温州大学：材料工程实验教案（实验讲义）短玻纤增强热塑性复合材料的制备与力学性能检测.pdf_大学文库

短玻纤增强热塑性复合材料的制备与力学性能检测实验（一）短玻纤增强热塑性复合材料的挤出造粒实验1.实验目的（1）通过实验熟悉挤出成型的原理，了解挤出工艺参数对塑料制品性能的影响。（2）了解挤出机的基本结构及各部分的作用，掌握挤出成型基本操作。（3）通过本实验掌握短玻纤增强热塑性塑料挤出造粒的工艺原理及方法2.实验原理（1）塑料造粒。合成出来的树脂大多数呈粉末状，粒径小成型加工不方便，而且合成树脂中又经常需要加入各种助剂才能满足制品的要求，为此就要将树脂与改性或增强助剂混合，制成颗粒，这步工序称作“造粒”。树脂中加入功能性助剂可以制造功能性母粒。造出的颗粒是塑料成型加工的原料。使用颗粒料成型加工的主要优点有：①颗粒料比粉料加料方便，无需强制加料器：②颗粒料比粉料密度大，制品质量好：3挥发物及空气含量较少，制品不容易产生气泡：④使用功能性母粒比直接添加功能性助剂更容易分散。塑料造粒可以使用辊压法混炼，塑炼出片后切粒，也可以使用挤出塑炼，塑化挤出条后切粒。本实验采用挤出冷却后造粒的工艺。（2）挤出成型原理及应用。热塑性塑料的挤出成型是主要的成型方法之一，塑料的挤出成型就是塑料在挤出机中，在一定的温度和一定压力下熔融塑化，并连续通过有固定截面的模型，得到具有特定断面形状连续型材的加工方法。不论挤出造粒还是挤出制品，都分两个阶段，：第一阶段，固体状树脂原料在机筒中，借助于料筒外部的加热和螺杆转动的剪切挤压作用而熔融，同时熔体在压力的推动下被连续挤出口模；第二阶段是被挤出的型材失去塑性变为固体即制品，可为条状、片状、棒状、筒状等。因此，应用挤出的方法既可以造粒也能够生产型材或异型材。（3）短纤维增强体的加入。在挤出工艺的基础上，当塑料粒子在熔融状态下加入剪切强度较弱的纤维，通过挤出螺杆与料筒壁的剪切作用，将纤维带入并与熔体充分剪切混合，形成良好的界面起到增强作用。3.实验设备和原料原料：常用增强体为无捻玻璃纤维粗纱（GF）基体树脂为聚丙烯（PP）。仪器：xRz400型熔融指数仪，SJ一30挤出机，切粒机。挤出机的结构组成见图3一2。挤出机技术参数如下：螺杆直径D：33mm。长径比L/D：20mm。螺杆转速：11~100r/min。产量：0.7~6.3kg/h。电机功率：3kW。加热功率：3.3kW。挤出机各部分结构的作用如下：(1）传动装置。由电动机、减速机构和轴承等组成。具有保证挤出过程中螺杆转速恒定、制品质量的稳定以及保证能够变速作用。(2）加料装置。无论原料是粒状、粉状和片状，加料装置都采用加料斗。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等装置。(3）料筒。料筒是挤出机的主要部件之一，塑料的混合、塑化和加压过程都在其中进行。1

1 短玻纤增强热塑性复合材料的制备与力学性能检测实验（一）短玻纤增强热塑性复合材料的挤出造粒实验 1．实验目的（1）通过实验熟悉挤出成型的原理，了解挤出工艺参数对塑料制品性能的影响。（2）了解挤出机的基本结构及各部分的作用，掌握挤出成型基本操作。（3）通过本实验掌握短玻纤增强热塑性塑料挤出造粒的工艺原理及方法 2. 实验原理（1）塑料造粒。合成出来的树脂大多数呈粉末状，粒径小成型加工不方便，而且合成树脂中又经常需要加入各种助剂才能满足制品的要求，为此就要将树脂与改性或增强助剂混合，制成颗粒，这步工序称作“造粒”。树脂中加入功能性助剂可以制造功能性母粒。造出的颗粒是塑料成型加工的原料。使用颗粒料成型加工的主要优点有： 1 颗粒料比粉料加料方便，无需强制加料器； 2 颗粒料比粉料密度大，制品质量好； 3 挥发物及空气含量较少，制品不容易产生气泡； 4 使用功能性母粒比直接添加功能性助剂更容易分散。塑料造粒可以使用辊压法混炼，塑炼出片后切粒，也可以使用挤出塑炼，塑化挤出条后切粒。本实验采用挤出冷却后造粒的工艺。（2）挤出成型原理及应用。热塑性塑料的挤出成型是主要的成型方法之一，塑料的挤出成型就是塑料在挤出机中，在一定的温度和一定压力下熔融塑化，并连续通过有固定截面的模型，得到具有特定断面形状连续型材的加工方法。不论挤出造粒还是挤出制品，都分两个阶段，：第一阶段，固体状树脂原料在机筒中，借助于料筒外部的加热和螺杆转动的剪切挤压作用而熔融，同时熔体在压力的推动下被连续挤出口模；第二阶段是被挤出的型材失去塑性变为固体即制品，可为条状、片状、棒状、筒状等。因此，应用挤出的方法既可以造粒也能够生产型材或异型材。（3）短纤维增强体的加入。在挤出工艺的基础上，当塑料粒子在熔融状态下加入剪切强度较弱的纤维，通过挤出螺杆与料筒壁的剪切作用，将纤维带入并与熔体充分剪切混合，形成良好的界面起到增强作用。 3. 实验设备和原料原料：常用增强体为无捻玻璃纤维粗纱（GF）基体树脂为聚丙烯（PP）。仪器：xRz 400 型熔融指数仪，SJ 一 30 挤出机，切粒机。挤出机的结构组成见图 3—2。挤出机技术参数如下: 螺杆直径 D：33mm。长径比 L／D：20mm。螺杆转速： 11～100r／min。产量：0.7～6．3kg／h。电机功率：3kw。加热功率：3．3kw。挤出机各部分结构的作用如下: (1) 传动装置。由电动机、减速机构和轴承等组成。具有保证挤出过程中螺杆转速恒定、制品质量的稳定以及保证能够变速作用。 (2) 加料装置。无论原料是粒状、粉状和片状，加料装置都采用加料斗。加料斗内应有切断料流、标定料量和卸除余料等装置。 (3) 料筒。料筒是挤出机的主要部件之一，塑料的混合、塑化和加压过程都在其中进行

图1—1单螺杆挤出机结构示意图1一电动机：2一减速装置：3一冷却水人口：4一冷却水夹套：5一料斗：6一纤维孔7一加热器：8一螺杆：9一滤网：10一多孔板：11机头和口模：12一机座挤压时料筒内的压力可达55MPa，工作温度一般为180～250℃，因此料筒是受压和受热的容器，通常由高强度、坚韧耐磨和耐腐蚀的合金钢制成。料简外部设有分区加热和冷却的装置，而且各自附有热电偶和自动仪表等。（4）螺杆。螺杆是挤出机的关键部件。一般螺杆的结构如图3一3所示。H个C送料段压缩段计量段图1-2螺杆示意图Ht送料段螺槽深度：Hz一计量段螺槽深度：D一螺杆直径：p螺旋角L螺杆长度：e一螺棱宽度：s一螺距通过螺杆的转动，料筒内的塑料才能发墅够动，得到增压和部分热量（摩擦热）。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大影响，以下对螺杆的几何参数和作用，作简单介绍。螺杆直径（D）和长径比（L/D）是螺杆基本参数之一，螺杆直径常用以表示挤出机大小的规格，根据所制制品的形状大小和生产率决定。长径比是螺杆特性的重要参数，增大长径比可使塑料化更均匀。螺杆按塑料在螺杆上运转的情况划分为送料、熔化和计量三个区段。在送料段中，塑料受热软化、压缩前移，但依然是固体状态。一般送料段是等距等深的，螺槽深度（H1）不小于0.1D，螺距（S）为1D～1.5D。螺杆中部为熔化段，塑料在这段中，除受热和前移外，已由粒状固体逐渐压实并软化为连续状的熔体，同时还将夹带的空气向送料段排出。熔化段（压缩段）一般为渐变，螺槽逐渐缩小，其程度由塑料的压缩比决定，压缩比为1.5～5。低密度聚乙烯、软聚氯乙烯和聚酰胺的压缩比为2～3；聚苯乙烯和硬聚氯乙烯为2.5～4.5：高密度聚乙烯和聚丙烯则为3～5。压缩段的长度也与物料性能有关，其长度为5～15D，计量段(均化段)是螺杆的最后一段。这段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头流道均匀挤出故称计量段。这段螺槽的截面可以是恒定的，但比前两段都小，其螺槽深度(H2)为0.02～0.06D。计量段的长度与塑料种类有关，一般为4～7D。2

2 图 1—1 单螺杆挤出机结构示意图 1 一电动机；2 一减速装置；3 一冷却水人口；4 一冷却水夹套；5 一料斗；6 一纤维孔 7 一加热器；8 一螺杆；9 一滤网；10 一多孔板；ll 机头和口模；12 一机座挤压时料筒内的压力可达 55MPa，工作温度一般为 180～250℃，因此料筒是受压和受热的容器，通常由高强度、坚韧耐磨和耐腐蚀的合金钢制成。料简外部设有分区加热和冷却的装置，而且各自附有热电偶和自动仪表等。（4）螺杆。螺杆是挤出机的关键部件。一般螺杆的结构如图 3—3 所示。图 1—2 螺杆示意图 Ht 送料段螺槽深度；Hz 一计量段螺槽深度；D 一螺杆直径；p 螺旋角 L 螺杆长度；e 一螺棱宽度；s 一螺距通过螺杆的转动，料筒内的塑料才能发墅眵动，得到增压和部分热量(摩擦热)。螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大影响，以下对螺杆的几何参数和作用，作简单介绍。螺杆直径（D）和长径比（L／D）是螺杆基本参数之一，螺杆直径常用以表示挤出机大小的规格，根据所制制品的形状大小和生产率决定。长径比是螺杆特性的重要参数，增大长径比可使塑料化更均匀。螺杆按塑料在螺杆上运转的情况划分为送料、熔化和计量三个区段。在送料段中，塑料受热软化、压缩前移，但依然是固体状态。一般送料段是等距等深的，螺槽深度（H1）不小于 0.1D，螺距（S）为 1D～1.5D。螺杆中部为熔化段，塑料在这段中，除受热和前移外，已由粒状固体逐渐压实并软化为连续状的熔体，同时还将夹带的空气向送料段排出。熔化段(压缩段)一般为渐变，螺槽逐渐缩小，其程度由塑料的压缩比决定，压缩比为 1.5～5。低密度聚乙烯、软聚氯乙烯和聚酰胺的压缩比为 2～3；聚苯乙烯和硬聚氯乙烯为 2.5～ 4.5；高密度聚乙烯和聚丙烯则为 3～5。压缩段的长度也与物料性能有关，其长度为 5～15D，计量段(均化段)是螺杆的最后一段。这段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头流道均匀挤出故称计量段。这段螺槽的截面可以是恒定的，但比前两段都小，其螺槽深度(H2)为 0.02～0.06D。计量段的长度与塑料种类有关，一般为 4～ 7D

（5）：口模和机头。机头是口模与料件之间的过渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类制品的形状加热方法及挤出机的大小和类型而定。机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量影响很大，其尺寸根据流变学和实践经验确定。4.实验步骤（1）了解挤出塑料的熔融指数，确定挤出温度控制范围。（2）检查挤出机的各部分，确认设备正常，接通电源，加热，待各段预热到要求温度时，再次检查并趋热拧紧机头各部分螺栓等衔接处，保温10min以上再加料。（3）开动主机。在转动下先加少量塑料，注意进料和电流计情况。待有熔料挤出后，从纤维入口处将玻纤引入，将挤出物用手（戴上手套）和镊子慢慢引上冷却牵引装置，同时开动切粒机切粒并收集产物。(4）挤出平稳，继续加料，调整各部分，控制温度等工艺条件，维持正常操作。（5）观察挤出料条形状和外观质量，记录挤出物均匀、光滑时的各段温度等工艺条件，记录一定时间内的挤出量，计算产率，重复加料，维持操作1h。(6）验完毕，关闭主机，趁热消除机头中残留塑料，整理各部分。5.实验报告(1）列出实验用挤出机的技术参数。(2）报告实验所用原料及操作工艺条件，计算挤出产率。(3）取样测定熔融指数和性能。(4) 讨论①结合试样性能检验结果，分析产物性能与原料、工艺条件及实验设备操作的关系。②影响挤出物均匀性的主要原因有哪些？怎样影响？如何控制？③实验中，应控制哪些条件才能保证得到质量好的样品或制品？6.注意事项(1）熔体被挤出之前，任何人不得在机头口模的正前方。挤出过程中，严防金属杂质、小工具等物落入进料口中。(2）清理设备时，只能使用钢棒、铜制刀等工具，切忌损坏螺杆和口模等处的光洁表面。(3）挤出过程中，要密切注意工艺条件的稳定，不得任意改动。如果发现不正常现象，应立即停车，进行检查处理再恢复实验。7.思考题(1）挤出机的主要结构有哪些部分主成？(2）造粒工艺有几种切粒方式?各有何特点？实验（二）复合材料力学性能检测试样的注射成型1.实验目的（1）了解螺杆式注塑机的基本结构，熟悉注射成型的基本原理。（2）掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。（3）掌握注射成型工艺条件对注射制品质量的影响，学会注塑工艺条件设定的基本方法。2.实验原理注射成型适用于热塑性和热固性塑料，是高聚物的一种重要的成型方法。注射成型的设备是注塑机和注射模具。它是使固体树脂在注塑机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑化成黏流态，后经移动，螺杆以很高的压力和快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时f亘保压、冷却固化后，脱模取出制品。3

3 （5）口模和机头。机头是口模与料件之间的过渡部分，其长度和形状随所用塑料的种类、制品的形状加热方法及挤出机的大小和类型而定。机头和口模结构的好坏，对制品的产量和质量影响很大，其尺寸根据流变学和实践经验确定。 4．实验步骤 (1) 了解挤出塑料的熔融指数，确定挤出温度控制范围。 (2) 检查挤出机的各部分，确认设备正常，接通电源，加热，待各段预热到要求温度时，再次检查并趁热拧紧机头各部分螺栓等衔接处，保温 10min 以上再加料。 (3) 开动主机。在转动下先加少量塑料，注意进料和电流计情况。待有熔料挤出后，从纤维入口处将玻纤引入，将挤出物用手(戴上手套)和镊子慢慢引上冷却牵引装置，同时开动切粒机切粒并收集产物。 (4) 挤出平稳，继续加料，调整各部分，控制温度等工艺条件，维持正常操作。 (5) 观察挤出料条形状和外观质量，记录挤出物均匀、光滑时的各段温度等工艺条件，记录一定时间内的挤出量，计算产率，重复加料，维持操作 1h。 (6) 验完毕，关闭主机，趁热消除机头中残留塑料，整理各部分。 5．实验报告 (1) 列出实验用挤出机的技术参数。 (2) 报告实验所用原料及操作工艺条件，计算挤出产率。 (3) 取样测定熔融指数和性能。 (4) 讨论 ① 结合试样性能检验结果，分析产物性能与原料、工艺条件及实验设备操作的关系。 ② 影响挤出物均匀性的主要原因有哪些?怎样影响?如何控制? ③ 实验中，应控制哪些条件才能保证得到质量好的样品或制品? 6．注意事项 (1) 熔体被挤出之前，任何人不得在机头口模的正前方。挤出过程中，严防金属杂质、小工具等物落入进料口中。 (2) 清理设备时，只能使用钢棒、铜制刀等工具，切忌损坏螺杆和口模等处的光洁表面。 (3) 挤出过程中，要密切注意工艺条件的稳定，不得任意改动。如果发现不正常现象，应立即停车，进行检查处理再恢复实验。 7．思考题 (1) 挤出机的主要结构有哪些部分主成? (2) 造粒工艺有几种切粒方式?各有何特点? 实验（二）复合材料力学性能检测试样的注射成型 1. 实验目的（1）了解螺杆式注塑机的基本结构，熟悉注射成型的基本原理。（2）掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。（3）掌握注射成型工艺条件对注射制品质量的影响，学会注塑工艺条件设定的基本方法。 2．实验原理注射成型适用于热塑性和热固性塑料，是高聚物的一种重要的成型方法。注射成型的设备是注塑机和注射模具。它是使固体树脂在注塑机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑化成黏流态，后经移动，螺杆以很高的压力和辍快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时 f 亘保压、冷却固化后，脱模取出制品

热塑性塑料注射时，模具温度比注射料温低，制品是通过冷却而定型的：热固性塑料注射时，其模具温度要比注射料温高，制品是要在一定的温度下发生交联固化而定型的。本实验主要介绍热塑性塑料的注射成型。热塑性塑料的注射成型工艺原理如下。（1）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。（2）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相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已均匀塑化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。螺杆作用于熔体的压力叫注射压力，螺杆移动的速度叫注射速度。熔体充模顺利与否，取决于注射压力和速度、熔体的温度和模具的温度等。这些参数决定了熔体的黏度和流裂特性。注射压力是为了使熔体克服料筒、喷嘴、浇铸系统和模腔等处的阻力，以一定的速度注射入模内；一旦充满，模腔内压迅速到达最大值，充模速度则迅速下降。模腔内物料受压而密实，符合成型制品的密度要求。注射压力的过高或过低，造成充模的过量或不足，将影响制品的外观质量和材料的大分子取向程度。注射速度影响熔体填充模腔时的流动状态。速度快，充模时间短，熔体温差小，制品密度均匀，熔接强度高，尺寸稳定性好，外观质量好：反之，若速度慢，充模时间长，由于熔体流动过程的剪切作用使大分子取向程度大，制品各向异性。熔体充模的压力和速度的确定比较麻烦，要考虑原料、设备和模具等因素，要结合其他工艺条件，通过分析制品外观，实践相结合而决定的。（3）保压阶段。熔体充模完全后，螺杆施加一定的压力，保持一定的时问，是为了解决模腔内熔体因冷却收缩、造成制品缺料时，能够及时进行补塑，使制品饱满。保压时，螺杆将向前稍作移动。保压过程包括控制保压压力和保压时间，它们均影响制品的质量。保压压力可以等于或低于充模压力，其大小以达到补塑增密为宜。保压时间以压力保持到浇口凝封时为好。若保压时间不足，模腔内的物料会倒流，制品缺料：若时间过长或压力过大，充模量过多，将使制品的浇口附近的内应力增大，制品易开裂。（4）：冷却阶段。保压时间到达后，模腔内塑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，使塑料制品定型的过程叫冷却。这其间需要控制冷却的温度和时间。模具冷却温度的高低和塑料的结晶性、热性能、玻璃化温度、制品形状复杂与否及制品的使用要求等有关：此外，与其他的工艺条件也有关。模具的冷却温度不能高于高聚物的玻璃化温度或热变形温度。模温高，有利于熔体在模腔内流动，对充模有利，而且能使塑料冷却速度均匀。模温高，利手大分子热运动，利手大分子的松弛，可以减少厚壁和形状复杂制品可能因为补塑不足、收缩不均和内应力大的缺陷。但模温高，生产周期长，脱模困难，这些都是其不利因素。对于结晶型塑料，模温直接影响结晶度和晶体的构型。采用适宜的模温，晶体生长良好，结晶速率也较大，可以减少制品成型后的结晶现象，也能改善收缩不均、结晶不良的现象。冷却时间的长短与塑料的结晶性、玻璃化温度、比体积、导热率和模具温度等有关，应以制品在开模顶出时既有足够的刚度而又不至于变形为宜。时间太长，生产率下降。（5）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，为下一次注射作准备，此为塑料的预塑化。预塑化时，螺杆的后移速度决定于后移的各种阻力，如机械摩擦阻力及注射油缸内液压油的回泄阻力。塑料随螺杆旋转，塑化后向前堆积在料筒的前部，此时塑料熔体的压力称为4

4 热塑性塑料注射时，模具温度比注射料温低，制品是通过冷却而定型的；热固性塑料注射时，其模具温度要比注射料温高，制品是要在一定的温度下发生交联固化而定型的。本实验主要介绍热塑性塑料的注射成型。热塑性塑料的注射成型工艺原理如下。（1）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。（2）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相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已均匀塑化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。螺杆作用于熔体的压力叫注射压力，螺杆移动的速度叫注射速度。熔体充模顺利与否，取决于注射压力和速度、熔体的温度和模具的温度等。这些参数决定了熔体的黏度和流裂特性。注射压力是为了使熔体克服料筒、喷嘴、浇铸系统和模腔等处的阻力，以一定的速度注射入模内；一旦充满，模腔内压迅速到达最大值，充模速度则迅速下降。模腔内物料受压而密实，符合成型制品的密度要求。注射压力的过高或过低，造成充模的过量或不足，将影响制品的外观质量和材料的大分子取向程度。注射速度影响熔体填充模腔时的流动状态。速度快，充模时间短，熔体温差小，制品密度均匀，熔接强度高，尺寸稳定性好，外观质量好；反之，若速度慢，充模时间长，由于熔体流动过程的剪切作用使大分子取向程度大，制品各向异性。熔体充模的压力和速度的确定比较麻烦，要考虑原料、设备和模具等因素，要结合其他工艺条件，通过分析制品外观，实践相结合而决定的。（3）保压阶段。熔体充模完全后，螺杆施加一定的压力，保持一定的时问，是为了解决模腔内熔体因冷却收缩、造成制品缺料时，能够及时进行补塑，使制品饱满。保压时，螺杆将向前稍作移动。保压过程包括控制保压压力和保压时间，它们均影响制品的质量。保压压力可以等于或低于充模压力，其大小以达到补塑增密为宜。保压时间以压力保持到浇口凝封时为好。若保压时间不足，模腔内的物料会倒流，制品缺料；若时间过长或压力过大，充模量过多，将使制品的浇口附近的内应力增大，制品易开裂。（4）冷却阶段。保压时间到达后，模腔内塑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，使塑料制品定型的过程叫冷却。这其间需要控制冷却的温度和时间。模具冷却温度的高低和塑料的结晶性、热性能、玻璃化温度、制品形状复杂与否及制品的使用要求等有关；此外，与其他的工艺条件也有关。模具的冷却温度不能高于高聚物的玻璃化温度或热变形温度。模温高，有利于熔体在模腔内流动，对充模有利，而且能使塑料冷却速度均匀。模温高，利于大分子热运动，利于大分子的松弛，可以减少厚壁和形状复杂制品可能因为补塑不足、收缩不均和内应力大的缺陷。但模温高，生产周期长，脱模困难，这些都是其不利因素。对于结晶型塑料，模温直接影响结晶度和晶体的构型。采用适宜的模温，晶体生长良好，结晶速率也较大，可以减少制品成型后的结晶现象，也能改善收缩不均、结晶不良的现象。冷却时间的长短与塑料的结晶性、玻璃化温度、比体积、导热率和模具温度等有关，应以制品在开模顶出时既有足够的刚度而又不至于变形为宜。时间太长，生产率下降。（5）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，为下一次注射作准备，此为塑料的预塑化。预塑化时，螺杆的后移速度决定于后移的各种阻力，如机械摩擦阻力及注射油缸内液压油的回泄阻力。塑料随螺杆旋转，塑化后向前堆积在料筒的前部，此时塑料熔体的压力称为

塑化压力。注射油缸内液压油回泄阻力称为螺杆的背压。这两种压力的增大，使塑料的塑量都降低。预塑化是要求得到定量的、均匀塑化的塑料熔体。塑化是靠料筒的外加热、摩擦热和剪切力等而实现的，剪切作用与螺杆的背压和转速有关。料筒温度高低与树脂的种类、配合剂、注射量与制品大小比值、注塑机类型、模具结构、喷嘴及模具的温度、注射压力和速度、螺杆的背压和转速，以及成型周期等很多因素都有关。料筒温度总是定在材料的熔点或黏流温度与分解温度之间，而且通常是分段控制，各段之间的温差约为10～50℃。喷嘴加热在于维持充模的料流有良好的流动性，喷嘴温度等于或略低于料筒的温度。过高的喷嘴温度，会出现流延现象；过低也不适宜，会造成喷嘴的堵塞。螺杆的背压影响预塑化效果。提高背压，物料受到剪切作用增加，熔体温度升高，塑化均匀性好，但塑化量降低。螺杆转速低则延长预塑化时间。螺杆在较低背压和转速下塑化时，螺杆输送计量的精确度提高。对于热稳定性差或熔融黏度高的塑料应选择转速低些：对于热稳定性差或熔体黏度低的则选择较低的背压。螺杆的背压一般为注射压力的5%～20%。塑料的预塑化与模具内制品的冷却定型是同时进行的，但预塑化时间必定小于制品的冷却时间。热塑性塑料的注射成型，主要是一个物理过程，但高聚物在热和力的作用下难免发生某，些化学变化。注射成型应选择合理的设备和模具结构，制订合理的工艺条件，以使化学变化减少到最小的程度。3.实验设备和原料（1）主要设备①SZ63/400注射成型机。它包括注射装置、锁模装置、液压传动系统和电路控制系统等，其晶构示意如图3一1所示。注射装置是使塑料均匀塑化并以足够的压力和速度将一定量的塑料注射到模腔中。注射装置位于机器的右上部，由料筒、螺杆和喷嘴、加料斗、计量装置、驱动螺杆的液压电动机、螺杆和注射座的移动油缸及电热线圈等组件构成。锁模装置是实现模具的开启与闭合以及脱出制品的装置。它位于机器的左上部，是全液压式、充液直压模机构。它由前模板、移动模板、后模板连接锁模油缸、大活塞、拉杆和机械顶出杆等部件组成。液压和电器控制系统能保证注塑机按照工艺过程设定的要求和动作程序准确而有效地工作。液压系统由各种液压元件和回路及其附属设备组成。电器控制系统由电器仪表组成。F11图3-1注塑机结构示意图1一机座：2电动机及油泵：3一注塑油缸：4一齿轮箱：5～齿轮传动电机：6一料斗：7螺杆8一加热器：9料筒：10一喷嘴：11定模板：12一模具：13～动模板：14一锁模机构：15一锁模油缸：16一螺杆传动齿轮：17一螺杆花键槽：18一油箱5

5 塑化压力。注射油缸内液压油回泄阻力称为螺杆的背压。这两种压力的增大，使塑料的塑量都降低。预塑化是要求得到定量的、均匀塑化的塑料熔体。塑化是靠料筒的外加热、摩擦热和剪切力等而实现的，剪切作用与螺杆的背压和转速有关。料筒温度高低与树脂的种类、配合剂、注射量与制品大小比值、注塑机类型、模具结构、喷嘴及模具的温度、注射压力和速度、螺杆的背压和转速，以及成型周期等很多因素都有关。料筒温度总是定在材料的熔点或黏流温度与分解温度之间，而且通常是分段控制，各段之间的温差约为 10～50℃。喷嘴加热在于维持充模的料流有良好的流动性，喷嘴温度等于或略低于料筒的温度。过高的喷嘴温度，会出现流延现象；过低也不适宜，会造成喷嘴的堵塞。螺杆的背压影响预塑化效果。提高背压，物料受到剪切作用增加，熔体温度升高，塑化均匀性好，但塑化量降低。螺杆转速低则延长预塑化时间。螺杆在较低背压和转速下塑化时，螺杆输送计量的精确度提高。对于热稳定性差或熔融黏度高的塑料应选择转速低些；对于热稳定性差或熔体黏度低的则选择较低的背压。螺杆的背压一般为注射压力的 5％～20％。塑料的预塑化与模具内制品的冷却定型是同时进行的，但预塑化时间必定小于制品的冷却时间。热塑性塑料的注射成型，主要是一个物理过程，但高聚物在热和力的作用下难免发生某，些化学变化。注射成型应选择合理的设备和模具结构，制订合理的工艺条件，以使化学变化减少到最小的程度。 3．实验设备和原料（1）主要设备 ① SZ 63／400 注射成型机。它包括注射装置、锁模装置、液压传动系统和电路控制系统等，其晶构示意如图 3—1 所示。注射装置是使塑料均匀塑化并以足够的压力和速度将一定量的塑料注射到模腔中。注射装置位于机器的右上部，由料筒、螺杆和喷嘴、加料斗、计量装置、驱动螺杆的液压电动机、螺杆和注射座的移动油缸及电热线圈等组件构成。锁模装置是实现模具的开启与闭合以及脱出制品的装置。它位于机器的左上部，是全液压式、充液直压锬模机构。它由前模板、移动模板、后模板连接锁模油缸、大活塞、拉杆和机械顶出杆等部件组成。液压和电器控制系统能保证注塑机按照工艺过程设定的要求和动作程序准确而有效地工作。液压系统由各种液压元件和回路及其附属设备组成。电器控制系统由电器仪表组成。图 3-1 注塑机结构示意图 1 一机座；2 电动机及油泵；3 一注塑油缸；4 一齿轮箱；5～齿轮传动电机；6 一料斗；7 螺杆 8 一加热器；9 料筒；10 一喷嘴；11 定模板；12 一模具；13～动模板；14 一锁模机构；15 一锁模油缸； 16 一螺杆传动齿轮；17 一螺杆花键槽；18 一油箱

SZ一63／400注射成型机的技术特征如下。螺杆直径：35mm。螺杆长径比：16。理论容量：96g。注射量：86g。注射速率：72g/s。塑化能力：8g/s。注射压力：120MPa。螺杆转速：0~140r/min。锁模力：400kN。移模行程：240mm。拉杆内距：265mm×265mm。最大模厚：240mm。最小模厚：90mm。顶出行程：60mm。顶出力：27kN。顶针根数：1。最大油泵压力：16MPa。油泵电动机：7.5kw。电热功率：3.82kw。外形尺寸：2.8m×0.93m×1.52m。质量：1.5t。料斗容积：15kg。油箱容积：120L。②注射模具（力学性能试样模具）。（2）具体准备工作如下。①详细观察、了解注塑机的结构，工作原理，安全操作等。②了解聚丙烯的规格及成型工艺特点，拟定各项成型工艺条件，并对原料进行预热干燥备用。③安装模具并进行试模。a.闭模及低压闭模。由行程开关切换实现慢速一快速一低压慢速一充压的闭模过程。b.注塑机机座前进后退及高压闭紧。c.注射。d.保压。e.加料预塑。可选择固定加料或前加料或后加料等不同方式。f.开模。由行程开关切换实现慢速一快速一慢速一停止的启模过程。g.螺杆退回。上述操作程序重复几次，观察注射取得样品的情况，调整工作正常。注意事项：根据实验的要求，可选用点动、手动、半自动、全自动和光电启动5种操作方式进行实验演示。选择开关设在操作箱内。④点动。调整模具，适宜选用慢速点动操作，以保证校模操作的安全性（料筒必须没有塑化的冷料存在)。③手动。选择开关在“手动”位置，调整注射和保压时间继电器，关上安全门。每按一个钮，就相当完成一个动作，必须一个动作做完才按另一个动作按钮。一般是在试车、试模、校模时选用手动操作。③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。全自动。将选择开关至“全自动”位置，关上安全门，则机器会自行按照工艺程序工作，最后由顶出杆顶出制品。由于光电管的作用，各个动作周而复始，无须打开安全门，要求模具有完全可靠的自动脱模装置。③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。③除点动操作外，不论何种操作方式，均设有冷螺杆保护作用。在加热温度没有达到工艺要求的温度之前，即电子温度控制仪所调整的温度，螺杆不能转动，防止机件内冷料启动，造成机筒或螺杆的损坏。但为了空车运行，自动循环时，可将温控仪的温度指示调到零位。在行驶操作时，须把限位开关及时间继电器调整到相应的位置上。5.实验结果分析（1）分析所得的试样制品的外观质量，从记录的每次实验工艺条件分析对比试样质量的关系。制品的外观质量包括颜色、透明度、有无缺料、凹痕、气泡和银纹等。（2）将取得试样制品，参考高分子材料性能测试实验进行力学性能等方面的测试分析。6

6 SZ 一 63／400 注射成型机的技术特征如下。螺杆直径：35mm。螺杆长径比：16。理论容量：96g。注射量：86g。注射速率：72g ／s。塑化能力：8g／s。注射压力：120MPa。螺杆转速：0～140r／min。锁模力：400kN。移模行程：240mm。拉杆内距：265mm×265mm。最大模厚：240mm。最小模厚：90mm。顶出行程：60mm。顶出力：27kN。顶针根数：1。最大油泵压力：16MPa。油泵电动机： 7．5kw。电热功率：3.82kw。外形尺寸：2.8m×0.93m×1.52m。质量：1.5t。料斗容积：15kg。油箱容积：120L。 ② 注射模具(力学性能试样模具)。（2）具体准备工作如下。 ① 详细观察、了解注塑机的结构，工作原理，安全操作等。 ② 了解聚丙烯的规格及成型工艺特点，拟定各项成型工艺条件，并对原料进行预热干燥备用。 ③ 安装模具并进行试模。 a．闭模及低压闭模。由行程开关切换实现慢速一快速一低压慢速一充压的闭模过程。 b．注塑机机座前进后退及高压闭紧。 c．注射。 d．保压。 e．加料预塑。可选择固定加料或前加料或后加料等不同方式。 f．开模。由行程开关切换实现慢速一快速一慢速一停止的启模过程。 g．螺杆退回。上述操作程序重复几次，观察注射取得样品的情况，调整工作正常。注意事项：根据实验的要求，可选用点动、手动、半自动、全自动和光电启动 5 种操作方式进行实验演示。选择开关设在操作箱内。 ④ 点动。调整模具，适宜选用慢速点动操作，以保证校模操作的安全性(料筒必须没有塑化的冷料存在)。 ⑤ 手动。选择开关在“手动”位置，调整注射和保压时间继电器，关上安全门。每按一个钮，就相当完成一个动作，必须一个动作做完才按另一个动作按钮。一般是在试车、试模、校模时选用手动操作。 ⑥ 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。 ⑦ 全自动。将选择开关至“全自动”位置，关上安全门，则机器会自行按照工艺程序工作，最后由顶出杆顶出制品。由于光电管的作用，各个动作周而复始，无须打开安全门，要求模具有完全可靠的自动脱模装置。 ⑧ 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。 ⑨ 除点动操作外，不论何种操作方式，均设有冷螺杆保护作用。在加热温度没有达到工艺要求的温度之前，即电子温度控制仪所调整的温度，螺杆不能转动，防止机件内冷料启动，造成机筒或螺杆的损坏。但为了空车运行，自动循环时，可将温控仪的温度指示调到零位。 ⑩ 在行驶操作时，须把限位开关及时间继电器调整到相应的位置上。 5．实验结果分析（1）分析所得的试样制品的外观质量，从记录的每次实验工艺条件分析对比试样质量的关系。制品的外观质量包括颜色、透明度、有无缺料、凹痕、气泡和银纹等。（2）将取得试样制品，参考高分子材料性能测试实验进行力学性能等方面的测试分析

6.思考题（1）：注射成型时模具的运动速度有何特点？（2）：试分析注射壁薄、壁厚制品各容易出现哪些缺陷？工艺上如何进行调整？（3）试分析PE、PP、PS、PC、PA、ABS等，哪些树脂注射时需要干燥?为什么？实验（三）复合材料力学性能的测定3一1材料拉伸性能的测定1.实验目的(I）掌握塑料拉伸强度的测定方法。(2）学会由被测试材料的应力一应变曲线判断材料的类型。2.实验原理塑料的拉伸性能是塑料力学性能中最重要、最基本的性能之一。几乎所有的塑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塑料的使用场合。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，可对塑料的拉伸性能做出评价拉伸试验测出的应力、应变对应值，可绘制应力一应变曲线。从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值。曲线下方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相关。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项试验。（1）定义①拉伸应力。试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的拉伸负荷。②拉伸强度。在拉伸试验中，试样直到断裂为止，所丞受太垃蚀应力。③拉伸断裂应力。在拉伸应力一应变曲线上，断裂时的应力。④拉伸屈服应力。在拉伸应力一应变曲线上，屈服点处的应力。③偏置屈服应力。应力一应变曲线偏离直线性达规定摩变互分数（偏置）时的应力。③断裂伸长率。在拉力作用下，试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之比的百分率。①弹性模量。在比例极限内，材料所受应力(拉、压、弯、扭、剪等)与产生的相应应变之比。③屈服点。应力一应变曲线上，应力不随应变增加的初始点。③应变。材料在应力作用下产生的尺寸变化与原始尺寸之比。（2）应力-应变曲线。由应力-应变的相应0,=0,值彼此对应地绘成的曲线图。通常以应力值1a作为纵坐标，应变值作为横坐标。Da-d见图3一15店A一脆性材料;B一具有屈服点的韧性材料：C一无屈服点的韧性材料：0t1一拉伸强度：02拉伸断裂应力：0t3一拉伸屈服用应力；04一偏置屈服应力；ei一拉伸最大强度时的应变；e2一断裂时的应变；eeεt3屈服时的应变e4偏屈服时的应变。图 3-1-17

7 6．思考题（1）注射成型时模具的运动速度有何特点? （2）试分析注射壁薄、壁厚制品各容易出现哪些缺陷?工艺上如何进行调整? （3）试分析 PE、PP、PS、PC、PA、ABS 等，哪些树脂注射时需要干燥?为什么? 实验（三）复合材料力学性能的测定３－１材料拉伸性能的测定 1．实验目的 (1) 掌握塑料拉伸强度的测定方法。 (2) 学会由被测试材料的应力一应变曲线判断材料的类型。 2．实验原理塑料的拉伸性能是塑料力学性能中最重要、最基本的性能之一。几乎所有的塑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塑料的使用场合。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，可对塑料的拉伸性能做出评价。拉伸试验测出的应力、应变对应值，可绘制应力一应变曲线。从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值。曲线下方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相关。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项试验。（1）定义 1 拉伸应力。试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的拉伸负荷。 2 拉伸强度。在拉伸试验中，试样直到断裂为止，所丞受盥太垃蚀应力。 3 拉伸断裂应力。在拉伸应力一应变曲线上，断裂时的应力。 4 拉伸屈服应力。在拉伸应力一应变曲线上，屈服点处的应力。 5 偏置屈服应力。应力一应变曲线偏离直线性达规定摩变亘分数(偏置)时的应力。 6 断裂伸长率。在拉力作用下，试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之比的百分率。 7 弹性模量。在比例极限内，材料所受应力(拉、压、弯、扭、剪等)与产生的相应应变之比。 8 屈服点。应力一应变曲线上，应力不随应变增加的初始点。 9 应变。材料在应力作用下产生的尺寸变化与原始尺寸之比。（2）应力-应变曲线。由应力-应变的相应值彼此对应地绘成的曲线图。通常以应力值作为纵坐标，应变值作为横坐标。见图３－１ A－脆性材料;B－具有屈服点的韧性材料；Ｃ－无屈服点的韧性材料；σｔ１－拉伸强度；σｔ２拉伸断裂应力；σｔ３－拉伸屈服应力；σｔ４－偏置屈服应力；εｔ１－拉伸最大强度时的应变；εｔ２－断裂时的应变；图 3-1-1 εt3屈服时的应变εｔ4偏屈服时的应变