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返回转矩流变仪及其在塑料加工中的应用洪王暄迎思海亭理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
转矩流变仪及其在塑料加工中的应用赵洪王暄李迎崔思海陈亭哈尔滨理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
实验九塑化性能转矩流变仪的测定汇报人：日期:•实验目的与原理•实验设备与材料•实验步骤与方法目录•实验结果分析与讨论•实验结论与建议•实验注意事项与安全措施01实验目的与原理掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法。
了解塑化性能与转矩流变仪测定的关系。
探究不同材料在转矩流变仪下的塑化性能表现。
转矩流变仪是一种用于测量材料在加工过程中所表现出的流动性和塑化性能的仪器。
在转矩流变仪中，材料被加热至一定温度，并在一定的剪切应力作用下进行塑化。
通过测量材料在塑化过程中的转矩变化，可以了解材料的塑化性能。
塑化性能是材料加工过程中的重要参数，对于材料的加工质量和效率具有重要影响。
通过转矩流变仪的测定，可以深入了解材料的塑化性能，为材料的加工和应用提供重要依据。
本实验有助于学生掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法，提高实验技能和实践能力。
实验意义02实验设备与材料转矩流变仪主要由主机、加热系统、转子、搅拌器等组成。
结构组成工作原理主要功能通过加热系统对物料进行加热，转子在物料中旋转产生剪切力，使物料发生流动和变形。
用于测量物料的塑化性能，如塑化温度、塑化时间、塑化扭矩等。
030201转矩流变仪介绍根据实验要求选择适当的原料，如聚合物、添加剂等。
原料根据实验要求选择适当的助剂，如增塑剂、润滑剂等。
助剂转矩流变仪、天平、量筒、烧杯等。
仪器与设备实验材料准备实验设备安装与调试设备安装按照说明书要求正确安装转矩流变仪，确保设备稳定可靠。
调试与校准对设备进行调试和校准，确保测量准确性和稳定性。
安全操作遵守设备操作规程，确保实验过程安全可靠。
03实验步骤与方法选择具有代表性的塑料样品，确保样品无杂质和缺陷。
样品选择将塑料样品进行干燥、清洁和预处理，以消除外部因素对实验结果的影响。
样品处理将干燥和清洁后的塑料样品切割成标准尺寸的试样，以便于后续的实验操作。
样品切割样品制备与处理检查塑化性能转矩流变仪的各项功能是否正常，确保仪器处于良好状态。
转矩流变仪的工作原理转矩流变仪是一种测试材料流变性能的仪器，主要用于测试各种材料的力学性能和变形特性，例如塑料、橡胶、涂料、纺织品等。
本文将对转矩流变仪的工作原理进行详细解析。
一、概述转矩流变仪测量的是所测试物质的流变性能。
所谓流变性能，指的是物质在受到外力（如剪切力、扭转力等）作用下的变形特性。
不同材料在受到不同外力时，其变形特性表现不同，因此需要使用不同的流变测试方法和仪器。
转矩流变仪主要通过旋转扭转试样来测量流变性能，同时可以测量材料的动态弹性模量、流体阻力力、压缩弹性模量等力学性能。
该仪器广泛应用于塑料、橡胶、涂料、纺织品等材料的研究和生产中，对提高产品的质量和性能至关重要。
二、结构和工作原理转矩流变仪的主要结构包括电机、传动装置、拉伸装置、刻度盘、显示和控制系统等。
下面将详细介绍其工作原理和各部分组成。
1、电机及传动装置转矩流变仪使用电机驱动扭矩盘旋转，使得试样受到扭矩作用，从而改变材料的形状。
电机的转速也是测试中的一个重要参数，可根据需要调节。
传动装置包括电机与扭矩盘之间的传动系统，主要由带动皮带、齿轮和轴承等组成。
这些部件既要保证工作顺畅，又要保证传动精度和稳定性，以减小误差。
2、拉伸装置拉伸装置是用来夹住样品并施加相应的载荷的。
其主要部分是夹具，可以根据需要更换不同类型的夹具。
夹具的设计要能够适应不同形状和尺寸的测试物质，并且能够确保试样与扭矩盘之间的离心力被最小化。
3、刻度盘刻度盘用于显示材料在受到外力作用时的变形情况。
它是用来记录扭矩盘的扭转角度，并输出其相关数据。
通常情况下，一次测试需要记录多个数据点，以便后续的数据处理和分析。
4、显示和控制系统转矩流变仪的显示和控制系统主要分为两个部分：数据采集系统和控制系统。
数据采集系统用来记录测试中产生的数据，并将其转换成所需要的形式，包括数字化和图形化输出。
控制系统则控制测试的过程，包括测试条件、采集方式、数据处理等。
三、应用范围1、塑料制品生产。
转矩流变仪工作原理
转矩流变仪是一种常用的实验仪器，用于研究材料的流变特性。
其工作原理可以描述如下：
1. 电动驱动：转矩流变仪通常由电机驱动转子旋转。
电动机提供转矩以使转子旋转，并通过外部传感器监测转矩的大小。
2. 试样夹持：试样被夹持在转子上，使其旋转时产生扭矩。
试样的形状和尺寸可以根据需要进行调整。
3. 粘弹变形：当试样受到扭矩作用时，其内部分子间会发生滑动、延伸或变形，产生粘弹性变化。
这些变化会通过夹持在试样上的传感器被探测到。
4. 转矩测量：转矩流变仪会测量试样所承受的转矩大小。
这可以通过各种传感器，如动态测力传感器或压电传感器来实现。
5. 变形测量：除了转矩，转矩流变仪还可以同时测量试样的变形。
这可以通过安装在试样上的应变计、位移传感器或光学变形仪等设备来实现。
6. 数据分析：通过测量转矩和变形的数据，可以计算材料的流变特性。
在进行实验前，通常需要先设置实验参数，如温度、转速、高斯等，以便获取准确的数据。
总之，转矩流变仪通过测量试样所承受的转矩和变形，来研究
材料的流变特性。
通过分析这些数据，可以了解材料的粘弹性、塑性和流动性等性质。
转矩流变仪实验转矩流变仪实验 1 实验目的要求了解转矩流变仪的基本结构及其适应范围熟悉转矩流变仪的工作原理及其使用方法掌握聚氯乙烯PVC热稳定性的测试方法2 实验原理物料被加到混炼室中受到两个转子所施加的作用力使物料在转子与室壁间进行混炼剪切物料对转子凸棱施加反作用力这个力由测力传感器测量在经过机械分级的杠杆和臂转换成转矩值的单位牛顿米 Nm 读数其转矩值的大小反应了物料黏度的大小通过热电偶对转子温度的控制可以得到不同温度下物料的黏度 3 实验原材料和仪器设备原材料聚氯乙烯PVC 45份邻苯二甲酸二辛酯DOP 2份三盐基硫酸铅2份硬酯酸钡 BaSt 07份硬酯酸钙 CaSt 05份石蜡02份仪器设备 4 实验步骤聚合物熔体流动速率的测定实验目的和要求了解塑料熔体流动指数与分子量大小及其分布的关系掌握测定塑料熔体流动速率的原理及操作熔体流动速率塑料熔体流动速率 MFR 是指在一定温度和负荷下塑料熔体每10min通过标准口模的质量工业上常称为熔融指数 MI 在塑料成型加工过程中熔体流动速率是用来衡量塑料熔体流动性的一个重要指标其测试仪器通常称为塑料熔体流动速率测试仪或熔体指数仪一定结构的塑料熔体若所测得MFR愈大表示该塑料熔体的平均分子量愈低成型时流动性愈好此种仪器测得的流动性能指标是在低剪切速率下获得的不存在广泛的应力,应变速率关系不能用来研究塑料熔体粘度与温度粘度与剪切速率的依赖关系仅能比较相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数值主要技术特性常见塑料试验条件实验步骤吸湿性塑料测试前应按产品标准规定进行干燥处理熟悉熔体流动速率仪主体结构和操作规程根据塑料类型选择测试条件安装好口模在料筒内插入活塞接通电源开始升温调节加热控制系统使温度达到要求恒温至少15min 实验步骤预计试料的MFR范围按下表称取试料实验步骤取出活塞将试料加入料筒随即把活塞再插入料筒并压紧试料预热4min使炉温回复至要求温度在活塞顶托盘上加上砝码随即用手轻轻下压促使活塞在1min内降至下环形标记距料筒口510mm处待活塞不用手继续降至下环形标记与料筒口相平行时切除已流-6规定的切样时间间隔开始切样保留连续切取的无气泡样条出的样条并按表2 三个当活塞下降至上环形标记和料筒口相平时停止切样实验步骤停止切样后趁热将余料全部压出立即取出活塞和口模除去表面的余料并用合适的黄铜丝顶出口模内的残料然后取出料筒用绸布蘸少许溶剂伸入筒中边推边转地清洗几次直至料筒内表面清洁光亮为止所取样条冷却后置于天平上分别称其质量准确至0001g若其质量的最大值和最小值之差大于平均值的10则实验重做聚合物冲击性能测试简支梁冲击试验悬臂梁冲击试验实验目的与要求熟悉高分子材料冲击性能测试的简支梁和悬臂梁冲击试验方法操作熟悉冲击试验的实验结果处理方法了解测试条件对测定结果的影响试样制备注塑标准试样试样表面应平整无气泡无裂纹无分层和无明显杂质缺口试样在缺口处应无毛刺板材试样厚度在313mm之间时取原厚度大于13mm时应从两面均匀地进行机械加工到10?05mm4型试样的厚度必须加工到13mm 操作步骤 1 对于无缺口试样分别测定试样中部边缘和试样端部中心位置的宽度和厚度并取其平均值为试样的宽度和厚度准确至002mm缺口试样应测量缺口处的剩余厚度测量时应在缺口两端各测一次取其算术平均值操作步骤 2 根据试样破坏时所需的能量选择摆锤使消耗的能量在摆锤总能量的10 85范围内 3 调节能量刻度盘指针零点使它在摆锤处于起始位置时与主动针接触进行空白实验保证总摩擦损失在规定的范围内操作步骤 4 抬起工锁住摆锤把试样按规定放置在两支撑块上试样支撑面紧贴在支撑块上使冲击刀刃对谁试样中心缺口试样使刀刃对准缺口背向的中心位置 5 平稳释放摆锤从刻度盘上读取试样破坏时所吸收的冲击能量值试样无破坏的吸收的能量应不作取值实验记录为不破坏或NB试样完全破坏或部分破坏的可以取值 6 如果同种材料在实验中观察到一种以上的破坏类型时须在报告中标明每种破坏类型的平均冲击值和试样破坏的百分数不同破坏类型的结果数据处理悬臂梁冲击试验操作步骤 1 测量每个试样中部的不能进行比较厚度和宽度或缺口试样的剩余宽度bN精确到002mm 2 检查实验机是否有规定的冲击速度和正确的能量范围破断试样吸收的能量在摆锤容量的10 80范围内若表11-1中所列的摆锤中有几个都能满足这些要求时应选择其中能量最大的摆锤 3 进行空白实验记录所测得的摩擦损失该能量损失不能超过表11-1所规定的值操作步骤 4 抬起并锁住摆锤正置试样冲击测定缺口试样时缺口应放在摆锤冲击刃的一边释放摆锤记录试样所吸收的冲击能并对其摩擦损失等进行修正 5 试样可能出现四种破坏类型即完全破坏试样断开成两段或多段铰链破坏断裂的试样由没有刚性的很薄表皮连在一起的一种不完全破坏部分破坏除铰链破坏外的不完全破坏和不破坏测得的完全破坏和铰链破坏的值用以计算平均值在部分破坏时如果要求部分破坏值则以字母P表示完全不破坏时用NB表示不报告数值 6 在同一样品中如果有部分破坏和完全破坏或铰链破坏时应报告每种破坏类型的自述平均值两个实验结果都需要邵氏硬度测定材料硬度的测试方法布氏硬度洛氏硬度维氏硬度莫氏硬度邵氏硬度邵氏硬度操作步骤将硬度计垂直安装在硬度计支架上用厚度均匀的玻璃平放在试样台上在相应的重锤作用下使硬度计下压板与玻璃完全接触此时读数盘指针应指示100当指针完全离开玻璃片时指针应指示0允许最大偏差为?1个邵氏硬度值操作步骤将待测试样置于测定架的试样平台上使压针头离试样边缘至少12mm 平稳而无冲击地使硬度计在规定重锤的作用下压在试样上从下压板与试样完全接触15s后立即读数如果规定要瞬时读数则在下压板与试样完全接触后1s内读数操作步骤在试样上相隔6mm以上的不同点处测量硬度至少5次取其平均值注意如果实验结果表明不用硬度计支架和重锤也能得到重复性较好的结果也可以用手压紧硬度计直接在试样上测量硬度数据处理从读数度盘上读取的分度值即为所测定的邵氏硬度值用符号HA或HD来表示邵氏A或邵氏D的硬度如用邵氏A硬度计测得硬度值为50则表示为HA50实验结果以一组试样的算术平均值表示标明测聚乙烯发泡成型 1实验目的和要求掌握生产聚烯烃泡沫试结果的标准偏差塑料的基本原理了解聚烯烃泡沫塑料的主要生产法掌握生产聚乙烯泡沫塑料的基本配方了解配方各种组分的作用掌握实验室制备聚乙烯泡沫塑料的操作过程 2实验原理泡沫塑料是以树脂为基础内部具有无数微孔性气体的塑料制品塑料产生微孔结构的过程称为发泡发泡前原材料密度与发泡后泡沫塑料密度的比值叫做发泡倍数实验时先按配方配齐原料而后在开炼机上进行混炼混炼温度应在树脂熔点之上但须注意保持在交联剂和发泡剂分解温度以下以防止过早交联和发泡致使以后发泡不足或降低制品的质量经过充分混炼的料片裁切后即加入模具并放入压机在加热和加压下交联剂分解使树脂交联随之再进一步提高温度使发泡剂分解而发泡发泡剂分解完毕后卸压使热的熔融物膨胀弹出而完成发泡 3实验原材料和仪器设备原材料配方低密度聚乙类烯LDPE 过氧化二异丙苯DCP工业一级品偶氮二甲酰胺ADCA工业一级品氧化锌ZnO化工一级品硬脂酸锌ZnSt化工一级品仪器设备天平感量01g 1台天平感量1g 1台密炼机1台双辊炼塑机SK-160B 1台平板硫化机XLB-D350mm×350mm 1台发泡模具160×160×3mm 1套整形模具长×宽350×300mm 1套泡沫材料测厚仪或游标尺精度002mm 1件 4实验步骤测定LDPE树脂的密度和熔融流动速率计算出LDPE 质量为45g时加入助剂的质量用天平感量lg 称量LDPE于容器中按发泡促进剂交联剂发泡剂顺序分别用天平感量01g 称量助剂并放入容器中按密炼机的操作规程开启密炼机设定密炼机混料参数温度为120?转子速度为60rpm时间10min 当密炼机的温度到达120?并在此温度下恒定3min校正扭矩开始实验打开上顶栓加料放下上顶栓在实验进行过程中观察密炼室中时间转矩和时间熔体温度曲线从物料的转矩温度时间曲线判断物料熔融并已均匀后或经密炼10min后打开密炼机卸料立即辊启动双辊炼塑机调节辊距为3,4mm在100,120?的温度下将密炼好的炼放片团块状物料辊炼1,2次取下成为发泡使用的片坯片坯未冷却变硬时裁切为略小于160×160mm的正方块按发泡模具型腔容积同学在实验前计算的质量数值用天平感量lg 称量片坯将已恒温160,180?的发泡模具清理干净置于平板硫化机下工作台中心部位放入已称量的片坯合模加压至平板硫化机液压表压强为10MPa 同学实验前换算kgfcm, 开始计算模压发泡成型时间在模具温度160,180?下模压发泡成型10,12min解除压力迅速开模取出泡沫板材置于整形模具的二块模板间定型2,6min 用三角尺自备在泡沫板材面画出100×100mm的正方形剪切成块用泡沫材料测厚仪或游标尺测量各边的厚度用天平感量01g 称量泡沫块的质量在泡沫板材表面及切断面用肉眼或放大镜观查气泡结构及外观质量缺陷如熔接痕翘曲僵块凹陷等状况用切样机切取试样测试拉伸强度及断裂伸长率 5思考题 1同一塑料的模压成型与模压发泡成型有何特点注射成型工艺实验实验方法一准备工作 1 选择实验用原料PP PE PS 2 根据原料特性及试样质量要求拟定工艺条件原料干燥工艺各区段温度螺杆行程与背压注射压力保压压力及保压时间模温与冷却时间制品后处理条件 3 模具安装并作好调整 4 熟悉注射机的操作规程实验方法二实验操作 1 手动操作按下手动按扭依次进行闭模注射座前移注射保压予塑冷却注射座后退开模顶出制品 2 半自动设定好各工艺参数按下半自动按扭确认温度已达设定值然后合上安全门注射机会按动作程序自动工作直至顶出制品打开安全门人工取出制品再合上安全门进入下一个循环实验结果记录实验相关的各类工艺参数作必要的数据分析与计算对制品质量进行观察分析挤出吹膜工艺实验实验准备 1 选择实验用原料PE 2 根据原料特性和薄膜质量要求拟定挤出工艺参数挤出机机头口模温控范围螺杆转速牵引速度空气压力 3 预热挤出机和机头 4 熟悉挤出机操作规程实验操作 1 恒温半小时启动主机观察口模出料状况待挤出的泡管壁厚基本均匀用手戴手套将管状物慢慢引向冷却牵引装置随即通入压缩空气观察泡管质量结合实际情况及时协调工艺设备因素使整个操作控制处于正常状态 2 取样一组并记录此时的工艺条件实验操作改变工艺条件如料温螺杆转速牵引速度风量调整重复上述操作过程分别观察和记录薄膜质量情况实验完毕逐渐降低螺杆转速停机趁热清理对所取试样进行测量并称重作好记录实验结果记录实验相关的各类工艺参数作必要的数据分析与计算从而得出产率吹胀比牵伸比对制品质量进行观察分析一实验目的了解PVC硬板成型的基本原理熟悉掌握PVC硬板压制成型的基本工艺了解PVC板材的基本配方及配方的要求四主要仪器设备 ,型捏合机或高速混合机 SK160B双辊炼塑机压力成型机不锈钢模板型腔尺寸120×120mm浅搪瓷盘水银温度计表面温度计天平制样机测厚仪或游标卡尺小铜刀棕刷手套剪刀等实验用具辊压 1按照双辊炼塑机操作规程利用加热控温装置将辊筒预热至160士 5?恒温一定时间后开动辊筒机调节辊间距为2,3mm 2(在辊隙上部加上初混物料操作开始后从两辊间隙掉下来的物料应立即再加往辊隙上去不要让其在底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结成包辊的连续状料带后适当松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迭辊压或者把物料翻过来沿辊筒轴向不同的位置重迭交叉再送入辊隙中使各组分充分地分散塑化均匀 4(辊压数分钟后再将辊距调至23mm进行薄通12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辊压过程可告终结迅速将塑炼好的料带成整片剥下平整放置并剪裁成一定尺寸的片坯五实验结果及记录见课本六思考题P88-12 压制成型 1按照压力成型机操作规程检查压机上各部份的运转加热和冷却情况并调整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180?左右 2 升压 3 保温 4 冷却脱模 5 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板材本实验是天然橡胶的加工选用开放式炼胶机进行机械法塑炼天然生胶盱开炼机下反复被机械作用受力降解与的两个相向转动的辊筒间隙中在常温小于50?此同时降解后的大分子自由基在空气中的氧化作用下发生了一系列力学与化学反应最终可以控制达到一定的可塑度生胶从原先强韧高弹性变为柔软可塑性满足混炼的要求塑炼的程度和塑炼的效率主要与辊筒的间隙和温度有关若问隙愈小温度愈低力化学作用愈大塑炼效率愈高此外塑炼的时间塑炼工艺操作方法及是否加入塑解剂也影响塑炼的效果混炼是在塑炼胶的基础上进行的又一个炼胶工序本实验也是在开炼机上进行的为了取得具有一定的可塑度且性能均匀的混炼胶除了控制辊距的大小适宜的辊温外必须注意按一定的加料混合程序即量小难分散的配合剂首先加到塑炼胶中它有较长的时间分散量大的配合剂则后加硫磺用量虽少但应最后加入因为硫磺一旦加入便可能发生硫化效应过长的混合时间将使胶料的工艺性能变坏于其后的半成品成型及硫化工序都不利不同的制品及不同的成型工艺要求混炼胶的可塑度硬度等都是不同的混炼过程要随时抽样测试并且要严格混炼的工艺条件三原料及设备思考题1 天然生胶塑炼胶混炼胶和硫化胶它们的机械性能和结构实质有何不同2 影响天然胶开炼机塑炼和混炼的主要因素有哪些3 胶料配方中的促进剂为何通常不只用一种呢聚丙烯挤出造粒实验 3实验原材料和仪器设备原材料聚丙烯PP高密度聚乙烯HDPE助剂仪器设备双螺杆挤出机 1台 XRZ-400型熔融流动速度仪 1台剪刀1把手套 1付切粒机 1台冷却水槽1个双螺杆挤出机的主要技术性能为φ34mm螺杆长径比32螺杆转速350?挤出机的主体结构及挤出造粒组合图如图1-1所示 4实验50Hz加热温度步骤正确把握实验的三个环节要求预习实验过程实验报告查看写观察记录思考数据处理现象解释给出实验结果提出问题并讨论实验设备单螺杆挤出机传动系统挤出系统加热和冷却系统控制系统附属装置加料装置料筒螺杆机头口模挤出成型基本过程 1塑化在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间的内摩擦热使其成为粘流态物料 2成型在挤出机螺杆的旋转推挤作用下通过具有一定形状的口模使粘流态物料成为连续的型材 3定型用适当的方法使挤出的连续型材冷却定型为制品 PVC硬板压制成型二基本原理 PVC的特性1刚性 2熔体粘度大 3热稳定性差配料热稳定剂防加工过程中的热降解使成型加工和应用成为可能增塑剂具有柔韧性弹性抗氧剂紫外线吸收剂防止老化改性剂物理力学性能着色剂获得特定色彩此外还有填料等加工过程前阶段备料主要包括塑料的配制塑化等后阶段成型主要包括成型冷却卷取切割等板片材模压成型分为冷冲压和热压成型 1(冷冲压在常温下对塑料板片材进行冲压成型的方法称为冷冲压 2(热压成型板片材热压成型又称为片材成型它是一种将塑料板材或片材加热到一定温度后再对其进行模压的成型方法加热温度既可低于塑料熔融温度亦可高于塑料熔融温度前者称固态模压成型后者称粘流态模压成型三原料及设备主要原料选择及依据,见课本略硬质PVC板材配方五实验方法粉料配制 1(以PVC树脂500g为基准按上述配方在天平上称量各添加剂经研磨磁选后依次放置配料瓷盘中与配方核对有无差错 2(熟悉混合机模作操程备好混合机的加热运转测量器件先将 PVC树脂与稳定剂等干粉状组分加入混合机中开动搅拌同时对物料进行加热2-3分钟后在搅动下缓慢加入增塑剂等液体组分注意控制物料混合温度不超过80?使添加剂均匀分散吸附在PVC颗粒表面固体润滑剂最好在临近混合终点前的一小段时间加入 3(加热混合约半小时后可凭实践经验观察混合料颜色的变化或取样热压成试片借助放大镜观看白色稳定剂着色剂斑点的大小和分布以及有无结聚粗粒等状况由此判断各组份大体分散均匀停止加热搅拌出料至配料瓷盘中待用天然橡胶硫化模压成型一实验目的 1(掌握橡胶制品配方设计基本知识熟悉橡胶加工全过程和橡胶制品模塑硫化工艺 2(了解橡胶加工的主要机械设备如开炼机平板硫化机等基本结构掌握这些设备的操作方法二基本原理生胶是橡胶弹性体属线型高分子化合物高弹性是它的最宝贵的性能但是过份的强韧高弹性会给成型加工带来很大的困难而且即使成型的制品也没有实用的价值因此它必须通过一定的加工程序才能成为有使用价值的材料不管天然的还是合成的生胶其加工程序不外乎是干胶工艺和乳胶工艺两条工艺路线其中又以干胶工艺应用得最多最为广泛在配方制订的基础上进行下列工艺程序略其中的半成品成型包括有几种成型工艺方法本实验仅讨论橡胶的干胶工艺塑炼和混炼是橡胶加工的两个重要的工艺过程通称炼胶其目的是要取得具有柔软可塑性并赋予一定使用性能的可用于成型的胶料生胶的分子量通常都是很高的从几十万到百万以上过高的分子量带来的强韧高弹性给加工带来很大的困难必须使之成为柔软可塑性状态才能与其他配合剂均匀混合这就需要进行塑炼塑炼可以通过机械的物理的或化学的方法来完成本实验所列的配方表明是通过实验取得一软质的橡胶片制品橡胶制品即硫化胶的硬度主要取决于其硫化程度按软硬程度通常可分软质胶半硬质和硬质胶?本实验配方中的硫磺含量在5份之内交联度不很大所得制品柔软选用两种促进剂对天然胶的硫化都有促进作用不同的促进剂协同使用是因为它们的活性强弱及活性温度有所不同在硫化时将促进交联作用更加协调充分显示促进效果助促进剂即活性剂在炼胶和硫化时起活化作用化学防老剂多为抗氧剂用来防止橡胶大分子因加工及其后的应用过程的氧化降解作用以达到稳定的目的石蜡与大多数橡胶的相容性不良能集结于制品表面起到滤光阻氧等防老化效果并且对于加工成型有润滑性能碳酸钙作为填充剂有增容降低成本作用其用量多少也影响制品的硬度本实验要求制取一块天然软质硫化胶片其成型方法采用模压法它是一定量的混炼胶置于模具的型腔内通过平板硫化机在一定的温度和压力下成型同时经历一定的时间发生了适当的交联反应最终取得制品的过程天然橡胶是异戊二烯的聚合物大分子的主链上仍有双键硫化反应主要发生在大分子间的双键上其机理简述见课本所得的硫化胶制品实际上是松散的不完全的交联结构成型时施加一定的压力有利于活性点的接近和碰撞促进了交联反应的进行也有利于胶料的流动以便取得具有适宜的密度和与模具型腔相符的制品硫化过程要保持一定的时间主要是由胶料的工艺性能来决定的也是为了使交联反应达到配方设计所要求的程度硫化过后不必冷却即可脱模模具内的胶料已交联定型为橡胶制品仪器设备SK-160B型双辊筒炼胶机电热平板硫化机模板浅搪瓷盘温度计 0,250? 2支天平铜铲手套剪刀等实验用具备齐原料及配方见课本四实验方法 1(配料按上列的配方准备材料准确称量并复核备用 2(生胶塑炼 1 在指导教师和实验室工作人员指导下按机器的操作规程开动开放式炼胶机观察机器是否运转正常 2 破胶调节辊距15mm 3 薄通胶块破碎后将辊距调到约05mm辊温控制在45?左右 4 捣胶将辊距放宽至10mm 5 辊筒的冷却由于辊筒受到摩擦生热辊温要升高应经常以手触摸辊筒。
转矩流变试验胡圣飞编一、试验原理及目的高分子材料的成型过程，如塑料的压制、压延、挤出、注射等工艺，化纤抽丝，橡胶加工等过程，都是利用高分子材料熔体进行的。
熔体受力作用，不但表现有流动和变形、而且这种流动和变形行为强烈地依赖于材料结构和外界条件，高分子材料的这种性质称为流变行为（即流变性）。
测定高聚物熔体流变性质，根据施力方式不同，有多种类型的仪器，转矩流变仪是其中的一种。
它由微机控制系统、混合装置（挤出机、混炼器）等组成。
测量时，测试物料放入混合装置中，动力系统驱使混合装置的混合元件（螺杆、转子）转动，微处理机按照测试条件给予给定值、保证转矩流变仪在实验控制条件下工作。
物料受混合元件的混炼、剪切作用以及摩擦热、外部加热作用，发生一系列的物理、化学变化。
在不同的变化状态下，测试出物料对转动元件产生的阻力转矩、物料热量、压力等参数。
其后，微处理机再将物料的时间、转矩、熔体温度、熔体压力、转速、流速等测量数据进行处理，得出图、表形式的实验结果。
利用转矩流变仪不同的转子结构、螺杆数、螺杆结构、挤出模具以及辅机，可以测量高分子材料在凝胶、熔融、交联、固化、发泡、分解等作用状态下的转矩—温度时间曲线，表观粘度—剪切应力（或剪切速率）曲线，了解成型加工过程中的流变行为及其规律。
还可以对不同塑料的挤出成型过程进行研究，探索原材料与成型工艺、设备间的影响关系。
总之，对于成型工艺的合理选择，正确操作，优化控制，获得优质、高产、低耗制品以及为制造成型工艺装备提供必要的设计参数等，都有非常重要的意义。
高分子材料的流变性除受高聚物结构及有关复合物组成的影响外，采用混合器测量流变性质时的实验条件也是十分重要的影响因素。
二、试验用原材料硬质PVC粒状复合物或混配物PVC 100 60 56.52174ACR丙烯酸酯共聚物 4 2.4 2.26CPE氯化聚乙烯 6 3.6 3.39钙锌复合稳定剂 4.5 2.7 2.54硬脂酸0.5 0.3 0.2869 64.99174三、主要仪器设备RM-200C转矩流变仪，主要分三部分：主机、电气控制柜、混合或挤出装置。
pvc皮五步测试法
1.采用马弗炉烧灰分：
在不注意之下，有的pvc厂家添加少量钙粉。
有了马弗炉，可以把你所有的原材料都检测一遍，什么碳酸钙、颗粒钙、滑石粉，通通过不了马弗炉的“三昧真火”。
2.采用熔点仪测熔点：
pvc的一项比较重要的性能指标，有的厂家掺杂石蜡或者硬化油，熔点就会随之下降。
3.转矩流变仪测定pvc稳定性：
流变仪的用途较广，可以测定pvc的加工性，也可以测定各种原材料的稳定性，如果质量不同，曲线上肯定会有显示，还可以测定pvc的动态稳定性好坏。
4.烘箱法检测pvc：
有的pvc里面或许掺杂其他东西，都是粉末很难鉴定，采用烘箱对比检测，150°一定时间后，首先变色且变红，原材料里面含有pvc 但可能含量会很少。
5.闻味判定废料的添加：
如果所购买的pvc有刺鼻的气味，可能该pvc掺杂了国外的洋垃圾，或者再生产过程中使用了便宜的或者劣质的原材料生产的，对pvc后续的性能影响比较大。
转矩流变仪及其在塑料加工中的应用赵洪王暄李迎崔思海陈亭哈尔滨理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
测控主机为各功能单元提供了电气及机械接口，与各功能单元连接后，能够完成各种实验功能。
测控主机的基本性能如下：动力输出功率：3kW 转矩测量精度：0.1%F·S 转速输出范围：2~150rpm(10~800rpm) 压力测量精度：0.5%F·S 转矩测量范围：0~200N·m 转速控制精度：0.3%F·S 压力测量范围：0.1~100MPa 温度控制精度：±1℃温度控制回路：4路(可扩展) 电加热输出功率：2.2kW/路1.2 动力及转矩测量由于转矩流变仪可以通过动力系统的输出转矩表征塑合物熔体的流变性，因此动力系统以及输出转矩的测量是转矩流变仪的关键技术之一。
动力系统除了要满足规定的转速和转矩输出外，还需要满足转矩测量系统的要求。
转矩测量有两种方式，一是利用专用的转矩传感器测量，二是利用力矩平衡法测量。
第一种方式是将转矩传感器串联在动力系统与功能单元之间，由转矩传感器直接输出转矩信号。
这种测量方式的优点是对动力系统要求较低，采用一般的直流或交流电机就能满足要求，缺点是测量精度受转矩传感器限制，一般不超过0.5%F·S，另外转矩传感器是转动部件，需要维护。
第二种方法原理是，当系统转子旋转并输出一定转矩时，系统定子必定受到大小相等方向相反的反作用力矩，该力矩可通过测力传感器测量得到。
这种测量方法的优点是能够获得较高的测量精度，可达0.1%F·S，并且测量系统无可动部件，免维护、可靠性高。
缺点是需要高稳定的伺服动力系统，两种转矩测量方法以及相应动力系统综合性能的比较如表1.1所示：表1.1 动力及转矩测量系统性能对比转矩测量动力系统精度可靠性成本综合性能转矩传感器普通直流电机+摆线针轮减速机较高（一般不超过0.5%F·S）较高（需维护）适中较高力矩平衡法直流（交流）伺服电机+行星齿轮减速机高（可达0.1%F·S）高（免维护）较高高1.3 功能单元及性能指标功能单元主要有两类，一类是混炼器，一类是挤出机。
混炼器有50ml和300ml两种规格。
50ml混炼器主要完成物料的流变性测量与表征，300ml主要完成物料的混合与塑炼，可以作为配方研究的小型试验机。
另外还有与挤出机配合的各种模具，杂质测量仪，口模膨胀测量仪等。
各种挤出机不但可以模拟挤出加工、造粒等加工过程，从而评价物料的加工性能以及优化加工工艺参数，而且而可以通过圆形（或矩形）毛细管模具，测量不同剪切速率下，物料的真实粘度与剪切速率的关系，全面表征物料的流变性。
混炼器、挤出机及模具分别如图1.4、1.5、1.6、1.7所示。
各功能单元的主要性能指标如表1.2所示。
功能单元规格工作温度/℃允许转矩/Nm允许转速/rpm附件混炼器50ml 室温~300100Nm 2~150 无混炼器300ml 室温~300150Nm 2~150 无单螺杆塑料挤出机Ф20；25:1；1:1.5，1:2，1:3，1:4室温~300100Nm 2~150模具、压延机、杂质测量仪等平行双螺杆塑料挤出机Ф25室温~300150Nm 10~800模具、切粒机等锥型双螺杆塑料挤出机Ф25室温~300150Nm 2~150 模具等单螺杆橡胶挤出机Ф30；12:1；1:2室温~300200Nm 2~150 模具等利用混炼器可以有效地对热塑性及热固性材料的塑化和固化行为进行测量和表征。
下面介绍两种典型的应用。
2.1 在硬聚氯乙烯（U-PVC）干混料配方及工艺性能评定中的应用在U-PVC干混料配方中，除PVC树脂外，为了获得合适的工作及加工性能，需要配合各种成分，这些成分对干混料熔体的流变性有不同的影响，从而显著地影响物料最终的加工性能。
在混炼器上测量干混料的流变曲线是了解配方中各组成成份对物料加工性能影响的有效方法。
典型的U-PVC流变曲线（力矩谱）以及物料状态与实际加工设备之间的关系如图2.1所示。
图2.1 U-PVC流变曲线及加工设备中的物料状态图中第一个峰为加料峰，第二个峰为塑化峰，第三个峰为分解峰，分别表示物料的加入、塑化和分解。
加料峰到塑化峰之间的时间间隔为塑化时间，塑化峰到分解峰之间的时间间隔为热稳定时间。
在实际加工时，物料在螺杆塑化段内的停留时间应不小于塑化时间，保证物料的充分塑化，并且在热分解之前完成加工。
利用混炼器可以有效完成塑化曲线的测量，实验方法如下。
将混炼器加热到预定温度并充分稳定（例如185℃），称量一定量的被测物料，使其恰好能够充满混炼器腔体，启动混炼器，待转子转速稳定在设定值后（例如35rpm），迅速加入物料并用注塞压实，加料过程中要保证物料无泄漏。
混炼器工作若干时间并记录实验曲线。
最终获得图2.2所示的流变曲线。
图2.2 U-PVC流变曲线图中干混料被压入混炼室内，曲线出现了一个尖锐的装载峰A，A点的高低与转速大小和干混料的表观密度有关。
随料温升高逐渐接近混炼预设温度，树脂软化，空气被排除转矩减小到B点。
由于热和剪切作用，树脂颗粒破碎，颗粒内的物料从表面开始塑化，物料粘度逐渐增加，转矩迅速升高到C点，C 点对应的峰为塑化峰。
随着塑化后物料内部残留空气排除，物料中各处温度趋于一体，熔体结构逐渐均匀，转矩逐渐降低达到相对稳定值的平衡转矩D点。
经过长时间混炼，PVC熔体中稳定剂逐渐丧失作用时，物料开始分解并交联，颜色由黄变褐，转矩从E点迅速增高。
获得U-PVC的流变曲线的原始实验曲线后，可以用相应的数据处理软件在曲线上获得实验的参数，并制作一份完整的实验报告。
实验报告的格式有“热融合实验”，“热稳定实验”，“曲线叠加实验”等，“热融合实验”如图2.3所示。
图2.3 U-PVC热融合实验报告当U-PVC配方中某成份改变时，会使流变曲线发生变化。
一些成份（例如润滑剂）比例改变，即使仅使流变曲线发生轻微的变化，也会严重地影响物料在实际加工设备中的加工特性。
这就要求转矩流变仪具有良好的实验重复性和转矩测量精度，以便正确分辨配方中成份改变引起的流变曲线的细小变化。
同一物料流变曲线的重复性如图2.4所示。
图2.4流变曲线的重复性实验曲线重复性主要取决于转矩测量的稳定性，以及物料实验环境的一致性，例如温度的一致性和物料重量的一致性。
其中物料重量的一致性往往是一个被忽略的环节，因为每次实验物料加入混炼器都有一定的泄漏。
实验表明只要有0.5g 的重量差别就足以产生流变曲线的显著差别。
物料实验环境的一致性要求混炼器具有良好的温控特性和加料口的密封性。
这些是进行有效实验的根本保证。
图2.5是具有不同配方成份的1#、2#、3#、4#样品的流变曲线。
相应的参数如表2.1所示。
图2.5 不同配方样品的流变曲线样品最小转矩/N·m塑化峰/s平衡转矩/N·m塑化时间/s热稳定时间/s主要成分1# 19.5 25.8 18.6 32 503 100份基础料2# 17.6 25.1 18.4 34 555 1#样品+0.05份PE蜡3# 17.6 24.5 18.0 40 560 1#样品+0.08份PE蜡4# 16.9 24.1 17.9 44 582 1#样品+0.16份PE蜡通过流变曲线可以清楚地分辨配方中PE蜡的微小变化而引起的流变性的变化，随着PE蜡含量的提高，物料的塑化峰及平衡转矩下降，而塑化时间和热稳定时间延长。
这对细致地研究和深入理解配方中组份对物料加工性能的影响具有重要意义，从而可对配方进行更精确地设计。
2.2 在表征交联聚乙烯（XLPE）交联特性中应用XLPE在高压电缆绝缘中获得了广泛的应用，交联特性是描述其加工特性中的重要参数。
交联曲线是表征XLPE交联特性的主要方法。
利用混炼器测量XLPE交联曲线的方法与U-PVC流变曲线的实验方法类似，不同的是混炼器中混有交联剂的PE颗粒在热与剪切作用下发生交联反应，交联曲线如图2.6所示。
图2.6 XLPE交联曲线图中A点为装载峰，表示物料已加混炼器。
B点表示物料在混炼器中已经完全过渡到了熔融态。
从B点开始到C点表示交联反应过程，C点转矩出现极大值，表示交联反应结束。
B点到C点的时间为交联反应时间，它是表征交联特性的主要参数。
与U-PVC类似利用数据处理软件，可以获得XPLE交联特性实验报告，如图2.7所示。
交联反应的起始温度显著影响交联特性，图2.8给出了145℃、150℃、155℃下，XPLE的交联曲线，可见随温度增高，交联时间缩短。
转矩流变仪及其在塑料加工中的应用（2）图2.7 XLPE交联特性实验报图2.8 不同温度下XLPE的交联特性利用交联曲线不但可以表征XLPE的交联特性，还可以表征XLPE生产的工艺稳定。
XLPE生产中的重要环节是利用计量秤，将交联剂按比例加入PE树脂。
