高分子成型工艺及设备实验指导书.docx

1、高分子成型工艺及设备实验指导书高分子成型工艺及设备实验指导书 湖南工业大学包装与材料工程学院高分子材料与工程系李祥刚 编制实验一 物料混合一、实验目的1 掌握物料混合的方法；2 认识配方中各组分的作用；3 学会使用高速混合机。二、实验原理混合过程是使多相不均态的各组分转变为多相均态的混合料，常用的混合设备有Z 型捏合机和高速混合机：高速混合器是密闭的高强力、非熔融的立式混合设备，由圆筒型混合室和设在混合室底部的高速转动的叶轮组成，在固定的圆筒型容器内，由于搅拌叶的高速旋转而促使物料混合均匀，除了使物料混合均匀外，还有可能使塑料预塑化。在圆筒型混合室内，设有挡板，由于挡板的作用使物料呈流化状，有

2、利于物料的分散均匀，在混合时，物料沿容器壁急剧散开，造成旋涡状运动，由于粒子的相互碰撞和摩擦，导致物料温度上升，水分逃逸，增塑剂被吸收，物料与各组分助剂分散均匀。为提高生产效率，混合过程一般需要加热，并按需要顺序加料。三、实验原料及仪器设备高速混合机SHR-10 型 最大容积10L，功率：3.3/4KW，转速7201440 r/min。四、实验步骤1.配料按照性能要求设计的配方称量树脂及各种助剂，要求配料总量3000g 左右。2.混合（1）准备 将混合器清扫干净后关闭釜盖和出料阀，在出料口上接上接料用接料袋。（2）调速 开机空转，在转动时将转速调至700r/min。（3）加料及混合 将已称量好

3、的树脂及辅料倒入混合器中，盖上釜盖，将时间继电器调到5min，按启动按钮。（4）出料 到达所要求的混合时间后，马达停止转动，打开出料阀，点动按钮出料。（5）清理 待大部分物料已排出后，静止5min，打开釜盖，将混合器内的余料全部扫入袋内待用。五、实验记录序号 质量（g）实验原料名称原料牌号生产厂家质量百分数（%）五、注意事项1 配料时称量必须准确；2 高速混合器必须在转动情况下调整。六、思考题1. 物料混合的机理是什么？2. 聚合物成型加工用物料的主体是什么？有何作用？3. 粉料粒度大小对混合有何影响？实验二 填充聚合物的制备一、实验目的1.了解填充改性聚丙烯的挤出造粒原理，挤出机的工作特性，

4、以及挤出成型工艺对粒子制品质量的影响2.掌握挤出造粒的操作过程二、实验原理将聚丙烯（PP）以及各种无机填料（CaCO3 或CaSO4）按照一定比例加入到双螺杆挤出机中，经过加热，剪切，混合以及排气作用，PP 以及填料塑化成均匀熔体，在两个螺杆的挤压下熔体通过口模，水槽冷却定型，鼓风机冷却排水，切粒机切割造粒，最终成为聚丙烯填充改性料。挤出机螺杆和料筒结构直接影响塑料原料的塑化效果，熔体质量和生产效率和单螺杆相比，其塑化能力，混合作用，和生产效率相对较高主要用于高速挤出，高效塑化，大量挤出造粒挤出工艺控制参数包括挤出温度（料筒各段，机头，口模），挤出速率，口模压力，冷却速率，牵引速率，拉伸比，真

5、空度等对于双螺杆挤出机而言，物料熔融所需要的热量主要来自于料筒外部加热，挤出温度应在塑料的熔点（Tm）或粘流温度（Tf）至热分解温度范围之间，温度设置一般从加料口至机头呈逐渐升高，最高温度较塑料热分解温度Td 低15以上各段温度设置变化不超过60。挤出温度高，熔体塑化质量较高，材料微观结构均匀，制品外观较好，但挤出产率低，能源消耗大，所以挤出温度在满足制品要求的情况下应该尽可能的低挤出速率同时对塑化质量和挤出产率起决定性的作用，对给定的设备和制品性能来说，挤出速率可调的范围则已定，过高的增加挤出速率，追求高产率，只会以牺牲制品的质量为代价。挤出过程中，需冷却的部位包括料斗，螺杆。料斗的下方应通

6、冷却水，防止PP 过早的熔化粘结搭桥。另外牵引速率与挤出速率相应匹配，以达到所造的塑料粒子均匀为准。三 原材料与基本设备（1）原材料 聚丙烯（PP）、活性碳酸钙（CaCO3）、 硫酸钙（CaSO4）、润滑剂等。（2）主要设备双螺杆挤出机组（螺杆直径 30mm，长径比 36：1，螺杆总长1085mm） 南京橡胶机械厂 1 台冷却水槽 1 台冷风机 1 台自动切粒机 1 台手套 每人一副 四、实验操作步骤及说明（1） 挤出机预热升温：依次接通挤出机总电源和各加热段电源，调节加热各段温度仪表以及其他控制仪表设定值致操作值（见表一）当预热温度升至设定值后，恒温3060min。温度控制分为7段。表一 挤

7、出机主要参数设定值表温度（）一区二区三区四区五区六区机头熔体压力，MPa熔体温度，设定值15018619520021021018012.00215（2）检查冷却水系统是否漏水，真空系统是否漏气：拧开水阀。（3）启动油泵电动机：在启动之前，用手将螺杆后的园盘搬动一圈后，将主电机调速旋钮调至零位，然后启动主电机。调速要缓慢，均匀，转速逐步升高，要注意主电机电流的变化，一般在较低的转速下运转几秒，待有熔融的物料从机头挤出后，再继续提高转速。（4）启动喂料系统以及螺杆清洗：首先将喂料机速度调至零位，启动料斗下的冷凝水。把清洗用的纯PP 到入料斗，启动喂料电动机，清洗螺杆，待挤出的熔体颜色变为PP 的本

8、色即可视为清洗完毕。接着将混合好的料倒入喂料斗，调整其转速，在调整的过程中密切注意电动机的电流的变化，要适当控制喂料量，以避免挤出机的负荷太大。（5）将挤出的线状熔体通过冷却水槽，引上牵引切割机。（6）启动真空系统，调节真空度。（7）启动牵引以及切割等辅助装置，观察线状熔体的直径，光泽度等。并以此来调节各项速率。（8）更换不同配方重复以上实验。五 实验结果与记录记录挤出工艺条件（温度，螺杆转速，加料速度，真空度，牵引速度）。观察挤出过程中的不稳定现象，记录工艺参数变化后，线性熔体的变化。表一 挤出工艺条件记录表温度（）一区二区三区四区五区六区机头熔体压力，MPa熔体温度，设定值实际值喂料转速主

9、机转速切粒机转速油泵压力真空度实验主物料实验现象（正常或异常情况记录）：实验人员实验日期六、思考题1. 填料的加入对聚合物的加工性能有何影响？2. 改变牵引和挤出速率对线性熔体的直径和光泽度等特征有什么影响？实验三 注射成型一、实验目的i 了解螺杆式注塑机的结构，性能参数，操作规程等有关注意事项。ii 掌握注塑机的操作技能；锻炼一种实际工作的技能。二、实验原理采用螺杆式注塑机进行实验在塑料注射成型中，注塑机需要按照一定的程序完成塑料的均匀塑化，熔体注射，成型模具的启闭，注射成型中压力保持和成型制件的脱模等一系列操作过程。1.螺杆式注塑机的主要结构及作用a. 注射装置 注射装置一般由塑化部件（机

10、筒，螺杆，喷嘴等），料斗，计量装置，螺杆传动装置，注射油缸和移动油缸等组成。注射装置的主要作用是使塑料原料均匀塑料成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定量的熔体注射到成型模具中。b. 合模装置 合模装置主要由模板，拉杆，合模机构，制件顶出装置和安全门组成。合模装置主要作用是实现注射成型模具的启闭并保证其可靠的闭合。c. 液压传动和电气控制系统 液压系统和电气控制系统的主要作用是满足注塑机注射成型工艺参数（压力，注射速度，温度，时间等）。2.注塑机的动作过程a.闭模和锁紧 注射成型过程是周期性的操作过程。注塑机的成型周期一般是从模具的闭合开始的，模具先在液压及电气控制系统处于高压状态下进行快速闭

11、合，当动模与定模快要接触时，液压即电气控制系统自动转换为低压，低速状态，当确定模内无异物存在后，再转换为高压并将模锁紧。b. 注射装置前移及注射 确认模具锁紧后，注射装置前移，使喷嘴和模具吻合，然后液压系统驱动螺杆前移，在所设定的压力，注射速度下，将机筒螺杆头部以均匀塑化和定量的熔体注入模具型腔中。此时螺杆头部作用于熔体的压力称之为注射压力（Pa），又称一次压力。螺杆的移动速度称之为注射速度（cm/s）。c. 压力保持 注射操作完成之后，在螺杆的头部还保存有少量的熔体。液压系统通过螺杆对这部分熔体继续施加压力，以填补因型腔内熔体冷却收缩产生的空间，保证制件的密度保压一直持续到浇口封闭。此时，螺

12、杆作用于熔体上面的压力称之为保压压力（Pa），又称二次压力，保压压力一般等于或低于注射压力。保压过程中，仅有少量的熔体补充入型腔。d.制件冷却 塑料熔体经注射喷嘴注射到模具型腔后开始冷却。当保压进行到浇口封闭后，保压压力即卸去，此时物料进一步冷却定型。冷却速度影响到聚合物的聚集态转变过程，最终会影响到制件成型质量和效率。制件在模具型腔中的冷却时间应以制件在开模顶出时具有足够的刚度，不致引起制件变形为限。过长的冷却时间不但为降低生产效率，还会使制件产生过大的型腔包附力，造成脱模困难。e.原料预塑化 为了缩短成型周期，提高生产效率，当浇口冷却，保压过程结束后，注射机螺杆在液压马达的驱动下开始转动，

13、将来自料斗的粒状塑料向前输送。在机筒加热和螺杆剪切热的共同作用下，将粒状塑料进一步均匀塑化，最终成为熔融黏流态流体。在螺杆的输送下存积于螺杆的头部，从而实现塑料原料的塑化。螺杆的转动一方面使塑料塑化并向其头部输送，一方面也是存积于头部的塑料熔体产生压力，这个压力称之为塑化压力（Pa）。由于这个压力的作用，使得螺杆向后退移，螺杆后移的距离反应出螺杆机头部分存积的熔体的体积，也就是注射熔体计量值是根据成型制件所需要的注射量进行调节设定。当螺杆转动而后退到设定值时，在液压和电气控制系统的控制下就停止转动，完成塑料的预塑化和计量，即完成预塑化过程。注射螺杆的尾部和注射油箱是连接在一起的，在螺杆后退的过

14、程中，螺杆要受到各种摩擦阻力以及注射油箱内液压油的回流压力的作用，注射油箱内液压油回流产生的压力称之为螺杆背压（Pa）。f.注射装置后退，开模及制件顶出 预塑程序完成后，注射装置后退，为了避免喷嘴长时间与模具接触散热而形成凝料，使喷嘴离开模具当模腔内的成型制件冷却到具备一定刚度后，合模装置带动模板开模，在开模的过程中完成侧向抽芯的动作，最后顶出机构顶脱制件准备下一个成型周期。三、实验原料及设备实验原料 各种热塑性塑料。本次实验采用挤出实验制备的粒状料。实验设备 HTF90-WE 型螺杆式注塑机 海天塑料机械有限责任公司。四、实验步骤 接通冷凝水，对油冷器和料斗座进行冷却。 接通电源（合闸），按

15、拟定的工艺参数，设定各料筒的加热温度，通电加热。 将实验原料加入料斗中。 熟悉操作控制屏各键的作用及调节方法，操作方式设定为手动按拟定的工艺参数设定压力，速度和时间参数，并作记录。 待料筒加热温度到设定值后，保持30min。 采用手动方式动作，检查各动作程序是否正常，各运动部件动作有无异常现象，一旦发现异常现象，应马上停机，进行处理。 准备工作就绪后，关好前后安全门，保持操作方式为手动，操作时应集中注意力，防止按错按钮。 开机，手动操作程序如下： 停机前，先关料斗闸门，将余料注射完毕停机后，清洁机台，断电，断水。五、实验记录注意：注射机工作原理，设备结构，特点；注射成型操作过程中的安全问题六、

16、思考题1. 要缩短注射机的成型加工周期，可以采用哪些措施？2. 注射机操作方式有几种？3. 注射机的料筒温度应如何确定？4. 注射机的模具温度应如何确定？5. 为什么要保压？保压对制品性能有何影响？实验四 塑 炼一、实验目的1. 掌握物料的塑炼方法；2. 认识配方中各组分的作用；3. 正确掌握双辊塑炼机的操作，了解设备的基本机构。二、实验原理1塑炼的目的是使物料在粘流温度以上和较大的剪切作用下来回折叠、辊压，以达到期望的柔软度和可塑度，使各组分分散更趋均匀，同时驱出可能含有水分等挥发气体。对于本实验所采用的PVC混合物来说，其经过塑炼后，可塑性得到很大改善，配方中各组分的独特性能和他们之间的“

17、协同作用”将会得到更大的发挥，这对成型和制品的性能有着及其重要的影响。因此，塑炼过程中与料温和剪切作用有关的工艺参数、设备特性（如辊温、辊距、辊速、时间）以及操作的熟练程度都是影响塑炼效果的重要因素。2塑炼过程的主要控制因素：塑炼温度、时间和辊距。三、实验原料及仪器设备1.实验主要原料：PVC 树脂，稳定剂、填料2.实验设备：XH-401C型双辊筒塑炼机 ： 一台由机座、辊筒、滚筒轴承、紧急刹车装置、调距装置等组成。加热方式：电加热；滚筒速比：可调辊距：可调温度：可调可显示四、实验步骤1 准备 开机空转，试紧急刹车等，经检查无异常现象即可开始实验。2 确定投料量。3 进行塑炼（1）按照双辊筒机

18、操作规程，利用加热、控温装置将辊筒预热，当滚筒已热时，用弓形表面温度计对滚筒表面温度进行测量，并调电压阀使辊筒表面温度达到规定值即可停止调节和测量。（2）恒温10min 后，开动辊筒机，调节辊间距为2-3mm。在辊隙上部加上初混物料，操作开始后从两辊间掉下的物料应立即再加往辊隙中，不要让物料在辊隙下方的搪瓷盘内停留时间过长，且注意经常保持一定的辊隙存料。待混合料已粘接成包辊的连续状料带后，适当放宽辊隙以控制料温和料带的厚度。（3）塑炼过程中，用切割装置或铜刀不断地将料带从辊筒上拉下来折叠辊压，或者把物料翻过来沿辊筒轴向不同的料团折叠交叉再送入辊隙中，使各组分充分地分散，塑化均匀。（4）辊压约6

19、-8min 后，再将辊距调至2-3mm 进行薄通1-2 次，若观察物料色泽已均匀，截面上不显毛粒、表面已光泽且有一定强度时，结束辊压过程。迅速将塑炼好的料带成整片剥下，平整放置，注明时间、班组和姓名等，放在通风处冷却。五、注意事项1 两辊温度必须严格控制。2 两辊操作时必须严格按照操作规程进行，防止将硬物落入辊间。六、思考题1. 分析聚氯乙烯树脂相对分子质量大小与产品性能及加工性能的关系？2. 塑炼过程中为什么要打三角包？实验五 压缩模塑一、实验目的1. 掌握聚氯乙烯复合材料平板压制成型的方法；2. 了解聚氯乙烯平板压制过程所用设备的基本结构原理；3. 学会使用液压机。二、实验原理压制是材料成

20、型的重要方法，正确选择和调节压制温度、压制压力、时间以及制品的冷却温度是控制板材性能的工艺措施。通常在不影响制品性能的前提下，适当提高压制温度，降低成型压力，缩短成型周期对提高压机生产效率是行之有效的；但过高的温度、过长的加热时间会加剧树脂降解和熔料外溢，致使制品颜色黯淡、毛边增多及力学性能变劣。本实验采用平板硫化机，其原理为，由泵打入液压缸的工作液使其对模具施加一定压力，使制品在加热加压下进行成型。三、实验原料及仪器设备XLB-D 型平板硫化机，QLB-Q 型平板硫化机，其技术规格如下：最大关闭压力 250kN工作液最大压力 15kN注塞最大行程 150mm平板面积 350mm350mm平板

21、单位面积压力 2MPa工作层数 2每层间距离 75mm每块平板加热功率 2.4kW总加热功率 7.2kW最高工作温度 220四、实验步骤1. 按照压力成型机操作规程，检查压机各部分的运转、加热和冷却情况到工作状况，利用压机的加热和控温装置将压机上、下模板加热至（1805）。由压模板尺寸、PVC 板材的模压压力（1.52.0MPa）和压力成型机的技术参数，按公式下列公式计算出油表压力P（表压）:注：P 压机表压读数，MPa； Pm 模压压力，MPa；A 模具投影面积，cm2 ；R压机主油缸柱塞半径，cm。2. 把裁减好的片坯称重后，重叠在钢模模具之间，放入压机工作台中心位置，启动压机。使已加热的

22、压机上、下模板与装有叠合板坯的模具相接触（此时模具处于未受压状态），预热板坯约10min。然后闭模加压至所需表压，当物料温度稳定到（1805）时，保温、保压约5-10min，并可适当降低一点压力以避免塑料过多地溢出。3. 卸压，将热模具整体移至另一台未加热的平板硫化机中，进行保压冷却，注意观察冷却过程中表压的变化，待模具温度降至80一下直至板材充分硬化后，方能解除压力，取出模具脱模修边得到PVC 板材制品。4. 改变配方或改变配制成型工艺条件，重复上述操作过程进行下一轮实验，可制得不同性能的PVC 板材。六、实验记录七、思考题1. 压制的工艺控制参数对PVC 板材的性能和外观有何影响？举例说明

23、。2. 何谓排气操作？为什么要排气？3. 升温速率和降温速率为什么不能过快？有何异常现象？实验六 密炼机混炼工艺一、实验目的1.了解密炼机的结构，2.熟练掌握密炼机混炼的操作方法和加料顺序，3.熟悉密炼机混炼的工艺条件，4.了解影响密炼机混炼效果的因素，5.制备符合性能要求的炭黑混炼胶或母炼胶。二、实验设备及工作原理实验设备为常州苏研科技有限公司制造的0.7升小型密炼机。图6-1 0.7升小型密炼机（一）密炼机的结构图6-2 密炼机结构示意图密炼机一般由密炼室、两个相对回转的转子、上顶栓、下顶栓、测温系统、加热和冷却系统、排气系统、安全装置、排料装置和记录装置组成。转子的表面有螺旋状突棱，突棱

24、的数目有二棱、四棱、六棱等，转子的断面几何形状有三角形、圆筒形或椭圆形三种，有切向式和啮合式两类。测温系统是由热电偶组成，主要用来测定混炼过程中密炼室内温度的变化；加热和冷却系统主要是为了控制转子和混炼室内腔壁表面的温度。密炼机密炼室结构示意图如图6-2所示。（二）密炼机混炼工作原理 密炼机工作时，两转子相对回转，将来自加料口的物料夹住带入辊缝受到转子的挤压和剪切，穿过辊缝后碰到下顶拴尖棱被分成两部分，分别沿前后室壁与转子之间缝隙再回到辊隙上方。在绕转子流动的一周中，物料处处受到剪切和摩擦作用，使胶料的温度急剧上升，粘度降低，增加了橡胶在配合剂表面的湿润性，使橡胶与配合剂表面充分接触。配合剂团

25、块随胶料一起通过转子与转子间隙、转子与上、下顶拴、密炼室内壁的间隙，受到剪切而破碎，被拉伸变形的橡胶包围，稳定在破碎状态。同时，转子上的凸棱使胶料沿转子的轴向运动，起到搅拌混合作用，使配合剂在胶料中混合均匀。配合剂如此反复剪切破碎，胶料反复产生变形和恢复变形，转子凸棱的不断搅拌，使配合剂在胶料中分散均匀，并达到一定的分散度。由于密炼机混炼时胶料受到的剪切作用比开炼机大得多，炼胶温度高，使得密炼机炼胶的效率大大高于开炼机。三、操作方法1、按照密炼机密炼室的容量和合适的填充系数（0.60.7），计算一次炼胶量和实际配方；2、根据实际配方，准确称量配方中各种原材料的用量，将生胶、小料（ZnO、SA、

26、促进剂、防老剂、固体软化剂等）、补强剂或填充剂、液体软化剂、硫黄分别放置，在置物架上按顺序排好；3、打开密炼机电源开关及加热开关，给密炼机预热，同时检查风压、水压、电压是否符合工艺要求，检查测温系统、计时装置、功率系统指示和记录是否正常；4、密炼机预热好后，稳定一段时间，准备炼胶；5、提起上顶栓，将已切成小块的生胶从加料口投入密炼机，落下上顶栓，炼胶1min；6、提起上顶栓，加入小料，落下上顶栓混炼1.5min；7、提起上顶栓，加入炭黑或填料，落下上顶栓混炼3min；8、提起上顶栓，加入液体软化剂，落下上顶栓混炼1.5min；9、排胶，用热电偶温度计测胶料的温度，记录密炼室初始温度、混炼结束时

27、密炼室温度及排胶温度，最大功率、转子的转速；10、将开炼机的辊距调到3.8mm，打开电源开关，使开炼机运转，打开循环水阀门，再将从密炼机排出的胶料投到开炼机上包辊，待胶料温度降到110以下，加入硫黄，左右割刀各二次，待硫黄全被吃进去，胶料表面比较光滑，割下胶料。11、将开炼机辊距调到0.5mm，投入胶料薄通，打三角包，薄通5遍，将辊距调到2.4mm左右，投入胶料包辊，待表面光滑无气泡，下片，称量胶料的总质量，放在平整、洁净金属表面上冷却至室温，贴上标签注明胶料配方编号和混炼日期，停放待用。密炼机每批混炼工艺试验报表，应记录：开始混炼时温度、混炼时间、转子转速、上顶栓压力、排胶温度、功率消耗、混

28、炼胶质量与原材料总质量的差值及密炼机类型。注意：开始混炼实验时，可先混炼一个与试验胶料配方相同的胶料调整密炼机的工作状态，再正式混炼；对同一批混炼胶料，密炼机的控制条件和混炼时间应保持相同。四、影响密炼机混炼效果的因素密炼机混炼的胶料质量好坏，除了加料顺序外，主要取决于混炼温度、装料容量、转子转速、混炼时间、上顶拴压力和转子的类型等。1、装料容量即混炼容量，容量不足会降低对胶料的剪切作用和捏炼作用，甚至出现胶料打滑和转子空转现象，导致混炼效果不良。反之，容量过大，胶料翻转困难，使上顶拴位置不当，使一部分胶料在加料口颈处发生滞留，从而使胶料混合不均匀，混炼时间长，并容易导致设备超负荷，能耗大。因

29、此，混炼容量应适当，通常取密闭室总有效容积的60%70%为宜。密炼机混炼时装料容量可用下列经验公式计算：Q装料容量，Kg；K填充稀疏，通常取0.607；V密闭室的总有效容积，L；胶料的密度，g/cm3。填充系数K的选取与确定应根据生胶种类和配方特点，设备特征与磨损程度、上顶拴压力来确定。NR及含胶率高的配方，K应适当加大；合成胶及含胶率低的配方，K应适当减小；磨损程度大的旧设备，K应加大；新设备要小些；啮合型转子密炼机的K应小于剪切型转子密炼机；上顶拴压力增大，K也应相应增大。另外逆混法的K必须尽可能大。2、加料顺序密炼机混炼中，生胶、炭黑和液体软化剂的投加顺序与混炼时间特别重要，一般都是生胶先加，再加炭黑，混炼至炭黑在胶料中基本分散后再加入液体软化剂，这样有利于混炼，提高混炼效果，缩短混炼时间。液体软化剂过早加入或过晚加入，均对混炼不利，易造成分散不均匀，混炼时间延长，能耗增加。液体软化剂的加入时间可由分配系数K确定。硫黄和超速促进剂通常在混炼的后期加入，或排料到压片机上加，减少焦烧危险。小药（固体软化剂、活化剂、促进剂、防老剂、防焦剂等）通常在生胶后，炭黑前加