)、固化、發(fā)泡、分解等作用狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩—溫度時間曲線，表觀粘度—剪切應(yīng)力（或剪切速率）曲線，了解成型加工過程中的流變行為及其規(guī)律。還可以對不同塑料的擠出成型過程進行研究，探索原材料與成型工藝、設(shè)備間的影響關(guān)系。 總之，對于成型工藝的合理選擇，正確操作，優(yōu)化控制，獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗制品以及為制造成型工藝裝備提供必要的設(shè)計參數(shù)等，都有非常重要的意義。 高分子材料的流變性除受高聚物結(jié)構(gòu)及有關(guān)復(fù)合物組成的影響外，采用混合器測量流變性質(zhì)時的實驗條件也是十分重要的影響因素。二、試驗用原材料1. 硬質(zhì)PVC粒狀復(fù)合物或混配物2. R類酚醛塑料粉原材料要求：應(yīng)干燥、不含有強腐蝕磨損性組份，材質(zhì)、粒度均勻。三、主要儀器設(shè)備XSS300轉(zhuǎn)矩流變儀，主要分三部分：主機、電氣控制柜、混合或擠出裝置。本實驗采用轉(zhuǎn)矩流變儀的混合裝置進行。1. 加料量實驗開始,物料自混合器上部的加料口加入混合室，受到上頂栓對物料施加的壓力并且通過轉(zhuǎn)子外表面與混合室壁間的剪切、攪拌、擠壓；轉(zhuǎn)子之間的捏合、撕拉；軸向間翻搗、捏煉等作用，以連續(xù)變化的速度梯度和轉(zhuǎn)子對物料產(chǎn)生的軸向力的變形實現(xiàn)物料的混煉、塑化。顯然混合室內(nèi)的物料量不足，轉(zhuǎn)子難于充分接觸物料，達不到混煉塑化的最佳效果。反之加入的物料過量，部分物料集中于加料口不能進入混合室塑化均勻或出現(xiàn)超額的阻力轉(zhuǎn)矩，使儀器安全裝置發(fā)生作用，停止運轉(zhuǎn)、中斷實驗，若實驗過程中，去除上頂栓對物料的施壓作用，儀器轉(zhuǎn)矩值變化不突出時，說明加料量合適。加料量應(yīng)由混合室空膠容積、轉(zhuǎn)子容積、物料（固體或熔體）的密度以及加料系數(shù)來計算確定。此外，為了保證測試準確性和重現(xiàn)性，原料的粒度和材質(zhì)應(yīng)均勻。2. 溫度與轉(zhuǎn)速混合器加熱溫度應(yīng)參考物料的熔融溫度和成型溫度。如果選擇的溫度過低出現(xiàn)超額的阻力轉(zhuǎn)矩會造成安全裝置發(fā)生作用，使儀器停止運轉(zhuǎn)。而溫度過高時，高聚物的鏈段活動能力增加、體積膨脹、分子間相互作用減小，流動性增大，粘度隨溫度提高而降低。物料在混煉塑化過程中的微小變化不易顯示出來，由此影響測試的準確性。對于PS、PVC、PC等高聚物，因為粘流活化能很大，熔體粘度對溫度十分敏感，增加溫度可大大降低熔體的粘度，應(yīng)注意溫度的控制與調(diào)節(jié)，使測試結(jié)果準確可靠。一般來說，用近于生產(chǎn)條件的成型溫度、螺桿轉(zhuǎn)速作為測試儀器的加熱溫度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的條件下，所得到的物料轉(zhuǎn)矩溫度時間曲線更能預(yù)測或說明制品成型過程中發(fā)生的問題。此外，用動態(tài)熱溫定性實驗研究材料熱穩(wěn)定效果時用較高的溫度和轉(zhuǎn)速，使分解反應(yīng)在較短時間內(nèi)發(fā)生，則可以縮短實驗時間。對于不同的高分子材料和不同的實驗?zāi)康谋仨氝x擇最佳的條件，以求得可靠的實驗結(jié)果。1. 準備工作（1）了解轉(zhuǎn)矩流變儀的工作原理、技術(shù)規(guī)格和安裝、使用、清理的有關(guān)規(guī)定。（2）根據(jù)實驗需要，將所用的混合器與動力系統(tǒng)組裝起來。（3）接通動力電源和壓縮空氣，穩(wěn)定電源在220V+/10V.（4）按式（61）計算加料量，并用天平準確稱量。W1=(V1V0)ρα0 (61) W1加料量 （g） V1混合器容量（cm3） V0轉(zhuǎn)子體積（cm3） ρ原材料的固體體積或熔體密度（g/cm3）α加工系數(shù)，按固體或熔體密度計算為 、。 對于硬質(zhì)PVC來講 ，加料量應(yīng)為65 g左右。2. 操作（1）接通主機電源后，調(diào)節(jié)溫度加熱。（2）當(dāng)溫度達到要求后，預(yù)熱一段時間，然后加料開始記錄實驗參數(shù)。（3）當(dāng)實驗結(jié)束后，加入少量潤滑劑，然后拆卸清理混合器。寫出轉(zhuǎn)矩流變儀測試高聚物的流變性的原理及測試時的各項實驗條件。以實驗所得數(shù)值、圖形為例，討論在高聚物結(jié)構(gòu)研究、材料配方選擇、成型工藝條件控制、成型機械及模具設(shè)計等方面的應(yīng)用。六．思考題1. 那些主要因素將影響高聚物的流變性質(zhì)？2. 測試物料及實驗過程如何保證實驗結(jié)果的可靠性。3. 試比較毛細管流變儀和轉(zhuǎn)矩流變儀各自的特點？熱固性塑料模壓成型一、試驗?zāi)康募霸?. 試驗?zāi)康恼莆諢峁绦运芰夏撼尚突驹砗凸に嚳刂七^程；了解酚醛塑料模塑粉配方以及模壓成型工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能及外觀質(zhì)量的影響；正確掌握液壓機及壓模的操作使用方法；了解液壓機的基本結(jié)構(gòu)及運轉(zhuǎn)原理。2. 試驗原理熱固性塑料模壓成型是將縮聚反應(yīng)到一定階段的熱固性樹脂及其填充混合料放入成型溫度下的壓模型腔中，然后閉模加壓，借助熱和壓力的作用，由固體變成半液體，并在這種狀態(tài)下充滿型腔取得一定的型樣，此時，帶活性基團的樹脂分子產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過一段時間保壓，隨著交聯(lián)作用的加深，樹脂完成聚合反應(yīng)而固化成型，脫模即得所需制品。在熱固性塑料模壓成型過程中，溫度、壓力和在壓力作用下的持續(xù)時間是重要的工藝參數(shù)，它們之間既有各自的作用又有相互制約。（1）模壓溫度 在其它工藝條件一定的情況下，熱固性塑料模壓過程中的溫度不僅影響其流動狀態(tài)而且決定成型過程中交聯(lián)反應(yīng)的速度。溫度高，有利于縮短模壓周期，改善制品物理力學(xué)性能，但溫度過高，熔體流動性會降低以致于充不滿模腔，或表面層過早固化而影響水分、揮發(fā)物排出，這不僅要降低制品的表面質(zhì)量，在開模時還可能出現(xiàn)制品膨脹、開裂等不良現(xiàn)象。反之，模壓溫度過低，固化時間延長，交聯(lián)反應(yīng)不完善也要影響制品質(zhì)量，同樣會出現(xiàn)制品表面灰暗、粘模和力學(xué)性能下降等問題。（2）模壓壓力 模壓壓力的選擇取決于塑料類型、制品結(jié)構(gòu)、模壓溫度及物料是否預(yù)熱等因素。一般來講，增大模壓壓力可增進塑料熔體的流動性、降低制品的成型收縮率、使制品更密實；壓力過小會增多制品帶氣孔的機會。不過，在模壓溫度一定時，僅僅就增大模壓壓力并不能保證制品內(nèi)部不存在氣泡，況且，壓力過高還會增加設(shè)備的功率消耗，影響模具的使用壽命。（3）模壓時間 指壓模完全閉合至開模所需時間。模壓時間的長短也與塑料的類型、制品形樣、厚度、模壓工藝及操作過程有密切關(guān)系。通常隨制品厚度增加，模壓時間相應(yīng)增長，適當(dāng)增加模壓時間，可減少制品的變形和收縮率。如采用預(yù)熱、預(yù)壓、排氣及提高模具溫度等措施可以縮短模壓時間，從而提高生成效率。但是，倘若模壓時間過短，固化未完全，開模后制品易翹曲、變形或表面無光澤，甚至影響其物理機械性能。除此之外，塑料粉的工藝性能、模具結(jié)構(gòu)和表面粗糙度等都是影響制品質(zhì)量的重要因素。二、實驗原料及儀器設(shè)備1．實驗原料為酚醛樹脂（或其改性樹脂）與填料及其它添加劑組成的熱固性塑料粉。本實驗采用的酚醛樹脂模塑粉配方如表1。表1 實驗用酚醛樹脂模塑粉配方原材料質(zhì)量份數(shù)原材料質(zhì)量份數(shù)酚醛樹脂100木粉（云母）100六次甲基四胺13硬脂酸鋅輕質(zhì)氧化鎂2炭黑硬脂酸鎂22. 主要儀器設(shè)備平板硫化機（液壓機）一臺；移動式壓模（包括長條、啞鈴和圓餅形狀的試樣模具）一套；脫?？蚣芤粋€；溫度計（0～250℃）2支；天平（感量0．5克）一臺三、試驗步驟及操作方法1．酚醛樹脂模塑粉配制 按表1配方稱量，將各組分放入捏合機中，攪拌30min后，將塑料粉裝入塑料袋中備用。2．酚醛塑料粉的模壓成型（1）熟悉壓機的結(jié)構(gòu)和壓機在手動、半自動狀態(tài)下的操作程序，檢查壓機各部分的運轉(zhuǎn)、加熱情況是否良好，并記錄壓機的主要技術(shù)規(guī)范。（2）按照表2，擬定成型溫度、壓力和時間等工藝條件。根據(jù)模具型腔的尺寸和模壓壓力分別計算出所需模塑粉量和壓制的總壓力，并結(jié)合實驗用壓機噸位計算出模壓成型時壓機的表壓。表2 模壓成型工藝條件模塑料種類工藝條件項目粒徑3mm粒徑≥3mm成型溫度（℃）160177。2160177。2成型壓力（MPa）25～4040～60固化時間（min/mm）11（3）將壓模放到壓機上并預(yù)熱到擬定溫度（預(yù)熱時應(yīng)將壓機壓板與壓模接觸）。（4）按試樣體積稱取所需模塑料量。模塑料量=試樣體積模制件密度（由生產(chǎn)者提供）+損耗（根據(jù)經(jīng)驗確定）（5）取出壓模，然后在脫?？蚣苌蠈耗Ｃ撻_，用紗頭將型腔上下凸模拂拭干凈并涂以少量的脫模劑，隨即把預(yù)先計算稱量好的酚醛塑料粉加入模腔內(nèi)，堆成中間稍高的形式，迅速閉模，放到壓機熱板中心位置上。（6）開動壓機，施加壓力至擬定值，經(jīng)少許時間后，減壓讓壓模松動排出其中的氣體，再施加壓力至擬定值，并按工藝條件保壓一定時間。（7）固化結(jié)束卸壓、脫模，取出制品，用銅刀清理干凈模具并重新組裝待用。（8）檢查制件是否符合外觀要求，并記錄編號保存，以備性能測試。（9）改變工藝條件，再按上述操作步驟，進行另一輪實驗。四、試驗結(jié)果及處理試驗數(shù)據(jù)記錄表2編號模具溫度（℃）上 下表壓(MPa)固化時間（分）模壓壓力（MPa）加料量（g）