增韌聚丙烯復(fù)合材料制備設(shè)計(jì)(共18頁(yè))

1、材料工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書第 PAGE 22 頁(yè) 共 NUMPAGES 22 頁(yè)1、概述(i sh)1.1增韌聚丙烯復(fù)合材料(f h ci lio)制備的意義聚丙烯（PP）是目前用量最大的通用塑料之一，因其具有密度小，價(jià)格低，無(wú)毒性，加工性能優(yōu)良，耐腐蝕，透明性好，耐用力(yng l)龜裂及耐化學(xué)藥品性較佳等，被廣泛的應(yīng)用于化工，機(jī)械，汽車，日用品等各個(gè)領(lǐng)域，在制品領(lǐng)域中所占的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，但是由于PP分子鏈中甲基的存在，使分子鏈柔順性下降，因而結(jié)晶度高、晶粒粗大，表現(xiàn)出成型收縮率大，脆性高，而韌性差是其較為嚴(yán)重的缺陷之一，這就限制了PP的應(yīng)用。在中國(guó)，有些通用PP樹脂產(chǎn)量較大，而高檔PP

2、樹脂則較少，如耐沖擊型1330只占5% ，國(guó)內(nèi)需求量較大的樹脂如洗衣機(jī)PP專用料、雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)專用料產(chǎn)量不過(guò) 56 萬(wàn) t ，其余幾乎全部依賴進(jìn)口。為滿足使用要求，提高 PP 的韌性迫在眉睫1。 1.2國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)狀況及工程應(yīng)用為提高PP綜合性能，國(guó)外一般采用反應(yīng)釜共聚合、共混料的方法，即在反應(yīng)釜中進(jìn)行丙烯、乙烯等的共聚合，同時(shí)進(jìn)行PP與乙丙橡膠(EPR)等的共混。這種方法生產(chǎn)的專用料性能優(yōu)異，但生產(chǎn)技術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)2。國(guó)內(nèi)大都采用EPDM(三元乙丙橡膠)、EPR等作為增韌劑，對(duì)PP進(jìn)行增韌改性。EPDM雖然能有效地增韌PP，但也存在許多缺點(diǎn)：雖然沖擊強(qiáng)度得到了提高，

3、但是拉伸強(qiáng)度、彎曲模量、熱變形溫度等性能下降很大，且用量較高，成本高。352、高分子復(fù)合材料(f h ci lio)配方(pi fng)設(shè)計(jì)(shj)2.1配方設(shè)計(jì)以聚丙烯（PP）、SBS（苯乙烯-丁二烯共聚物）為主體材料，以碳酸鈣（CaCO3）為填充劑，以乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）接枝馬來(lái)酸酐為相容劑，通過(guò)采用熔融混合擠出得PP/SBS/CaCO 3復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)PP/SBS/CaCO 3復(fù)合材料的力學(xué)性能、流動(dòng)性能、耐熱性、熱性能進(jìn)行測(cè)試和分析，觀察SBS、CaCO 3用量對(duì)PP/SBS/CaCO 3復(fù)合材料的力學(xué)性能、流動(dòng)性能、耐熱性、熱性能的影響規(guī)律，為PP/SBS/CaCO 3復(fù)合

4、材料的制備與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2.2基本原料聚丙烯(PP)，F(xiàn)401，齊魯石油化工公司；納米CaCO3，山西晉城蘭花華明納米材料有限公司；石蠟 ,市售；EVA，SBS TPE-475E注塑級(jí)，臺(tái)灣橡塑。2.2.1 SBS的性質(zhì) S代表苯乙烯，B代表丁二烯，SBS就是采用自由基聚合生產(chǎn)的嵌段共聚物形式的丁苯橡膠。聚合物兩端為苯乙烯聚合物鏈段，中間為丁二烯聚合物鏈段，形成ABA型的三嵌段共聚物。而SBS橡膠通常是指對(duì)SBS進(jìn)行加氫處理后的SBS，通過(guò)加氫處理消除了聚丁二烯嵌段中的雙鍵，使SBS橡膠具有了良好的抗氧化能力。SBS具有高彈性，耐低溫等特性，同時(shí)它兼具硫化橡膠和熱塑性的優(yōu)良性能，可以較好的增

5、韌PP，有關(guān)研究表明：當(dāng)SBS的含量較低時(shí)，SBS作為分散相，它在連續(xù)相PP中形成“海島”結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)對(duì)PP的增韌起到了很重要的作用，它的突出優(yōu)點(diǎn)是在較大幅度提高PP韌性的同時(shí)，其模量和強(qiáng)度下降不多，耐熱性變化不大，這些優(yōu)異的特性與其兩相結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。連續(xù)相PP起到了保持整體材料模量，強(qiáng)度和玻璃化溫度不至于過(guò)多下降的作用，而分散相膠粒卻能幫助和吸收能量6。2.2.2 納米碳酸鈣的性質(zhì)納米(n m) HYPERLINK /view/165237.htm t _blank 碳酸鈣又稱超微細(xì)(wix)碳酸鈣。標(biāo)準(zhǔn)的名稱即 HYPERLINK /view/1204252.htm t _blank 超

6、細(xì)碳酸鈣。納米碳酸鈣應(yīng)用(yngyng)最成熟的行業(yè)是 HYPERLINK /view/3046945.htm t _blank 塑料工業(yè)主要應(yīng)用于高檔塑料制品?？筛纳?HYPERLINK /view/1853088.htm t _blank 塑料母料的流變性，提高其成型性。用作塑料 HYPERLINK /view/542751.htm t _blank 填料具有增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用，提高塑料的彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量，熱變形溫度和尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)還賦予塑料滯熱性。納米碳酸鈣用于 HYPERLINK /view/172081.htm t _blank 油墨產(chǎn)品中體現(xiàn)出了優(yōu)異的分散性和透明性和極好的光澤

7、、及優(yōu)異的油墨吸收性和高干燥性。納米碳酸鈣在樹脂型油墨中作油墨填料，具有穩(wěn)定性好，光澤度高，不影響印刷油墨的干燥性能適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，由于納米級(jí)CaCO 3粒徑很小，比表面積很大，與PP復(fù)合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的界面相互作用，使無(wú)機(jī)粒子的剛性、熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性與塑料的韌性、介電性、加工性等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，得到綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料7。其增韌機(jī)理在于納米CaCO 3粒子的加入使基體的剪切力連續(xù)不斷地分解彈性體粒子，導(dǎo)致彈性體粒徑變小，分散性更加均勻和對(duì)基體的增韌作用增強(qiáng)；彈性體同時(shí)也給基體提供了很高的內(nèi)在韌性，使CaCO 3能有效的增韌聚合物基體，進(jìn)而與納米CaCO 3粒子產(chǎn)生協(xié)同增韌作

8、用。2.2.3 乙烯-醋酸乙烯酯EVA是乙烯醋酸乙烯酯共聚物，它是由乙烯（E）和乙酸乙烯（VA）共聚而制得，英文名稱為：Ethylene Vinyl Acetate，簡(jiǎn)稱為EVA，或E/VAC。結(jié)構(gòu)式為：（CH2CHOH）n。EVA樹脂的特點(diǎn)是具有良好的柔軟性，橡膠般的彈性，在-50下仍能夠具有較好的可撓性，透明性和表面光澤性好，化學(xué)穩(wěn)定性良好，抗老化和耐臭氧強(qiáng)度好，無(wú)毒性。與填料的摻混性好，著色和成型加工性好。它和乙酸乙烯含量和分子量、熔體指數(shù)關(guān)系很大。當(dāng)熔融指數(shù)（MI）一定，乙酸乙烯（VAC）含量提高時(shí)候，其彈性、柔軟性、相溶性，透明性等也隨著提高。當(dāng)VAC含量減少時(shí)候，則性能接近于 HY

9、PERLINK /selloffer/k-%BE%DB%D2%D2%CF%A9_n-y.html t _blank 聚乙烯，剛性增高，耐磨性、電絕緣性提高，。若VAC含量一定時(shí)候，融體指數(shù)增加時(shí)，則軟化點(diǎn)下降，加工性和表面光澤改善但強(qiáng)度會(huì)下降，否則，隨MI的降低則分子量增大，沖擊性能和抗環(huán)境應(yīng)力開裂性能提高。2.2.4 石蠟石蠟是石油加工產(chǎn)品的一種。固體烷烴的混合物。無(wú)臭無(wú)味、白色或淡黃色固體。由天然石油和人造的含蠟餾分用冷榨或溶劑脫蠟、發(fā)汗(f hn)等方法制得。用于制高級(jí)脂肪酸、高級(jí)醇、火柴、蠟燭、防水劑、軟膏、電絕緣材料等。化學(xué)中，石蠟是固態(tài)高級(jí)(goj)烷烴混合物的俗名，分子式為CnH

10、2n+2，其中(qzhng)n=20-40。石蠟不與常見的化學(xué)試劑反應(yīng)。在這改性體系中，要加入一定量的石蠟，適當(dāng)?shù)亟档腿垠w粘度，改善改性PP熔體的流動(dòng)性，以適應(yīng)加工工藝的需求8。2.2基本配方表2-1 SBS增韌PP復(fù)合材料配方 質(zhì)量份1234PPEVA納米CaCO3SBS組分石蠟100100100100151050333355551111編號(hào)3、高分子復(fù)合材料(f h ci lio)工藝(gngy)設(shè)計(jì)3.1生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)(shj)3.1.1 生產(chǎn)工藝選擇按表2-1的比例稱量原料，按配方分別稱量PP、SBS、納米CaCO3、聚乙烯蠟，將稱量好的PP、SBS從加料口倒入高速捏合機(jī)，高速攪拌 10

11、15min。通過(guò)高速攪拌，物料PP、SBS在高速攪拌作用下，與高速捏合機(jī)內(nèi)壁和攪拌器產(chǎn)生摩擦熱，物料溫度升高。這時(shí)，高速捏合機(jī)內(nèi)壁溫度約 60 70，再?gòu)募恿峡诩尤牖旌暇鶆虻募{米CaCO3、EVA和石蠟，攪拌 23min，石蠟熔化，使納米CaCO3均勻地分散在PP與SBS表面，即可出料。注意，攪拌時(shí)間需控制好，時(shí)間不應(yīng)太久，否則納米CaCO3容易團(tuán)聚，影響納米CaCO3在物料中的均勻分散。最后用雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出條料經(jīng)水槽冷卻、空氣冷卻，引入切粒機(jī)切粒、包裝。之后在烘干機(jī)里烘12h左右，最后在210220注塑成所需測(cè)試樣條。3.1.2 生產(chǎn)流程圖PP，SBS填充劑相容劑高速混合擠出造粒注塑

12、成型制樣力學(xué)、耐老化、流動(dòng)、熱性能圖3-1 流程圖3.2 生產(chǎn)使用設(shè)備(shbi)選擇及參數(shù)(cnsh)選擇3.2.1 高速(o s)混合機(jī)本實(shí)驗(yàn)采用SHG-200高速捏合機(jī)，如皋市皋翔塑料機(jī)械廠表3-1混合機(jī)工藝參數(shù)混合機(jī)型號(hào)SHG-200高速捏合機(jī)容積200L拌缸內(nèi)徑730mm拌缸內(nèi)壁材質(zhì)及厚度304mm 8mm拌槳數(shù)2根拌槳材料Z304拌槳形狀上槳方向盤式、下槳牛角式拌槳轉(zhuǎn)速460r/930r/min出料方式手搖裝置出料電動(dòng)機(jī)YD250S-8/4 30/42kw外形尺寸2000mm*900mm*1480mm重量1500kg3.2.2 擠出造粒機(jī)本實(shí)驗(yàn)(shyn)采用SHJ35塑料(sli

13、o)雙螺桿擠出造粒機(jī)， HYPERLINK /page/companyinfo.htm 南京(nn jn)格蘭特橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；實(shí)驗(yàn)用小型切粒機(jī)， HYPERLINK /page/companyinfo.htm 泰州市科飛橡塑機(jī)械有限公司表3-2擠出機(jī)工藝參數(shù)型號(hào)SHJ35塑料雙螺桿擠出造粒機(jī)濾篩板孔徑2.5（mm）螺桿直徑35（mm）品牌GRT電動(dòng)機(jī)功率1530（kw）螺桿數(shù)雙螺桿外形尺寸3000*800*1500（mm）生產(chǎn)能力30150（kg/h）加熱功率12（kw）螺桿長(zhǎng)度1800（mm）重量2000（kg）表3-3切粒機(jī)工藝參數(shù)型號(hào)LQ-60最大產(chǎn)量（Kg/h）60切粒條數(shù)（根

14、）6切粒標(biāo)準(zhǔn)（mm）33切刀尺寸（mm）120100切刀轉(zhuǎn)速200-1200調(diào)速電機(jī)功率（Kw）1.13.2.3 注塑成型機(jī)本實(shí)驗(yàn)采用的注射劑型號(hào)XZ25/25表3-4注射機(jī)工藝參數(shù)注射機(jī)的類型螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速3060噴嘴形式直通式噴嘴溫度170190料筒溫度前段180200中段200220后段160170模具溫度/4080注射壓力/MPa70120保壓壓力/MPa5060注射壓力/s05保壓時(shí)間/s2060冷卻時(shí)間/s1550成型周期/s401204、材料性能(xngnng)測(cè)試設(shè)計(jì)4.1 材料性能(xngnng)測(cè)試項(xiàng)目選擇與理由本設(shè)計(jì)測(cè)試的項(xiàng)目主要包括探究(tnji)力學(xué)性能、流動(dòng)性能、耐

15、熱性、熱性能，所用到的科學(xué)儀器包括萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、熱重分析儀（TG）、差示掃描量熱儀（DSC）、熔融指數(shù)測(cè)定儀、ZMK1302-2微機(jī)控制熱變形微卡軟化點(diǎn)溫度試驗(yàn)機(jī)等。4.1.1 試樣力學(xué)性能按照GB/T1040-92，GB/T 9343-2000，GB/T 1043-93進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能測(cè)試。(1)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)是在三個(gè)外界條件：溫度、加載速度、應(yīng)力狀態(tài)都恒定的條件下進(jìn)行的。溫度條件指常溫、低溫、和高溫。加載速度是在靜載荷下進(jìn)行的,應(yīng)變速率一般為0.00010.01/s。應(yīng)力狀態(tài)為單向沿軸拉伸，即簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)。它具有簡(jiǎn)單易行、試樣便于制備等特點(diǎn)。通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以得到材料的基本

16、力學(xué)性能指標(biāo)，如彈性模量、屈服強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、應(yīng)變硬化指數(shù)和塑性應(yīng)變比等。缺口拉伸試驗(yàn)可以衡量材料的脆性破壞傾向。高溫拉伸試驗(yàn)可以了解材料在高溫下的失效情況；而低溫拉伸試驗(yàn)則不但可以測(cè)定材料在低溫下的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，而且還可以用于評(píng)定材料在低溫下的脆性。拉伸試驗(yàn)所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)和選材、新材料的研制、材料的采購(gòu)和驗(yàn)收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制、設(shè)備的安全和評(píng)估，都有很重要(zhngyo)的應(yīng)用價(jià)值和參考價(jià)值，有些則直接以拉伸試驗(yàn)的結(jié)果為依據(jù)。（2）彎曲(wnq)試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)測(cè)定在三點(diǎn)加負(fù)荷的情況下, 使橫梁型的試樣彎曲時(shí)所需力的大小,彎曲

17、試驗(yàn)的結(jié)果經(jīng)常用來(lái)選擇在彎曲負(fù)荷作用下無(wú)形(wxng)變的材料,彎曲模量也用于衡量某種材料的勁度。桿件在受彎時(shí)其斷面的上部是受壓區(qū),而下面是受拉區(qū).以矩形勻質(zhì)斷面為例,受壓、受拉區(qū)的最外沿的強(qiáng)度就叫做彎曲強(qiáng)度。它與彎矩成正比與斷面模數(shù)成反比。彎曲強(qiáng)度測(cè)定常常采用簡(jiǎn)支梁法，將試樣放在兩支點(diǎn)上，在兩支點(diǎn)間的試樣上施加集中載荷，使脆性材料變形直至破裂時(shí)的強(qiáng)度即為彎曲強(qiáng)度，對(duì)于非脆性材料來(lái)講，當(dāng)載荷達(dá)到某一值時(shí)其變形繼續(xù)增加而載荷不增加時(shí)的強(qiáng)度即為破壞載荷。測(cè)試的結(jié)果根據(jù)下式計(jì)算彎曲強(qiáng)度：=1.5PL/bh2 式中： p最大載荷，N； L試驗(yàn)時(shí)試樣的跨度，mm； b試樣寬度，mm； h試樣厚度，mm。

18、 （3）沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)是用來(lái)量度材料在高速?zèng)_擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训牡挚鼓芰Φ?。?duì)研究改性PP在經(jīng)受沖擊載荷時(shí)的力學(xué)行為有一定的實(shí)際意義。沖擊強(qiáng)度是指標(biāo)準(zhǔn)試樣受高速?zèng)_擊作用斷裂時(shí)，單位斷面面積（或單位缺口長(zhǎng)度）所消耗的能量。它描述了高分子材料在高速?zèng)_擊作用下抵抗沖擊破壞的能力和材料的抗沖擊韌性，有重要工藝意義。但它不是材料基本常數(shù)，其量值與實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)。沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)在試樣上預(yù)置缺口，有時(shí)不加缺口。有缺口試樣的抗沖強(qiáng)度遠(yuǎn)小于無(wú)缺口試樣，原因在于有缺口試樣已存在表觀裂紋，沖擊破壞吸收的能量主要用于裂紋擴(kuò)展。另外缺口本身有應(yīng)力集中效應(yīng)，缺口附近(fjn)的高應(yīng)力使局部材料變形增大，變

19、形速率加快，材料發(fā)生韌-脆轉(zhuǎn)變，加速破壞。缺口曲率半徑越小，應(yīng)力集中效應(yīng)越顯著，因此預(yù)置缺口必須按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格操作。4.1.2 流動(dòng)性能本實(shí)驗(yàn)(shyn)采用熔融指數(shù)測(cè)定儀熔體流動(dòng)速率(sl)是表述塑料在一定溫度和壓力下熔體流動(dòng)性的參數(shù)(MFR)，也指熔融指數(shù)（MI，melt index），是指在一定時(shí)間（10分鐘）內(nèi)、一定溫度及壓力（各種材料標(biāo)準(zhǔn)不同）下，融化成塑料流體，然后通過(guò)一直徑為2.1mm圓管所流出的克（g）數(shù)。其值越大，則表示塑料熔融狀態(tài)下流動(dòng)性好，平均分子量低，制品的強(qiáng)度也就低，加工流動(dòng)性就越好；熔體流動(dòng)速率小，則表示塑料熔融狀態(tài)下流動(dòng)性差，平均分子量高，制品的強(qiáng)度也就高。 4.1.

20、3 耐熱性本實(shí)驗(yàn)采用ZMK1302-2微機(jī)控制熱變形微卡軟化點(diǎn)溫度試驗(yàn)機(jī)工程塑料、通用塑料等聚合物的試樣于液體傳熱介質(zhì)中，在一定的載荷、一定的等速升溫條件下，被1mm2的壓針壓入1mm深度時(shí)的溫度。維卡軟化點(diǎn)適用于控制聚合物品質(zhì)和作為鑒定新品種熱性能的一個(gè)指標(biāo)，不代表材料的使用溫度。高聚物的熱性能是高分子材料加工成型和應(yīng)用過(guò)程中的重要性能之一，涉及到高聚物的結(jié)晶，熔融、熱變形溫度、熔融指數(shù)等等，是研究高分子材料的耐熱性，熱穩(wěn)定性的重要方法。維卡軟化溫度（Vicat Softening Temperature）是將熱塑性塑料放于液體傳熱介質(zhì)中，在一定的負(fù)荷和一定的等速升溫條件下，試樣被1平方毫米

21、的壓針頭壓入1毫米時(shí)的溫度，對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)是GB1633-79（目前已被GB/T 1633-2000所代替）;維卡軟化溫度是評(píng)價(jià)材料耐熱性能，反映制品在受熱條件下物理力學(xué)性能的指標(biāo)之一。材料的維卡軟化溫度雖不能直接用于評(píng)價(jià)材料的實(shí)際使用溫度，但可以用來(lái)指導(dǎo)材料的質(zhì)量控制。維卡軟化溫度越高，表明材料受熱時(shí)的尺寸穩(wěn)定性越好，熱變形越小，即耐熱變形能力越好，剛性越大，模量越高 。4.1.4 熱性能(xngnng)(1)TGDiamond TG/DTA用于科學(xué)研究，產(chǎn)品研發(fā)，質(zhì)量控制等各個(gè)領(lǐng)域，適用于無(wú)機(jī)材料(如：陶瓷、合金、礦物、建材(jin ci)等)。有機(jī)高分子材料(如：塑料、橡膠、涂料、油脂等)，

22、食品，藥物及催化反應(yīng)和各種固液態(tài)試樣，可以獲得以下重要信息：組份分析、熱穩(wěn)定性、添加劑含量、分解溫度、分解動(dòng)力學(xué)、脫酸、脫水、氧化還原反應(yīng)、非均勻相催化反應(yīng)、氧化誘導(dǎo)期、熔點(diǎn)、反應(yīng)熱、與紅外、質(zhì)譜聯(lián)用，對(duì)逸出氣體進(jìn)行定性、定量分析。(2)DSC示差掃描(somio)量熱法（DSC）是在程序控制溫度條件下，測(cè)量輸入給樣品與參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種熱分析方法差示掃描量熱法克服了差熱分析法以溫差間接表達(dá)物質(zhì)熱效應(yīng)，且差熱分析曲線影響因素很多，難于定量分析的缺陷，具有分辨率高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。能定量測(cè)定多種熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，且可進(jìn)行晶體微細(xì)結(jié)構(gòu)分析等工作，如樣品的焓變，比熱容等的測(cè)定。4.2材

23、料性能測(cè)試基本原理及方法4.2.1 試樣力學(xué)性能（1）拉伸試驗(yàn)原理：物體因外力作用產(chǎn)生變形,其內(nèi)部各部分之間因相對(duì)位置的變化而引起的相互作用稱為內(nèi)力.眾所周知,即使不受外力,物體各質(zhì)點(diǎn)間也存在相互作用力.我們所稱的內(nèi)力,是在外力作用下,上述各作用力的變化量,隨著該變化量的逐漸加大,物體內(nèi)部發(fā)生一系列的物理變化,當(dāng)?shù)竭_(dá)某一極限時(shí),物體就會(huì)被破壞,該極限與物體的強(qiáng)度有直接關(guān)系.將物體簡(jiǎn)化為桿件.桿件受到外力F作用,在其任意橫截面上均產(chǎn)生內(nèi)力F.一般,截面上的內(nèi)力并不是均勻分布的,因此,用單位橫截面上的內(nèi)力,即應(yīng)力來(lái)表示材料抗破壞與變形的能力.由于橫截面積So隨著構(gòu)件不斷被拉伸而逐漸減小,故而一般用

24、初始截面積SO來(lái)計(jì)算應(yīng)力,該稱為工程應(yīng)力: 在材料性能測(cè)試中，除了要測(cè)出應(yīng)力，經(jīng)常還要了解材料經(jīng)拉伸后的變形程度。設(shè)桿件的初始(ch sh)長(zhǎng)度為,則工程(gngchng)應(yīng)變?yōu)椋?圖4-1 拉伸(l shn)試樣和是拉伸試驗(yàn)中兩個(gè)最基本的參數(shù)，它們相互之間有一定的聯(lián)系。對(duì)于不同材料的試樣，由于其化學(xué)成分及組織的不同，在拉伸過(guò)程中會(huì)體現(xiàn)出不同的物理現(xiàn)象及力學(xué)性質(zhì)，但從外表看來(lái)，一般分為以下幾個(gè)基本過(guò)程。以金屬試樣為例，將試樣裝夾在材料試驗(yàn)機(jī)上，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選擇合適的速率，均勻地對(duì)試樣施加作用力F，可以觀察試樣由開始到破壞（一般是斷裂）的幾個(gè)階段。試樣初始受力，宏觀上逐漸被均勻拉長(zhǎng)，然后在某

25、一點(diǎn)橫截面漸漸變細(xì)（縮頸），直至在該處斷裂。塑性較好的材料一般有明顯的縮頸現(xiàn)象。但也有例外，如奧氏體鋼、鋁青銅等塑性金屬材料不發(fā)生縮頸，這類材料通常有圈套的加工硬化能力。而對(duì)于較脆弱的材料，一般由伸長(zhǎng)到最終斷裂前，通常無(wú)明顯縮頸現(xiàn)象發(fā)生。拉伸過(guò)程中，材料試驗(yàn)機(jī)上的自動(dòng)記錄裝置也可自動(dòng)繪出拉伸曲線圖，該圖以力F/N作為縱坐標(biāo)，試樣的伸長(zhǎng)量/mm為橫坐標(biāo)，即F-曲線，習(xí)慣上稱為拉伸圖。方法：在下圖畫好標(biāo)線，使得l=50mm圖4-2 試驗(yàn)樣條將做到的樣條放在拉力機(jī)上，啟動(dòng)電腦中的程序，點(diǎn)擊開始，進(jìn)入測(cè)試。（2）彎曲試驗(yàn)原理(yunl)：彎曲性能測(cè)試主要用來(lái)檢驗(yàn)(jinyn)材料在經(jīng)受彎曲負(fù)荷作用時(shí)的

26、性能，生產(chǎn)中常用彎曲實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)定材料的彎曲強(qiáng)度和塑性變形的大小，尤其是對(duì)于托架這樣的產(chǎn)品，制品經(jīng)常受到彎曲的作用力，彎曲強(qiáng)度稱為質(zhì)量控制和應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)。方法(fngf)：1.使用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣中間部位的寬度和厚度，測(cè)量三點(diǎn)，取其平均值，精確到0.02mm。2.電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)使用前預(yù)熱30分鐘。3.調(diào)整電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，設(shè)定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，最大靜態(tài)彎曲載荷選擇10KN的檔位；下壓速度選擇（l-3）/h（mm/min）；跨度L選擇10h0.5(mm)。4.調(diào)節(jié)好跨度，將試樣放于支架上，上壓頭與試樣寬度的接觸線須垂直于試樣長(zhǎng)度方向，試樣兩端緊靠支架兩頭。5.啟動(dòng)下降按鈕，試驗(yàn)機(jī)按

27、設(shè)定的參數(shù)開始工作。當(dāng)壓頭接觸到試樣后，計(jì)算機(jī)開始自動(dòng)記錄試樣所受的載荷及其產(chǎn)生的位移數(shù)據(jù)。至試樣到達(dá)屈服點(diǎn)或斷裂時(shí)為止，立即停機(jī)。6.保存數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)作彎曲載荷-位移曲線圖，并保存。根據(jù)圖形分析試樣的彎曲力學(xué)行為。4.2.2 流動(dòng)性能熔體流動(dòng)速率的測(cè)定:原理：熔體流動(dòng)速率系指熱塑性塑料在一定溫度和負(fù)荷下，熔體每10min通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量，用MFR來(lái)表示，其數(shù)值可以表征熱塑性塑料在熔融狀態(tài)時(shí)的粘流特性。方法：稱取約4g改性PP粒料放入加料器中待用。溫度穩(wěn)定后即可加料，加料前取出料桿，置于耐高溫物體上，避免料桿頭部碰撞。把漏斗插入料桿筒內(nèi)（盡量不與料筒避相碰，以免發(fā)燙）邊加料，邊輕擊漏斗上

28、緣使料快速學(xué)習(xí)漏下，加料完畢，用壓料桿將料壓實(shí)，再插入料桿套上砝碼托盤，插入料桿時(shí)，料桿上的定位套要放好，其外緣嵌入料筒，上述操作應(yīng)在一分鐘內(nèi)完成。合上電源，電源開關(guān)燈亮，系統(tǒng)開始工作，下方數(shù)碼管顯示上次設(shè)定溫度值，上方數(shù)碼管顯示料筒當(dāng)前溫度值。設(shè)置搬運(yùn)操作狀態(tài)，在搬運(yùn)操作狀態(tài)下，計(jì)時(shí)器作秒表使用按啟動(dòng)/復(fù)位鍵。計(jì)時(shí)器按“計(jì)時(shí)停止清零計(jì)時(shí)停止”的順序轉(zhuǎn)換。將儀器上部自動(dòng)用杠桿壓制到底，抽動(dòng)啟動(dòng)/復(fù)位鍵計(jì)時(shí)器。啟動(dòng)停止清零計(jì)時(shí)停止的方式循環(huán)工作，此時(shí)計(jì)時(shí)器作秒表使用。待加料后，經(jīng)46分鐘，溫度恢復(fù)正常即可開始切割取樣。切割取樣應(yīng)在料桿上下標(biāo)記線之間，如果發(fā)現(xiàn)在規(guī)定預(yù)熱時(shí)間后，料桿以上下標(biāo)記線不在

29、此位置，就應(yīng)調(diào)整下一次試驗(yàn)的加料量，或者，在加料后待試料熔化，再額外增加負(fù)荷，使料桿快些達(dá)到預(yù)定位置。撇去負(fù)荷（以手壓作負(fù)荷時(shí)，注意料桿切忌歪斜，以免導(dǎo)致料桿損壞）。此操作不要超過(guò)試料加入后預(yù)熱的4分鐘。用切割刀按所規(guī)定的切樣間隔時(shí)間逐個(gè)切取樣條，每個(gè)樣條的長(zhǎng)度在20-50mm左右，按肉眼可見氣泡的樣條丟棄，將保留的樣條（至少三個(gè)逐個(gè)稱重，準(zhǔn)確到0.0001g，稱出它們的平均質(zhì)量。塑料的熔體流動(dòng)速率（熔融指數(shù)）MFR（MI）以每個(gè)參數(shù)時(shí)間的克數(shù)表示(biosh)，公式為：MFR=600m/t（g/10min）其中(qzhng)MFR熔體流動(dòng)速率（g/10min）M樣條的平均(pngjn)質(zhì)量（

30、g）T該樣條流出口模的時(shí)間（s）每次試樣完畢，在砝碼上加壓，使快速擠出的余料后，抽出料桿，用清潔紗布趁墊擦洗干凈，然后用口模頂桿將口模自下而上頂出料筒用口模清洗桿及紗布清洗口模內(nèi)外，再在料筒上部加料口鋪上干凈的紗布。（5050mm左右二層）將清洗桿壓住紗布插入料筒，抽拉旋轉(zhuǎn)清洗料筒內(nèi)壁，反復(fù)多次。4.2.3 耐熱性維卡試驗(yàn)的原理：聚合物的耐熱性能，通常是指它在溫度升高時(shí)保持其物理機(jī)械性質(zhì)的能力。聚合物材料的耐熱溫度是指在一定負(fù)荷下，其到達(dá)某一規(guī)定形變值時(shí)的溫度。發(fā)生形變時(shí)的溫度通常稱為塑料的軟化點(diǎn)Ts 。方法如下：（1）按照“工控機(jī)” “電腦”“主機(jī)”的開機(jī)順序打開設(shè)備的電源開關(guān)，攪拌同時(shí)開始

31、，讓系統(tǒng)啟動(dòng)并預(yù)熱10min。（2）將試樣放入支架上，其中心位置在壓針頭之下，加工面應(yīng)該緊貼支座底座，插入水銀溫度計(jì)。（3）將支架小心(xio xn)浸入油浴槽中，使試樣位于液面35mm以下。浴槽的起始溫度應(yīng)低于材料的維卡軟化點(diǎn)50。（4）按測(cè)試需要(xyo)選擇砝碼，使試樣承受負(fù)載1kg(10N)或5kg(50N)。本實(shí)驗(yàn)選擇50N砝碼，小心將砝碼凹槽向上平放在托盤上.（5）檢查下儀器顯示，打開加熱(ji r)開關(guān)。（6）觀察視頻顯示記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（7）當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的變形量或溫度，實(shí)驗(yàn)自動(dòng)停止后，打開冷卻水源進(jìn)行冷卻。然后向上移動(dòng)位移傳感器托架，將砝碼移開，升起試樣支架，將試樣取出。（8）實(shí)驗(yàn)

32、完畢后，依次關(guān)閉主機(jī)、工控機(jī)、打印機(jī)、電腦電源。4.2.4 熱性能（1）TG原理：差熱分析是在程序控制溫度下測(cè)定物質(zhì)和參比物之間的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)，差熱分析裝置稱為差熱分析儀，下圖為差熱分析儀結(jié)構(gòu)示意圖。如下圖所示，將樣品和參比物同時(shí)進(jìn)行升溫，當(dāng)樣品沒有發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，樣品溫度(Ts)和參比物的溫度(Tr)相同，溫差T=Ts-Tr=0，無(wú)熱效應(yīng)發(fā)生，溫差電勢(shì)等于0。當(dāng)試樣在某一溫度下發(fā)生物理或化學(xué)變化，則會(huì)放出或吸收一定的熱量，此時(shí)溫差熱電勢(shì)T就會(huì)偏離基線，出現(xiàn)差熱峰。試驗(yàn)中將溫差熱電勢(shì)訊號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送入記錄儀中，得到橫坐標(biāo)為溫度T(或時(shí)間t)、縱坐標(biāo)為試樣與參比物的溫差T的差熱分析

33、曲線。T=0表示沒有熱效應(yīng)產(chǎn)生，此時(shí)記錄的DTA曲線為一直線，稱為基線。如果樣品有熱效應(yīng)產(chǎn)生，則記錄的差熱峰反映樣品的放熱、吸熱過(guò)程。圖4-3 差熱分析儀結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖方法(fngf)：制樣除氣體外，固態(tài)液態(tài)或黏稠狀樣品都可以用于測(cè)定。裝樣的原則是盡可能使樣品均勻、密實(shí)分布在樣品皿內(nèi)，以提高傳熱效率，填充密度，減少試樣與皿之間的熱阻，因此要把較大樣品剪切成薄片或小粒，并盡量鋪平。一般使用的是鋁皿，分成蓋與皿兩部分，樣品放在其中(qzhng)間，用專用卷邊壓制器沖壓而成。揮發(fā)性液體不能用普通試樣皿，要采用耐壓密封皿。聚合物樣品一般使用鋁皿，使用溫度應(yīng)低于500，否則鋁會(huì)變形。當(dāng)溫度超過(guò)5

34、00時(shí)，可用金、鉑、石墨、氧化鋁皿等，但要注意，鉑皿與熔化的金屬會(huì)形成合金，也易被P、As、S、C12、Br2等侵蝕。DTA常用經(jīng)高溫焙燒的-A12O3。作參比物，由于A12O3與聚合物的比熱容和熱導(dǎo)率相差較大，近來(lái)有人采用硅氧烷、間苯二酸，甚至用聚四氟乙烯等作參比，用參比物的原則是熱惰性、熱容量和熱導(dǎo)率以及重量應(yīng)與試樣匹配?；€、溫度和熱量的校正 儀器在剛開始使用或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后都需進(jìn)行這三項(xiàng)校正，以保證譜圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?；€校正是在所測(cè)溫度范圍內(nèi)，當(dāng)樣品池和參比池都未放任何東西時(shí)，進(jìn)行溫度掃描，得到的譜圖應(yīng)當(dāng)是一條直線，如果有曲率或斜率甚至出現(xiàn)小吸熱或放熱峰，則需要進(jìn)行儀器的調(diào)整加以修正和爐子的清洗，使基線平直，否則儀器不能進(jìn)行測(cè)試。溫度和能量校正，需采用標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)來(lái)校正，某些純物質(zhì)的熔點(diǎn)和熔融熱如下式所示，由于峰面積A與熱量H成正比H=kAm式中，m為樣品質(zhì)量；k為儀器