PP/nano-CaCO3复合材料的注射成型
及力学性能实验
一、实验目的
1 了解纳米CaCO3对PP的增韧效果、原理。
2 熟悉PP复合材料的注射成型制备过程。
3 了解复合材料的力学性能测试。
4 了解电镜测样原理和具体步骤。
二、实验原理
1、纳米CaCO3对PP的增韧效果原理
聚丙烯(PP)是一种综合性能较优异的热塑性塑料，广泛应用于医疗器具、汽车零部件、家庭用品、办公用品、建筑材料、化工管道以及大量的运输和包装材料等方面，制品具有耐热好、化学稳定性高和成型性好等优点。但同时PP也存在冲击韧性低，低温易脆裂，耐候性差强度、模量、硬度低，成型收缩大，尺寸稳定性差，制件易变形等缺点。这些缺点大大限制了PP的应用，并且给实际生产带来了许多麻烦，因此，对PP进行改性研究以拓宽其应用领域成了学者们研究的热点。
纳米碳酸钙（nano-CaCO3）填充PP是一种具有广泛应用前景的复合材料，nano-CaCO3原料来源丰富且价廉易成型加工，制品的耐热性、硬度、刚性及尺寸稳定性均优于PP 塑料所以引起了国内外众多学者的广泛关注。本实验通过熔融共混的方法将nano-CaCO3填充到PP中，研究了nano-CaCO3用量对PP力学性能的影响及其在PP中的分散状况
2、PP复合材料的注射成型制备过程
⑴合模与开模。合模是动模前移，快速闭合。在与定模将要接触时，依靠合模系统的自动切换成低压，提供低的合模速度，低的合模压力，最后切换成高压将模具合紧。
开模是注射完毕后，动模在液压油缸的作用下首先开始低速后撤，而后快速后撤到最大开模位置的动作过程。
⑵注塑阶段。模具闭合后，注塑机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压推动与油缸活塞杆连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已塑化均匀的物料以规定的压力和速度注射入模腔，直到熔体充满模腔为止。
⑶保压阶段。熔体充模完全后，螺杆施加一定的压力，保持一定的时间，是为了解决模腔内熔体因冷却收缩造成制品缺料时，能及时补塑，使制品饱满。
⑷冷却阶段。保压时间到达后，模腔内复合材料熔体通过冷却系统调节冷却到玻璃化温度或热变形温度以下，使复合材料制品定型的过程叫冷却。这期间需要控制冷却的温度和时间。⑸原料预塑化。制品冷却时，螺杆转动并后退，同时螺杆将树脂向前输送、塑化，并且将塑化好的树脂输送到螺杆的前部并计量、贮存，为下次注射做准备，此为复合材料的预塑化
3、PP复合材料的力学性能测试
复合材料的拉伸性能是复合材料力学性能中最重要、最基本的性能之一。几乎所有的复合材料都要考核拉伸性能的各项指标，这些指标的高低很大程度地决定该种复合材料的使用场合。
拉伸性能的好坏，可以通过拉伸试验进行检验。如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。从这些测试值的高低，可对复合材料的拉伸性能作出评价。
拉伸试验测出的应力、应变对应值，可绘制应力-应变曲线。从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值。曲线下放所包括的面积代表材料的拉伸破坏能。它与材料的强度和韧性有关。强而韧的材料，拉伸破坏能大，使用性能也佳。
拉伸试验可为质量控制，按技术要求验收或拒收产品。研究、开发与工程设计及其他
目的提供数据。所以说，拉伸性能测试是非常重要的一向试验。
4、扫描电子显微镜的工作原理
扫描电镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的能量为 5 ～ 35keV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射（以及其它物理信号），二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。
扫描电镜的主要结构： 1.电子光学系统：电子枪；聚光镜（第一、第二聚光镜和物镜）；物镜光阑。 2.扫描系统：扫描信号发生器；扫描放大控制器；扫描偏转线圈。 3.信号探测放大系统：探测二次电子、背散射电子等电子信号。 4.图象显示和记录系统：早期SEM采用显象管、照相机等。数字式SEM采用电脑系统进行图象显示和记录管理。
5.真空系统
真空度高于 10 -4 Torr 。常用：机械真空泵、扩散泵、涡轮分子泵 6.电源系统：高压发生装置、高压油箱。
三、实验设备
3.1 双螺杆注射机纳米CaCO3 PP粒料偶联剂盆（供CaCO3与PP搅拌用）电子天平烧杯
3.2 电子万能实验机及相应设备
3.3 扫描电子显微镜及辅助设备电子枪镀膜材料
四、实验内容
1 PP复合材料的注射成型制备
1.1 具体步骤
（1）详细观察、了解注塑机的结构，工作原理，安全操作等。
（2）了解PP的规格及成型工艺特点，拟定各项成型工艺条件，对原料进行预热干燥备用。先使硅烷偶联剂与纳米碳酸钙混合，搅拌至水泥装，加入称量好的PP树脂手动搅拌至均匀，加料，注意，加料不要太多，以免堵塞。探究不同碳酸钙下的PP强度。（3）安装模具并进行试模。
闭模及低压闭模。由行程开关切换实现慢速→快速→低压慢速→充压的闭模过程。
上述操作程序重复几次，观察注射取得的样品的情况，调整工作正常。
（4）半自动。将选择开关转至“半自动”位置，关好安全门，则各种动作会按工艺程序自动进行。即依次完成闭模、稳压、注座前进、注射、保压、预塑（螺杆转动并后退）、注座后退、冷却、启模和顶出。开安全门，取出制品。
（5）不论采用哪一种操作方式，主电动机的启动、停止及电子温度控制通电的按钮主令开关均须手动操作才能进行。
