实验一

塑料的综合性实验（一）

一． 前言

PVC 材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性，是使用最 广泛的塑料材料之一。PVC 材料在实际使用中需加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色 料、抗冲击剂及其它添加剂。碳酸钙（CaCO3）是PVC 制品生产加工中最常用的填充 剂，其使用目的大多是为使PVC 制增量，以达到降低生产成本以及提高其综合力学性能。 另外，由于化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插头、插座、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等！ 尽管PVC材料应用广泛，优点众多，深受广大消费者的青睐，但是它还是有一定的缺陷的。PVC可以分为硬PVC和软PVC，软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度会降低。而且由于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCL气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15℃到55℃之间。另外，PVC材料在室外空气中，耐老化的问题也很严重。PVC在生产时会加入稳定剂，但稳定剂有无毒和有毒之分，只有加入了铅盐之类有毒的稳定剂，才会产生隐患。但PVC产品鱼龙混杂，一些小企业使用铅盐做稳定剂，很难达到相关卫生标准。

为了解决这些问题以及降低生产成本，就需要对PVC进行改性，向其中加入分散剂、填充剂、稳定剂、抗冲剂等可以显著提高其各项性能。 二．实验部分

（一）用高速搅拌机配制PVC干混料 （1）实验目的

1、 熟悉掌握 GH—10DY型实验用高速搅拌机（以下简称高搅）的构造和使用方法。 2、 了解 PVC 干混料的配制方法。 （2）实验原理

利用高搅机将几种粉料混合均匀。 （3）实验设备和药品

1、设备：GH—10DY实验用高速搅拌机；台称，搪瓷盘；刷子两把。 2、材料：PVC 4 型或 5 型

碳酸钙 硬脂酸（润滑剂） 三盐基硫酸铅（稳定剂）。 （4）实验步骤

1、开机前

清扫锅体内部；

检查卸料门是否活动自如，卸料门处有无残留物料，加以清理后关闭； 配料：树 脂： PVC 1000 克 稳定剂： 三盐基硫酸铅 40 克 润滑剂： 硬脂酸 10 克 称好后倒入瓷盘内。

2、接通总电源。将控制箱内总开关合上。这时绿色指示灯点亮表示电源接通。 用温度控制指示仪上的温度设定装置庙宇加工温度为 80℃，开启加热装置（右面板手） ，指示灯点亮（绿色） ，表示开始加热。 待温度达到设定值时，保持 10 分钟，即可加料开机。

3、 加料：将上述物料小心倒入锅体，盖紧锅盖。

4、 按低速启动钮，再按高速启动钮。开始记录物料温度。搅拌 2 分钟，转为低速。 5、 手动打开卸料门，将物料卸在瓷盘内摊开，以免物料结块。卸完后关机，用温度计测量物料温度。

6、 打开锅盖，将锅内剩余物料从卸料口排清。 7、 清扫锅体，卸料品及机体，关上锅盖和卸料门。 8、 关机：依次关闭加热电源，主机开关，拔去插头。 9、 将高搅好的干混料倒入指定的容器以供其他实验使用。 （5）结果与讨论

高强力，非熔融混合是生产硬质pvc干混料最常用的方法，这种技术使树脂和添加剂受到高速，高剪切的混合，物料受到高速叶轮所产生的摩擦热而加热，所以被加热的树脂会吸收液体添加剂，其他低熔点润滑剂会溶化，并涂于树脂粒子上。在高速混合机中，不熔的固体添加剂，如无机填充剂和聚合物改性剂是与树脂颗粒互相分散的。 （二）. 软PVC塑料的开放式炼塑加工 （1）实验目的

1、 熟悉掌握二辊炼塑机的构造和使用方法； 2、 了解软 PVC 塑料的加工方法及性能。 （2）实验原理

首先是一个二辊炼塑机，它是一种常用的塑料加工设备，主要用于软硬PVC的加工。它与密炼机、压延机配合形成压延生产线，其中它的作用是将密炼后的物料进一步塑化均匀后向压延机供料，而单独使用则可以得到PVC片材，片材可以热压成板材，或者切粒（比如电缆料）。炼塑机得构成及各部分作用这里就不再赘述。 PVC塑料加工原理

PVC是用途广泛的通用塑料，其主要组份有增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充料等。本实验配制不同塑剂含量的软PVC塑料，用两辊炼塑机塑化拉片，压制成板后测试性能。

软 PVC内增塑剂的含量一般为30%（100份PVC计）以上，一般说增塑剂含量愈高，产品愈软，抗拉强度下降，延伸增加。软 PVC 内加入填料后，一般说强度下降，但能改善产品的尺寸稳定性，提高硬度。加填料后加工性能变差，塑化时间延长。软 PVC 用两辊开炼一般用于压延工艺，这时混炼物料为由密炼机加工后的团块，很快就能塑化均匀向压延机供料。如不用密炼机，各组份经高搅拌后直接将此干混料加入开炼机加工，塑化时间较长，一般为 10~15 分钟。塑化后拉成片材再进行后加工。

本实验目的为熟悉操作使用及了解软PVC加工方法及力学性能，所以采用手工拌料，直接加料。软PVC的加工温度为160~190℃，视增塑剂、填料加量而定。为比较加工性能，本实验中加工温度固定为160℃。

在二辊混炼时物料在辊隙内受压力和剪切两个作用，达到混合均匀塑化均匀的要求。辊隙愈小，剪切速率较大，剪切作用强，传热也快。因此混炼时一开始辊隙要小一些，待物料包辊后再逐渐放大辊距。

软PVC 一般不会粘辊，易于从辊筒上剥离。一般说物料包在温度高和转速快的辊筒上。由于加工时物料在两辊之间混炼，前后辊的温差较小，所以物料容易所在转速快的后辊上。 二辊加工全凭经验，一般认为物料变为着色均匀，表面有一定光泽，无可见之粉粒时即为塑化均匀，可以出片。由于片材还需经后加工，例如压制，切粒后挤出等。二辊混炼时也不应塑化过头，否则反而影响其物理机械性能。 （3） 实验设备与材料

1、设备：二辊炼塑机，表面温度计。 2、材料：树 脂： PVC 3 型或4 型

稳定剂： 三盐基硫酸铅 二盐基亚磷酸铅 增塑剂： 邻苯二甲酸二辛酸酯 润滑剂： 硬脂酸 填 料： 碳酸钙

3、工具：刮刀 2 把，漆刷 1 把，瓷盘 2 只；手套 4 付。台称干；游标卡尺一把。 （4）实验步骤

1） 配方表 配方表 PVC树脂 三盐酸硫酸铅 增塑剂 硬脂酸 碳酸钙 A组 400 12 100 4 20 B组 400 12 8 100 4 28 C组 400 12 8 100 4 36 D 400 12 8 100 4 40 二盐酸亚磷酸铅 8 我们组为D组。 2) 在台称上按配方称取后，倒入瓷盘，用刮刀仔细混和均匀。 3） 机器准备工作：

机器启动：必须在启动后才能加热，防止轴受热不匀变形。

辊筒加热，调节变压器，使温度达到 160℃左右。以上两步由实验室预先进行（因预热时间较长）。

拧主轴润滑油杯几圈，向主轴承内压入润滑脂。

拨动紧急刹车，检查辊筒继续转多少距离（<1/4 圈） 。 调节辊矩（注意刻度盘上标明的方向）。开始时辊矩小些（<1mm）。注意调矩时最好左右同时进行，不可让两边调距相差太大。 4） 炼塑

在辊筒下放置两个瓷盘，叠在一起。开始向辊间加料，记下起始时间。开始加料量不要太多。等物料塑化开始包在辊上后用刮刀切开，切口要在辊筒左下方，快速向右划开整片片材，趁势拉下后卷成一卷或打三角包，目的是保温防止冷却。拉下一部分后再继续加料，全部物料塑化后，放大辊距至1.5mm左右，将全部已塑化物料放入辊间，继续炼塑，打卷或打三角包至物料塑化均匀无粉料，表面平整。记下结束时间，这段时间为塑化时间。

调整辊距，在两边各割取一块物料，用卡尺量厚度，直至两边厚度一致（1.5mm左右）。平铺在桌子上（桌子拉近辊筒）。趁热用剪刀裁成30cm左右的块材，以供热压成型。

料片究竟包在前辊还是后辊上取决于操作条件。由于炼塑机的操作位在前辊，后辊出片的话没有地方放片材，所以应尽可能使物料包在前辊上。由于前辊转速低，要使物料包在前辊上， 必须使前辊温度高于后辊。 所以混炼和出片前应使前辊加热电压、 电流高于后辊。 5）关机

切断加热电源。

必须等辊筒温度降低至 80℃以下时，才能关掉主机。 清扫机器及周围环境。 清点交还工具。 6）结果与讨论

实验制备出来的PVC片材各组有差异，我们组的偏白，其他组有少许偏绿色。

这次实验室我第一次对材料加工有了亲身的体会。首先老师用一定的料清洗辊筒。在各

组称取配方进行高速搅拌后，PVC混料在150摄氏度的辊间进行成型。首先将料从两个辊的上边倒下，然后将从辊里出来的东西不论是粉料还是小片收集起来继续从上面往下倒，等到差不多有一整个片的形状时，用手接着出来的片材，打三角包继续放入辊间进行成型。 加工好的PVC片材我们用剪刀将其剪成10厘米左右的正方形保存起来，下次试验待用。 实验中在混料的时候如何设计添加顺序，考虑到配方各物质的性质，如粘稠液体或是固体干粉料，如何在混合容器转移过程中尽量避免损失，是我在这节课上思考最多的。做实验要学会统筹兼顾，细节考虑周全细致，这是我们欠缺的，也会在日后的实验中不断学习进步，学会勤思考多考量，避免因为细节疏忽不当造成的产品问题。

（三）. PVC塑料的热压成型及工艺 （1）实验目的

1、 熟悉和掌握平板压机的构造和使用； 2、 了解 PVC 塑料的热压成型工艺。 （2）实验原理

首先是一个平板压机，它是通过上下两块铁板对物料进行加热并压制成型的。具体的结构及控制装置这里不再叙述。 PVC 硬板和软板的压制

PVC硬功夫板的工业生产采用压延工艺生产0.5mm的硬片，然后用多层压机将几层硬功夫片迭合而成的迭合本压制成板。半硬塑料地板也可用多层压机生产。压制时一般采用开放式模板，例如抛光的或不抛光的不锈钢板、铝板等。也可采用模框以保证厚度达到一定要求。PVC 板压制的目的一是使多层薄片熔合，二是使表面平整光滑，并达到一定的厚度。硬板的压制压力和温度比软板的要高一些。压力要适中并与温度高低一起考虑加以设定。 （3） 实验步骤

1、 压板预热至 160℃（由实验室预先调好） 。 2、 熟悉压机操作，操作控制阀，使压板动作。

3、迭合本准备：将 PVC 软片料入在不锈钢模板上（预先清除模板上的余料、污垢） ，复上

不锈钢板，再放一片软 PVC 片料，迭成三层组成的迭合本。注意三层片材在模板内的 位置应上下对准，以保证压力均匀。硬 PVC 板要求压成 4mm 厚板材，将几片 PVC 硬 片材迭成厚度略大于 4mm，放入厚 4mm的模框，上下复上不锈钢模板。

4、 压制

1）预热：将迭合本放入压板之间，尽可能处于压板中心位置，闭合压板，使压力表指示为 10MPa。压软板温度为 160℃，压硬板温度为 175~180℃。随着物料受热塑 15化，压力会有所下降，可适当补压。预热时间为 10~15 分钟。

2）加压：预热后升压，软板压制压力为10MPa，硬板压制压力为15MPa，保压5分钟。 3）冷却：关闭加热装置，在压板中通入冷却水，至温度低于50℃以下。 4）脱模：将板材取出、清理模板。 5、制样： 1）软板用冲模冲出抗拉试样 5 片测拉伸强度和断裂延伸。另准备 20×20mm 若干片，测定邵氏硬度。

2）硬板用万能制样机制样。测定抗拉、抗弯、球压硬度、维卡软化点及抗冲等性能。 （四）结果与讨论

实验让我对PVC热压成型有了深入切身的认识，反应中温度也比较高，做好适当的防护措施，避免烫伤。

（四）. 万用铣床制备标准试样 （1）实验目的

1、熟悉掌握 ZHY—W 型万能制样机的构造和使用方法。 2、了解塑料的物理机械性能标准试样的制备。 （2）实验原理

万能制样机的构造与使用方法。

这里不详细说明，之后会在讨论部分提到。 标准样品的制备

该万能铣床适用于加工硬质塑料，如PE、PP，有机玻璃，硬质PVC等的标准试样的制备。软质材料如软PVC、橡胶等不适用。

本实验制备硬质PVC板的抗拉、抗冲（小）、抗弯、硬度、维卡耐热性等标准试样、尺寸见测试方法实验讲义。

1） 抗拉试样：GB-1040-79 规定的适应硬板的 II型试样。

2） 抗弯试样：GB1042-79 中规定的板材试样尺寸，长 10d±20mm，宽 15±0.2mm， 厚度 d。

3） 抗冲击试样（简支梁法） ：GB1043-79 中规定的有缺口小试样。

4） 球压硬度试样：HG2-168-65 中规定的尺寸：宽度>15mm，长度>25mm，厚度.4mm。 5） 维卡耐热性试样：GB1633-79 中规定的尺寸：10×10×4mm（长×宽×厚）。 （3）1、设备：ZHY—W 型万能制样机一台 附带夹具：哑铃型靠模、垫块，标准块，缺口铣刀。

2、材料：硬PVC 板一块。 （4） 实验步骤

1、熟悉万能制样机的操作：

1）接通主机电源；在所有传动轴处加注润滑油。 2）打开在主机中间的电源总开关，指示灯点亮。 3）启动锯床，移动工作台几次，关掉。

4）启动缺口铣床，操作夹紧手轮，进给手轮，自动控制进给装置，拖板手轮等，然后关掉。铣刀安装由教师演示。

5）哑铃型铣床的铣刀安装由教师演示。 上拖板已经调整好，不可再变动位置。后面的定位螺钉不得拧动。启动铣床，铣刀旋转，练习操作压样条手轮，正面进给拖板（下拖板） ，即用摇手柄套入下拖板轴头顺逆时针旋转手柄，下拖板向后向前移动。操作自动横向进给装置，即合上离合器， 按侧面板两只绿色按钮，观察进给方向。操作完后关掉铣床。

2、锯切：

1）把硬 PVC板材放在工作台上，用压杆压住。

2）根据试样的宽度，把角尺板上“0”刻度线对住所需的宽度，拧紧蝶形螺帽。把板材紧靠角尺板和钢尺，拧紧压板。

3）启动锯床，把工作台向前慢慢推进，直到锯断。

4）锯切样条数：拉伸样条五条（宽度比标准放 1~2mm） ；抗弯五条，抗冲（小）五条，硬度 2 条，维卡耐热 3块。

3、铣缺口

1）装样条。方法如下：用拖板手轮将拖板向右退出。

由于 GB 标准的小抗冲试条长 55，不能用 28.25宽的标准块定位。所以先在样条中心划线。把中心线放在样条槽的中心，用夹紧手轮将试条夹紧。

2）百分表调整

先用手搬动皮带轮，使缺口铣刀垂直向下。旋动进给手轮（升降手轮） ，使铣刀刚好与样条表面接触。调整百分表高度及用滚花齿轮调节，使滚花齿轮与百分表测量头接触，并使百分表指零。

3）铣切

用拖板手轮调整样条位置在铣刀正下方。启动电机。慢慢旋动进给手轮，铣刀开始铣缺口，一直铣到所需缺口的深度在百分表上读出（铣切时拖板略作左右移动）。然后降下拖板。再用托办将拖板向右退出，松开夹紧块，取出加工好的试样。

关掉电机。

也可用自动进给装置进给，即将拖板手轮拉出，拖板自动慢慢上升。当百分表到达所需深度后，将手轮捈。铣切完毕。

4、铣哑铃形样条

1）上拖板由教师定位，后侧螺钉不得任意拧动。 2）铣刀由教师演示安装。

3）装样条。方法如下：先用摇手柄将下拖板向后退出。在样条室内垂直放入一条厚度为 6mm 的垫铁。再水平旋转哑铃形靠模，放三块样条在靠模上。拧手轮压紧样条。移动活动块，使它靠紧样条一端。

4）启动铣刀。

5）旋横向进给手轮，使铣刀牌样条的中间，用摇手柄将下拖板向前推进（逆时针方向转），铣切开始，一次进刀量不能太多。正向进刀后用手动或自动横向进给。铣刀走到哑铃处（宽度大的部位）时上拖板向后退。哑铃处铣完后反方向横向进给，到中间部位时，上拖板藉弹簧压力向前，铣刀铣床另外一半。然后再下身进刀继续铣切。直至靠模与铣刀下的垫套接触。 将下拖板退出，取出样条，翻过来后加工另一面。一般加工一面进刀 2~3 次。

注意：下拖板后侧四个定位螺钉不可拧死，由教师定位，不得随意拧动！否则会损坏支架。

5、关机。清理各部件及四周环境；用刷子刷除各处碎屑。切断总电源。 （5）结果与讨论

通过万能制样机制备两种样品，一个是长方形的将来用作拉伸样条，一种是正方形的，用作硬度以及维卡软化点的实验。根据国标尺寸，将其磨成哑铃状。 砂轮机的操作主要由我们组的男生完成，我和另外一名女生负责完成制备拉伸实验样条的划线工作，按照规定尺寸测量划线，交予组内其他成员磨削加工，制备测试样条。 在划线过程中我学到最多的还是考虑细致周到。按照通常的思维我们先是在量好尺寸，划线，要切断的地方划线。但是有一种情况，当一根厂样条要分成两个有尺寸要求的样条时，我们习惯性地在当中划上线，然后两边以这根线为标准测量划线。但是却没有考虑在磨削时，会损失样条，会使两段样条的尺寸偏小。因此我们听了老师的建议，将切削的部分留白，以两条黑线中间夹着的白色空间作为磨削的部分，避免了磨削后尺寸的误差。

三、测试部分

本次实验主要有三个性能测试：塑料冲击强度试验（简支梁法）、塑料拉伸强度试验以及塑料维卡软化点的测定。

对于冲击强度实验，因为对于高聚物，招致损坏的最主要原因是外部的冲击，所以除了静力实验之外，动力学的实验同样很重要，本实验是通过冲击强度来评测该材料的韧性。

拉伸强度实验则是材料作为结构件的重要指标之一。

维卡软化点的目的是检测材料的热变形，在一定的温度下对其硬度进行评测。

（一）塑料冲击强度试验（简支梁法） 试样制备

试样带有缺口和不带缺口，二种形状见下图。

试样尺寸

整个标准如下表所示：

本次实验用的是有缺口的小试样的标准。

要求是每组试样不少于5个，且表面平整，无气泡、裂纹、分层和加工损伤等缺陷。 实验设备

摆锤式简支梁冲击试验机，试验在摆锤总能量的 10~85%范围内使用。 摆锤、试样、支座的尺寸及相互位置见图。 实验步骤

（一）试样预处理与拉伸试验相同。

（二）测量试样中部缺口宽度和厚度，准确至 0.05 毫米，测三点取平均值。 （三）选择摆锤，调整零点。

（四）按图所示放好试样，缺口面或未加工面背向摆锤，试样宽面紧贴支承面。

（五）将摆锤放在锁钩上，把刻度表指针拨向最大数值处，平稳放开锁钩，读取所消耗的功。

（六）凡试样不破裂或不破裂在中间三分之一，不破裂在缺口处时，试样作废，另行补做。

思考题

（一） 为什么不同厚度试样测出的冲击强度值不能相互比较？ 拉伸试验测试强度，是将拉伸力除以试样截面积得出的，所以不受试样尺寸的影响但冲击实验测试的是将冲击试样冲断所需的能量，并未考虑面积的影响，所以相同材料，试样截面积越大冲击功就越高，但冲击功与截面积又不是成线性比例。所以冲击试验要求将相同尺寸的试样进行比较。

（二） 试考虑缺口试样上缺口起什么作用？ 随着缺口深度的减小，冲击吸收功增加，随着缺口根部曲率半径的降低，冲击功也在减少，随着缺口根部曲率半径的增加，冲击功也在增加。由于冲击试样的缺口深度、缺口根部的曲率半径、缺口角度决定缺口附近的应力集中程度，从而影响试样的冲击吸收功。

（二）塑料拉伸强度试验 （1）试样尺寸

如下图所示：

其中C的长度由55改为60。 （2）实验条件

（一）实验环境：热塑性塑料为 25±2℃，热固性塑料为 25±5℃，相对湿度为 65±5%。本次实验在室温下进行。

（二）试验速度

1、热固性塑料，硬质热塑性塑料为 10±5 毫米/分。

2、伸长率较大的硬质和半硬质热塑性塑料（如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等）为 50±5 毫米/分。

3、软板、软片和薄膜，相对伸长率≤100 时，用100±10 毫米/分；相对伸长率>100 时，用 250±50毫米/分。

本次实验采用100毫米/分的速率进行拉伸。 实验仪器

本次实验采用万能试验机进行实验。具体这里不再叙述。 （3）实验步骤

（一）试样预处理：试验放置在第三项规定的试验环境中。 厚度 d<0.25 毫米处理不少于 4 小时。0.25≤d≤2 毫米处理不少于 8 小时；d>2 毫米处理不小于16小时。

（二）测量模塑试样和板材试样的宽度和厚度准确至 0.05毫米， 板片厚准确至 0.01毫米，薄膜态度准确至 0.001 毫米。每个试样在标距内测三点，取算术平均值。

（三）估计所测材料的大致强度。装好重锤。 （四）检查调节刻度盘指针到零位。

（五）接通电源。调节拉伸机速度至试验规定值。

（六）装好试样。试样纵轴应与上、下夹具中心线相重合，将指针拨回零位。伸长标尺调至零位。

（七）对试样加拉力至试样断裂时为止。 （八）读取负荷值和伸长值，若试样断裂在非有效部分时，该试样作废，另行取样重作。

（4）实验数据

D组五组拉伸实验数据 试样编号 1 2 3 4 5 试样宽度mm 9.89 10.02 10.27 10.08 10.11 试样厚度mm 4.23 3.99 4.26 4.13 4.12 最大力N 962.48 562.48 399.34 145.17 738.45 断裂伸长率% 142.63 30.49 87.21 8.31 25.84 拉伸断裂应力MPa 22.76 12.48 8.78 1.18 12.62 拉伸强度MPa 23.01 14.07 9.13 3.49 17.73

试样的拉伸强度测试结果如上图

聚合物的拉伸性能可通过其应力－应变曲线来分析，典型的聚合物拉伸应力－应变曲线。在应力－应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。屈服点之前是弹性区，即除去应力后材料能恢复原状，并在大部分该区域内符合虎克定律。屈服点之后是塑性区，即材料产生永久性变形，不再恢复原状。

拉伸强度：单位截面薄膜在拉伸断裂时的拉力，表示物质抵抗拉伸的能力。

断裂伸长率：当进行断裂拉伸试验时，薄膜样品断裂时薄膜长度增加的百分率。该值用来和衡量薄膜在未断裂时的延伸能力。

PVC材料硬而韧，弹性模量大，拉伸强度和断裂伸长率也大为软塑料典型的拉伸曲线。 （5）思考与讨论

试考虑试验温度、湿度及拉伸速率对试样的拉伸强度、断裂伸长率有何影响？ 温度越高应力越小应变越大，湿度影响不大，拉伸速率越大应力越大应变越小。

环境温度和湿度提高，一般材料强度、模量减小，延伸率增大。升高温度和降低拉伸速度在一定程度上是等效的，增加湿度与增塑在一定程度上是等效的。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qnw8.html