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塑料成分测试


塑料成分测试
塑料是以合成或天然的高分子为主要成分,但通常含有填料、增 塑剂、防老剂、成核剂等辅助成分。在合适的加工条件下,它能塑造 成型,在常温和常压下又能保持既定形状。按塑料的物理化学性能可 将其分为热塑性塑料和热固性塑料。 热塑性塑料在加工中一般只起物 理变化,能在一定温度范围内反复加热软化和冷却硬化。与热固性塑 料(在加工中发生化学反应)相比,热塑性塑料发展速度快、产量多、 用途广。 塑料的加工方法一般分为四类: 1)挤出成型一生产管材、片材和型材等; 2)挤出成型或注射模塑后通过附加的加工步骤制成成品一中空 吹塑制品、吹塑薄膜和骤冷薄膜等; 3)注射模塑和压缩模塑一生产不同形状和尺寸的制品; 4)其它方法一热成型、压延成型和滚塑等。以上加工方法都经过 了塑料熔融及熔体流动的过程。通过分析、测试塑料热性能和流变性 能,可为确定合适的塑料加工条件提供指导作用。 1 热分析 热分析是测量材料的性质随温度的变化。它在表 征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等 方面有着广泛的应用,对于材料的研究开发和生产中 的质量控制具有很重要的实际意义。 1.1 差示扫描量热分析(Differential Scanning Calorime-try,DSC)
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在程序控制温度下, 测量样品的热流随温度或时间变化而变化的 技术。 因此, 利用此技术, 可以对高聚物的玻璃化转变温度、 冷结晶、 相转变、熔融、结晶、产品稳定性、固化饺联、氧化诱导期等进行研 究。 1.2 热重分析(Thermogravimetry,TG) 在一定的气氛中, 测量样品的质量随温度或时间变化而变化的技 术,利用此技术可以研究诸如挥发或降解等伴随有质量变化的过程。 如果采用 TGA-MS 或 TGA-FTIR 的联用技术, 还可以对挥发出的气体 进行分析,从而得到更加全面和准确的信息。 其中 DSC 测量更为广泛地应用在高分子材料的研发、性能检测 与质量控制。例如可用差示扫描量热仪(DSC)研究热固性树脂固化反 应的热效应,得到固化反应的起始温度(Ta)、峰值温度(Tb)和终止温 度(Tc),还可以得到单位重量的反应热以及固化后树脂的玻璃化温度 Tgo 这些数据对于树脂加工条件的确定,评价固化剂的配方有重要作 用。 也可用 DSC 测定聚合物的玻璃化温度、结晶温度和熔点,为选 择结晶聚合物加工工艺、热处理条件等提供指导作用。 1 为 PET 样 图 品经熔融及快速淬火处理,然后在氮气气氛下以 10℃/min 升温至 300℃的 DSC 曲线,PET 样品在室温至 300℃范围内有三个热行为: 首先是玻璃化转变, 然后是冷结晶所产生的放热峰, 最后是 PET 结晶 熔融的吸热峰。 若使用该 PET 生产薄膜, 则其拉伸温度应在 80~130℃ 之间,以免在拉伸过程中发生结晶。而拉伸后热定型温度则应高于
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170℃,使之冷结晶完全;但热处理温度又不能太靠近熔点,以免熔 融产生。

2 流变性测试 塑料熔体在外力作用下的流动行为具有流动和变形二个基本特 征,而流动和形变的具体情况又和高分子的结构、高分子的组成、环 境温度、外力大小、作用时间等因素密切相关。高分子流体的流动行 为直接影响到塑料加工工艺的选择。同时,塑料加工过程中外界条件 (力、温度、时间等)的变化,必然影响到高分子的链运动,从而影响 到聚合物凝聚态结构的形成。而聚合物凝聚态结构、形态不同,将大 大影响高分子材料的性能。用流变仪比较不同成型条件(例剪切力大 小、作用时间、作用方式、不同温度等)对形成的高分子材料中凝聚 态结构、形态的影响及其相应力学性能的情况,可以改进聚合物成型 技术。 用流变数据指导塑料的加工, 较常用的测试设备有高压毛细管流 变仪、转矩流变仪数据、熔融指数仪等。
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高压毛细管流变仪能模拟挤出机的口模流动、 注塑机的浇口流动, 其测试类似挤出或注塑的流动过程,剪切速率范围很宽,从 101~105 S-1,可以测试所有塑料成型加工方法的剪切速率范围内,塑料熔体的 粘度变化。 从剪切粘度与剪切速率的关系曲线可以了解塑料熔体的流 变特性:该熔体的粘度随温度变化明显还是随压力变化明显;材料在 该加工条件下要提高产量,是提高温度有效还是提高压力有效;在确 定成型加工条件时,就能将温度与压力调节到最佳,既节约能源,又 提高产量,还能最大限度地利用设备的产能。例如,对于一些熔体粘 度随剪切速率变化较大的塑料, 增加剪切压力降低粘度就比提高温度 有效的多,如聚乙烯(尤其是低密度聚乙烯)、聚苯乙烯等;对于一些 刚性链分子,其熔体粘度随剪切速率变化不明显,要降低粘度,提高 温度效果较为明显,如聚碳酸酯等。根据塑料熔体的流变性能可以指 导模具设计。如果该材料的熔体的粘度随剪切速率变化大,其注塑模 具可设计成热流道针点式浇口,这样既提高速度又减少浇口废料;而 对于一些粘度随剪切速率变化不明显的,则采用大浇口模具,否则会
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注不满型腔。此外,该设备还能测试塑料熔体的出模膨胀,可指导确 定挤出加工工艺的拉伸比。 塑料材料在进行成型加工前最好对其进行 流变性能的测试,以确定最佳的加工工艺。 转矩流变仪,如 Brabender(布拉班德)流变仪,Haake(哈克)流变 仪等可以测试塑料熔体的的粘度(以转矩来表示)随加工温度的变化或 在固定温度下随时间的变化, 以决定材料适宜的加工温度和在该温度 下的塑化时间。 所测剪切速率范围在 102~103 之间, 其测试类似塑化 过程。这类仪器可以模拟聚合物成型过程和条件,得出聚合物“成型 加工”时的转矩一时间曲线,温度一时间曲线;并可据此判断聚合物 熔体的粘度变化情况(即转矩值变化情况),熔融过程中的能量消耗情 况,熔融特性,热稳定时间及聚合物的分解特性等一系列工艺参数。 因此可为该聚合物进行熔融加工提供必要的工艺数据。 该设备配有密 炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等可配混料、吹膜、包覆电缆、 压延片材等挤出机成型的所有成型方法。 工业上熔融指数常用来粗略表征聚合物摩尔质量的大小, 也是确 定塑料加工工艺的一个重要指标。所测剪切速率范围较小,为 100~ 101 采用熔融指数仪,将聚合物完全熔融,然后在一定负荷下将聚合 物熔体从具有固定直径, 固定长度的毛细管中挤出, 10min 内被挤 在 出物熔体的质量(g),为该塑料的熔融指数。通过熔融指数的变化,可 评判添加剂、共混物等对聚合物熔体粘度的影响。 总的来说,麂皮属于合成革中的高档产品,特别是超细纤维人工 麂皮,是一种高附加值,技术密集的产品,要做出好的产品,在实际
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加工中有相当的难度。以上论述对开发此产品有一定的作用,但还需 要在实践中多摸索,以得到各个环节的最佳条件,这样才能获得高质 量的产品。

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