【正文】 二、 實(shí)驗(yàn)原理 塑料熔體流變性能有多種測試方法。用于測量流變性能的儀器一般稱為流變儀，有時又叫黏度計，其類型按施力的狀況主要有落球式、轉(zhuǎn)矩式和毛細(xì)管擠出式 等幾種，這些不同類型的儀器，分別適用于不同黏性流體在不同剪切速率范圍的測定。 表 1 幾種流變儀適用范圍 流變儀 粘度范圍 / 剪切速率 /s1 毛細(xì)管擠出式 101~107 101~106 旋轉(zhuǎn)圓筒式 101~1011 103~101 旋轉(zhuǎn)錐板式 102~1011 103~101 平行平板式 102~103 極低 落球式 103~103 極低 在測定和研究塑料熔體流變性的各種儀器中，毛細(xì)管流變儀是一種常用的較為合適的儀器。通過對高聚物流變性能的研究，還可以為設(shè)計模具結(jié)構(gòu)、選擇成型機(jī)械、確定高聚物加工工藝參數(shù)提供依據(jù)。高壓毛細(xì)管式流變儀可獲得較高的剪切速率（可達(dá) 10000s1 以上），適合于注射塑料測量。 毛細(xì)管流變儀測試的基本原理是：設(shè)在一個無限長的圓形毛細(xì)管中，塑料熔體在管中的流動為一種不可壓縮的黏性流體的穩(wěn)定層流流動，毛細(xì)管兩端的壓力差為 △Ｐ ，由于流體具有黏性，它必然受到自管體與流動方向相反的作用力，通過粘滯阻力應(yīng)與推動力相平衡等 流體力學(xué)過程原理的推導(dǎo)，可得出管壁處的剪切應(yīng)力（ a? ）和剪切速率（ a? ）與壓力、熔體流率的關(guān)系。 34RQa ?? ? 式中 Q_____流體容積流率， cm3/s。 但是，對于大多數(shù)聚合物熔體來說都屬于非牛頓性液體，它在管中流動時具有彈性效應(yīng)，壁面滑移和流動過程中的壓力降等特性。為此，對假設(shè)熔體為牛頓流體推導(dǎo)的剪切速率和適用于無限長的毛細(xì)管的剪切應(yīng)力必須進(jìn)行 “非牛頓修正 ”和 “入口改正 ”，方能得到毛細(xì)管管壁上的真實(shí)剪切速率和真實(shí) 剪切應(yīng)力。測量表觀粘度與剪切速率的關(guān)系曲線代表材料的流動性，如果幾種物料的表觀粘度及剪切速率范圍接近，那么它們應(yīng)具有相近的加工特性。根據(jù)塑料類型按相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行干燥處理。 2. 毛細(xì)管流變儀 本實(shí)驗(yàn)采用哈普微機(jī)控制轉(zhuǎn)矩流變儀及其 ? 15 單螺桿擠出機(jī)和不同長徑比的毛細(xì)管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)塑料熔體通過毛細(xì)管口模時，由安裝在毛細(xì)管口模入口處的壓力傳感器和熱電偶，測試出熔體的壓力和溫度，并由微機(jī)記錄下來。 圖 1 哈普轉(zhuǎn)矩流變儀工作示意圖 毛細(xì)管直徑 ，長徑比： 10： 15： 20： 30： 1 和 40： 1。 四 、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 閱讀哈普轉(zhuǎn)矩流變 儀說明書，了解其工作原理、技術(shù)規(guī)格和安裝、使用、清理等有關(guān)規(guī)定。把壓力傳感器、測試熔體溫度的熱電偶安裝在墨西哥口模上，并連接好所有插頭。此時溫度、壓力、扭矩顯示應(yīng)均為 0，否則，要按說明書進(jìn)行修正。點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)結(jié)果文件保存路徑。清除記錄。 6. 取樣：用秒表記錄 1min 擠出的物料量，用剪刀截取試樣，測試塑料熔體的質(zhì)量流率（ g/min）。 7. 調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速：在同一溫度下，改變螺桿轉(zhuǎn)速，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作，建議以 10r/min 之差遞增，從 10~100r/min 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，至少取 5 個轉(zhuǎn)速下的質(zhì)量流率。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。 10. 清理擠出機(jī)、毛細(xì)管口模，為下次實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。然后，另存為 TxT 格式，計算機(jī)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。進(jìn)行入口校正時，將 3 個不同長徑比的毛細(xì)管測量數(shù)據(jù)均輸入并另存為 TxT 格式后，點(diǎn)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(shí)粘度。實(shí)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。 入口壓力校正和非牛頓校正原理 如下。 圖 2 毛細(xì)管模具 圖 3 入口壓力測量 由于技術(shù)原因，測量毛細(xì)管入口壓力的傳感器不是恰好安裝在毛細(xì)管的入口處，而只能安裝在距離毛細(xì)管入口一定距離的過渡區(qū)內(nèi)，這使得毛細(xì)管入口處的真實(shí)壓力小于傳感器的測量值。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。 如果壓力傳感器輸出的壓力為 △Ｐ s，則實(shí)際毛細(xì)管的入口壓力為 △Ｐ=△Ｐ s△Ｐ m （ △Ｐ m 為壓力校正值），把 △Ｐ 代入（ 1）式，把半徑 R 換成直徑 D， 11 整理得： △Ｐ s4 = 4 a? (L/D)+ △Ｐ m 可以看出，在相同的剪切應(yīng)力 a? （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 。該圖在縱軸上的截矩即為壓力校正值 ΔPm。 ② 非牛頓改正 在 w? 不大范圍內(nèi)， w? 和 w? 曲線為一條直線，該直線的斜率，即 為非牛頓指數(shù)（ n）。 真實(shí)粘度RRR ??? ? 12 表觀粘度aaa ??? ? 由于經(jīng)端口校正后真實(shí)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(shí)粘度小于表觀粘度。由公式 DDB s? 計算，式中 Ds 為擠出物直徑， D 為毛細(xì)管直徑。 3. 熔體的粘流活化能（ ?E ） 利用不同溫度下測得的熔體表觀粘度繪制 Ta 1ln ??關(guān)系圖，在一定溫度范圍內(nèi)圖形是一條直線。 六 、思考題 1. 試考慮為什么要進(jìn)行 “入口壓力校正 ”和 “非牛頓校正 ”？ 2. 為保證實(shí)驗(yàn)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？ 13 轉(zhuǎn)矩流變儀應(yīng)用試驗(yàn) 一、試驗(yàn)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(jìn)行的。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。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(jī)按照測試條件給予給定值、保證轉(zhuǎn)矩流變儀在實(shí)驗(yàn)控制條件下工作。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)。 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(jī)，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。 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。 二、試驗(yàn)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(qiáng)腐蝕磨損性組份，材質(zhì)、粒度均勻，粒徑小于 。本實(shí) 驗(yàn)采用轉(zhuǎn)矩流變儀的混合裝置進(jìn)行。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(dá)不到混煉塑化的最佳效果。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。 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。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。對于 PS、 PVC、 PC 等高聚物，因?yàn)檎沉骰罨芎艽?，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(zhǔn)確可靠。此外，用動態(tài)熱溫定性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時間。 四 .試驗(yàn) 方法 1. 準(zhǔn)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。 （ 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(zhǔn)確稱量。 對于硬質(zhì) PVC 來講 ，加料量應(yīng)為 65 g 左右。 （ 2）當(dāng)溫度達(dá)到要求后，預(yù)熱一段時間，然后加料開始記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)。 五 .試驗(yàn)結(jié)果表述 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(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件。 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(shí)驗(yàn)過程如何保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 2. 試驗(yàn)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(tuán)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。 （ 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。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。一般來講，增大模壓壓力可增進(jìn)塑料熔體的流動性、降低制品的成型收縮率、使制品更密實(shí)；壓力過小會增多制品帶氣孔的機(jī)會。 （ 3）模壓時間 指壓模完全閉合至開模所需時間。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。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(jī)械性能。 二、 實(shí)驗(yàn)原料及 儀器設(shè)備 1． 實(shí)驗(yàn) 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 。 表 1 實(shí)驗(yàn)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 2 2. 主要儀器設(shè)備 平板硫化機(jī)（液壓機(jī)）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(yàn)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(jī)中，攪拌30min 后，將塑料粉裝入塑料袋中備用。 （ 2） 按照表 2，擬定 成型溫度、壓力和時間等工藝條件。 表 2 模壓成型工藝條件 粒徑 3mm 粒徑 ≥3mm 成型溫度（ ℃ ） 160177。2 成型壓力（ MPa） 25～ 40 40～ 60 固化時間（ min/mm） 1 1 模 塑 料 種 類 工 藝 條 件 項(xiàng) 目 18 （ 3）將壓模放到壓機(jī)上并預(yù)熱到擬定溫度（預(yù)熱時應(yīng)將壓機(jī)壓板與壓模接觸 ）。 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(yàn)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(jī) 熱 板 中心位置 上。 （ 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 。 （ 9）改變工藝條件，再按上述操作步驟，進(jìn)行另一輪實(shí)驗(yàn)。 五、注意事項(xiàng) 1． 進(jìn)行模壓操作時，實(shí)驗(yàn)者必須帶好手套以免燙傷。同時注意動作要迅速，以免模具熱量散失而影響模壓效果。 六、問題討論 1． 模壓 溫度、壓力和時間對制品質(zhì)量有何影響？你在實(shí)驗(yàn)中是如何處理它們之間的關(guān)系的？ 2． 熱固性塑料模壓過程中為什么要排氣？其模壓過程與熱塑性塑料的模壓成型有什么差別？ 3． 酚醛模塑粉中各組分的作用各是什么？ 20 塑性溶膠的制備及搪塑成型 一、試驗(yàn)原理及目的 聚氯乙烯 樹脂顆粒借助機(jī)械力和溶劑化作用，可以均勻分散、懸浮于分 散劑中，適當(dāng)控制樹脂的顆粒化程度，便能得到粘度適 于成型的聚氯乙烯 塑性溶膠。 通過本實(shí)驗(yàn)要求掌握塑性溶膠的配制過程；了解聚氯乙烯 配方的設(shè)計思想；掌握搪塑成型的工藝過程。 2． 原料及配方 聚氯乙烯 樹脂（懸浮法） 粒度 80 目 /吋 2 聚氯乙烯 樹脂（乳液法） 鄰苯二甲酸二辛酯（ DOP） 工業(yè)品 鄰苯二甲酸二丁酯（ DBP） 工業(yè)品 癸二酸二辛酯（ DOS） 工業(yè)品 硬脂酸鈣（ Ca—St） 工業(yè)品 硬脂酸鋅（ Zn—St） 工業(yè)品 硬脂酸鋇（ Ba—St） 工業(yè)品 配方（以重量份計算）： 21 樹脂 DOP DBP DOS BaSt CaSt ZnSt 懸浮 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、試驗(yàn)步驟及操作方法 1． 備料 按配方將計