高分子材料加工工程专业实验教程

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3 前 言 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 实 验 教 程 是 根 据 教 育 部 高 分 子 材 料 加 工 工 程 本 科 专 业 实 验 教 学 大 纲, 在 本 校 原 塑 料 工 程 实 验 讲 义 基 础 上 进 行 修 改 和 编 写 本 教 程 共 分 6 章 : 第 1 章 介 绍 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 实 验 基 础 知 识, 第 2 章 介 绍 高 分 子 材 料 成 型 工 艺 性 能 ( 水 分 密 度 塑 化 性 能 热 塑 性 塑 料 熔 体 流 动 性 能 热 固 性 塑 料 流 动 性 能 ) 测 定 8 个 实 验, 第 3 章 介 绍 高 分 子 材 料 和 制 品 性 能 ( 力 学 性 能 热 性 能 电 性 能 燃 烧 性 能 光 学 性 能 渗 透 性 能 ) 测 定 23 个 实 验, 第 4 章 介 绍 高 分 子 材 料 成 型 加 工 ( 模 压 成 型 挤 出 成 型 注 塑 成 型 中 空 吹 塑 成 型 泡 沫 塑 料 成 型 热 成 型 塑 性 溶 胶 制 备 及 搪 塑 成 型 中 空 纤 维 成 型 )16 个 实 验, 第 5 章 介 绍 注 塑 机 和 挤 出 机 特 性 分 析 9 个 实 验, 第 6 章 介 绍 塑 料 注 射 模 具 组 装 实 验, 共 计 57 个 实 验 本 教 程 实 验 涉 及 高 分 子 材 料 加 工 工 程 中 原 材 料 成 型 加 工 成 型 制 品 成 型 设 备 及 模 具 诸 方 面, 包 括 性 能 检 测 规 范 操 作 设 备 控 制 和 工 艺 技 术 等 实 际 操 作 能 力 的 综 合 训 练 内 容, 性 能 测 试 条 件 操 作 方 法 和 数 据 处 理 均 参 照 执 行 相 应 的 国 家 标 准, 加 工 实 验 实 施 性 强 操 作 规 范, 除 了 用 作 高 等 学 校 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 高 分 子 材 料 与 工 程 专 业 实 验 教 材 外, 还 可 供 从 事 高 分 子 材 料 和 高 分 子 材 料 制 品 生 产 应 用 研 究 开 发 的 工 程 技 术 人 员 参 考 本 教 程 第 1 章 第 4 章 ( 除 和 4. 8 实 验 外 ) 由 四 川 大 学 吴 智 华 编 写, 第 2 章 第 3 章 第 3 节 由 四 川 大 学 阮 文 红 编 写, 第 3 章 第 1 节 1~4 实 验 部 分 和 第 3 章 第 4 节 由 四 川 大 学 陈 军 编 写, 第 3 章 第 1 节 5~8 实 验 部 分 由 四 川 大 学 张 卫 勤 编 写, 第 3 章 第 节 由 四 川 大 学 杨 其 编 写, 第 4 章 中 第 2 节 第 2 个 实 验 第 5 节 第 1 个 实 验 和 第 8 节 由 四 川 大 学 何 成 生 编 写, 第 5 章 和 第 6 章 由 四 川 大 学 严 正 编 写 本 教 程 由 吴 智 华 主 编 主 审 本 教 程 在 编 写 过 程 中 得 到 了 中 国 化 工 出 版 社 龚 浏 澄 主 编 本 学 院 黄 锐 教 授 万 昌 秀 教 授 塑 料 专 业 实 验 室 各 位 老 师 以 及 学 院 领 导 的 关 心 和 支 持, 谨 此 致 谢 因 水 平 有 限, 教 程 内 容 中 有 不 妥 或 错 漏 之 处, 敬 请 批 评 指 正 编 者 2004 年 2 月 3

4 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 实 验 教 程 前 言...3 第 一 章 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 实 验 基 础 知 识 原 材 料 特 性 塑 料 特 性 化 学 药 品 特 性 试 样 制 备 直 接 从 塑 料 制 品 上 截 取 试 样 直 接 从 树 脂 取 样 直 接 注 塑 成 型 标 准 试 样 间 接 从 压 制 板 材 上 切 取 试 样 数 据 处 理 测 量 误 差 近 似 数 数 据 分 析 影 响 实 验 结 果 的 因 素 原 材 料 因 素 制 样 因 素 测 试 条 件 安 全 知 识 现 场 人 员 意 外 受 到 危 险 化 学 品 伤 害 和 玻 璃 划 伤 火 灾 及 火 伤 爆 炸 第 二 章 高 分 子 材 料 成 型 工 艺 性 能 测 试 水 分 密 度 材 料 密 度 堆 砌 密 度 塑 化 性 能 ( 转 矩 流 变 仪 ) 热 塑 性 塑 料 熔 体 流 动 性 熔 体 流 变 曲 线 熔 体 流 动 速 率 热 固 性 塑 料 流 动 性...40 第 三 章 高 分 子 材 料 性 能 测 试 力 学 性 能 拉 伸 实 验 压 缩 实 验 弯 曲 实 验 冲 击 实 验 硬 度 实 验 邵 氏 硬 度 实 验

5 球 压 痕 硬 度 实 验 剪 切 强 度 实 验 直 角 撕 裂 强 度 实 验 拉 伸 蠕 变 实 验 热 性 能 热 导 率 测 定 线 膨 胀 系 数 测 定 维 卡 软 化 点 测 定 热 变 形 温 度 测 定 电 性 能 击 穿 强 度 和 耐 电 压 实 验 介 电 系 数 和 介 电 损 耗 角 正 切 测 定 体 积 电 阻 系 数 和 表 面 电 阻 系 数 测 定 燃 烧 性 能 氧 指 数 测 定 水 平 燃 烧 和 垂 直 燃 烧 实 验 烟 密 度 测 定 光 学 性 能 热 台 偏 光 显 微 观 察 聚 合 物 结 晶 形 态 透 光 率 和 雾 度 测 定 色 泽 测 定 渗 透 性 能 透 气 性 测 定 水 蒸 汽 渗 透 率 测 定 ( 杯 式 法 ) 第 四 章 高 分 子 材 料 成 型 加 工 实 验 模 压 成 型 实 验 热 塑 性 塑 料 模 压 成 型 热 固 性 塑 料 模 压 成 型 挤 出 成 型 实 验 普 通 聚 乙 烯 管 材 医 用 高 分 子 导 管 的 成 型 及 性 能 测 试 异 型 材 单 丝 注 塑 成 型 实 验 注 射 机 操 作 技 能 实 验 标 准 测 试 试 样 精 密 制 品 中 空 吹 塑 成 型 实 验 中 空 容 器 吹 塑 薄 膜 泡 沫 塑 料 成 型 实 验 医 用 聚 氨 酯 泡 沫 聚 乙 烯 泡 沫 热 成 型 实 验

6 4.7 塑 性 溶 胶 制 备 及 搪 塑 成 型 实 验 聚 醚 砜 中 空 纤 维 的 制 备 及 性 能 测 试 第 五 章 高 分 子 材 料 成 型 加 工 设 备 剖 析 实 验 注 射 机 实 验 注 射 充 模 流 动 模 型 实 验 注 射 机 注 射 特 性 参 数 测 定 注 射 机 塑 化 特 性 参 数 测 定 注 射 机 锁 模 力 测 定 注 射 模 具 型 腔 压 力 测 定 注 射 模 具 温 度 分 布 测 定 挤 出 机 实 验 挤 出 机 转 速 - 产 量 - 功 率 测 定 挤 出 机 口 模 特 性 曲 线 测 定 挤 出 机 螺 杆 特 性 曲 线 测 定 第 六 章 高 分 子 材 料 成 型 模 具 组 装 实 验 附 表 附 表 附 表 塑 料 及 树 脂 缩 写 代 码... 错 误! 未 定 义 书 签 6

7 第 一 章 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 实 验 基 础 知 识 1.1 原 材 料 特 性 高 分 子 材 料 加 工 工 程 专 业 实 验 所 涉 及 的 主 要 原 材 料 为 塑 料 及 一 些 化 学 药 品 化 学 药 品 包 括 塑 料 添 加 剂, 粘 合 剂, 有 机 无 机 溶 剂 和 化 学 反 应 试 剂 在 进 行 实 验 之 前, 应 了 解 所 用 的 原 材 料 特 性, 以 正 确 拟 定 实 验 条 件, 避 免 操 作 错 误, 保 证 实 验 顺 利 安 全 地 进 行 完 成 塑 料 特 性 塑 料 属 有 机 高 分 子 材 料 塑 料 特 性 是 塑 料 微 观 结 构 的 反 映, 由 于 塑 料 结 构 随 合 成 方 法 合 成 工 艺 以 及 塑 料 添 加 剂 品 种 和 用 量 变 化, 故 塑 料 特 性 因 塑 料 品 种 牌 号 而 异 一 般 而 言, 与 金 属 和 无 机 材 料 相 比, 塑 料 具 有 易 燃 绝 热 无 毒 耐 腐 蚀 耐 溶 剂 延 展 性 和 加 工 性 好 等 特 点 表 至 表 分 别 列 出 了 部 分 塑 料 的 化 学 键 能 热 性 能 电 性 能 燃 烧 性 耐 溶 剂 性 和 吸 水 性 能 指 标 表 塑 料 中 一 些 主 键 的 键 长 和 离 解 能 化 学 键 键 长 /R 离 解 能 /kj mol -1 O-O Si-Si S-S C-N C-Cl C-C C-O 化 学 键 键 长 /R 离 解 能 / kj mol -1 N-H C-H C-F O-H C=C C=O C C 表 部 分 塑 料 的 热 性 能 塑 料 品 种 线 膨 胀 系 数 热 比 容 热 导 率 90 天 以 上 的 使 用 温 度 /10-5 K -1 /kj (kg K) -1 /W (mk) -1 / 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 聚 苯 乙 烯 <80 聚 氨 基 甲 酸 酯 聚 氯 乙 烯 ( 未 增 塑 ) 聚 氯 乙 烯 ( 含 增 塑 剂 35%) 低 密 度 聚 乙 烯 高 密 度 聚 乙 烯 聚 丙 烯 共 聚 甲 醛

8 聚 酰 胺 >150 聚 酰 胺 >160 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 聚 四 氟 乙 烯 >250 聚 三 氟 氯 乙 烯 >200 环 氧 树 脂 氯 丁 橡 胶 天 然 橡 胶 氟 碳 弹 性 体 聚 酯 弹 性 体 聚 异 丁 烯 聚 醚 砜 聚 碳 酸 酯 120 ABS 90 酚 醛 200 聚 酰 亚 胺 聚 苯 醚 190 聚 硅 烷 Hz 10 表 部 分 塑 料 的 电 性 能 塑 料 品 种 体 积 电 阻 率 介 电 强 度 介 电 常 数 功 率 因 素 /Ω m (3.2mm 样 品 ) 6 Hz 60Hz 10 6 Hz /kv cm -1 聚 四 氟 乙 烯 低 密 度 聚 乙 烯 聚 苯 乙 烯 聚 丙 烯 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 硬 聚 氯 乙 烯 1 软 聚 氯 乙 烯 聚 酰 胺 66 2 聚 碳 酸 酯 3 酚 醛 3 脲 醛 聚 醚 醚 酮 > > > < < < < < < % 聚 氯 乙 烯 树 脂,30% 邻 苯 二 甲 酸 二 (2- 乙 基 己 ) 酯,5% 填 料,6% 稳 定 剂 2 含 水 0.2% 3 普 遍 用 于 压 塑 表 部 分 塑 料 的 极 限 氧 指 数 聚 甲 醛 0.16 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 0.17 聚 丙 烯 0.17 聚 乙 烯

9 聚 苯 乙 烯 环 氧 树 脂 聚 碳 酸 酯 聚 氯 乙 烯 聚 砜 聚 偏 二 氯 乙 烯 聚 四 氟 乙 烯 ~ 表 室 温 下 部 分 塑 料 耐 溶 剂 的 性 能 溶 剂 低 密 度 聚 聚 丙 高 密 硬 质 聚 氯 聚 甲 基 丙 尼 龙 聚 碳 聚 酯 聚 苯 乙 烯 乙 烯 烯 度 聚 乙 烯 烯 酸 甲 酯 酸 酯 乙 烯 浓 盐 酸 差 差 差 差 差 差 差 差 一 般 浓 硝 酸 差 差 差 差 差 差 差 差 差 浓 过 氯 酸 差 差 差 差 差 差 差 差 差 浓 硫 酸 差 差 差 差 差 差 差 差 良 氢 氟 酸 一 般 良 良 差 一 般 差 差 差 良 常 用 的 碱 优 良 优 良 优 良 优 良 优 良 差 差 一 般 优 良 常 用 的 盐 优 良 优 良 优 良 优 良 优 良 一 般 优 良 一 般 优 良 烷 烃 溶 胀 溶 胀 溶 胀 溶 胀 优 良 优 良 优 良 一 般 一 般 芳 烃 溶 胀 溶 胀 溶 胀 溶 胀 溶 胀 优 良 溶 胀 一 般 溶 胀 醇 类 优 良 优 良 优 良 优 良 少 量 溶 解 一 般 良 一 般 良 醛 类 一 般 良 良 良 溶 胀 良 良 良 良 酮 类 优 良 优 良 优 良 溶 胀 溶 胀 良 溶 胀 一 般 良 醚 类 优 良 优 良 优 良 溶 胀 溶 胀 良 溶 胀 良 良 有 机 酸 优 良 优 良 优 良 优 良 优 良 良 优 良 优 良 优 良 四 氢 呋 喃 一 般 良 良 良 溶 胀 溶 解 溶 胀 溶 胀 一 般 酯 类 少 量 溶 解 优 良 优 良 少 量 溶 解 溶 解 良 溶 解 溶 解 少 量 溶 解 苯 酚 一 般 良 良 一 般 溶 解 溶 解 溶 解 溶 胀 一 般 卤 化 烷 烃 溶 胀 溶 胀 溶 胀 优 良 溶 解 良 溶 解 溶 胀 少 量 溶 解 硝 基 苯 良 良 良 良 溶 胀 溶 胀 溶 胀 溶 胀 一 般 硅 油 溶 胀 一 般 一 般 一 般 溶 胀 优 良 良 良 一 般 机 油 溶 胀 一 般 优 良 优 良 优 良 优 良 优 良 优 良 一 般 二 硫 化 碳 少 量 溶 解 一 般 一 般 一 般 溶 胀 溶 胀 溶 胀 溶 胀 一 般 汽 油 溶 胀 溶 胀 溶 胀 优 良 优 良 优 良 优 良 优 良 溶 胀 植 物 油 优 良 优 良 优 良 优 良 溶 胀 优 良 优 良 优 良 优 良 表 部 分 塑 料 的 吸 水 率 塑 料 吸 水 率 /% 塑 料 吸 水 率 /% 氟 塑 料 高 密 度 聚 乙 烯 乙 丙 嵌 段 共 聚 物 聚 丙 烯 聚 苯 氧 聚 苯 乙 烯 聚 苯 醚 环 氧 树 脂 聚 硅 烷 酚 醛

10 聚 碳 酸 酯 聚 氨 酯 聚 酰 胺 醋 酸 纤 维 素 离 子 型 聚 合 物 聚 氯 乙 烯 聚 砜 聚 甲 醛 丙 烯 酸 系 树 脂 ABS 聚 酯 化 学 药 品 特 性 化 学 药 品 可 分 为 普 通 化 学 药 品 和 危 险 化 学 药 品 普 通 化 学 药 品 无 毒 无 腐 蚀 性 对 热 光 及 氧 稳 定, 对 环 境 污 染 小 常 见 的 普 通 化 学 药 品 有 邻 苯 二 甲 酸 酯 系 列 增 塑 剂, 部 分 磷 酸 酯, 聚 烯 烃 蜡 类 润 滑 剂, 氧 化 锌 二 氧 化 钛 碳 酸 钙 等 无 机 填 料 危 险 化 学 品 根 据 国 家 标 准 GB , 按 其 主 要 危 险 特 性 分 类, 常 用 危 险 化 学 品 分 为 下 列 8 类 : 1. 爆 炸 品 系 指 在 外 界 作 用 下 ( 如 受 热 受 压 撞 击 等 ), 能 发 生 剧 烈 的 化 学 反 应, 瞬 时 产 生 大 量 的 气 体 和 热 量, 使 周 围 压 力 急 骤 上 升, 发 生 爆 炸, 对 周 围 环 境 造 成 破 坏 的 物 品, 也 包 括 无 整 体 爆 炸 危 险, 但 具 有 燃 烧 抛 射 及 较 小 爆 炸 危 险 的 物 品 2. 压 缩 气 体 和 液 化 气 体 3. 易 燃 液 体 系 指 易 燃 的 液 体 液 体 混 合 物 或 含 有 固 体 物 质 的 液 体, 但 不 包 括 由 于 其 危 险 特 性 已 列 入 其 他 类 别 的 液 体 其 闭 杯 实 验 闪 点 等 于 或 低 于 易 燃 固 体 自 燃 物 品 和 遇 湿 易 燃 物 品 易 燃 固 体 系 指 燃 点 低, 对 热 撞 击 摩 擦 敏 感, 易 被 外 部 火 源 点 燃, 燃 烧 迅 速, 并 可 能 散 发 出 有 毒 烟 雾 或 有 毒 气 体 的 固 体, 但 不 包 括 已 列 入 爆 炸 品 的 物 品 自 燃 物 品 系 指 自 燃 点 低, 在 空 气 中 易 发 生 氧 化 反 应, 放 出 热 量, 而 自 行 燃 烧 的 物 品 遇 湿 易 燃 物 品 系 指 遇 水 或 受 潮 时, 发 生 剧 烈 化 学 反 应, 放 出 大 量 的 易 燃 气 体 和 热 量 的 物 品 有 的 不 需 明 火, 即 能 燃 烧 或 爆 炸 5. 氧 化 剂 和 有 机 过 氧 化 物 氧 化 剂 系 指 处 于 高 氧 化 态, 具 有 强 氧 化 性, 易 分 解 并 放 出 氧 和 热 量 的 物 质 包 括 含 有 过 氧 基 的 无 机 物, 其 本 身 不 定 燃 烧, 但 能 导 致 可 燃 物 的 燃 烧, 与 松 软 的 粉 末 状 可 燃 物 能 组 成 爆 炸 性 混 合 物, 对 热 震 动 或 摩 擦 较 敏 感 有 机 过 氧 化 物 系 指 分 子 组 成 中 含 有 过 氧 基 的 有 机 物, 其 本 身 易 燃 易 爆, 极 易 分 解, 对 热 震 动 或 摩 擦 极 为 敏 感 6. 有 毒 品 系 指 进 入 肌 体 后, 累 积 达 一 定 的 量, 能 与 体 液 和 器 官 组 织 发 生 生 物 化 学 作 用 或 生 物 物 理 学 作 用, 扰 乱 或 破 坏 肌 体 的 正 常 生 理 功 能, 引 起 某 些 器 官 和 系 统 暂 时 性 或 持 久 性 的 病 理 改 变, 甚 至 危 及 生 命 的 物 品 经 口 摄 取 半 数 致 死 量 : 固 体 LD mg/g, 液 体 LD mg/ kg; 经 皮 肤 接 触 24h, 半 数 致 死 量 LD mg/kg; 粉 尘 飞 烟 雾 及 蒸 气 吸 入 半 数 致 死 量 LD 50 10mg/l 的 固 体 或 液 体 7. 放 射 性 物 品 系 指 放 射 性 比 活 度 大 于 Bq/kg 的 物 品 8. 腐 蚀 品 系 指 能 灼 伤 人 体 组 织 并 对 金 属 等 物 品 造 成 损 坏 的 固 体 或 液 体 与 皮 肤 接 触 在 4h 内 出 现 可 见 坏 死 现 象, 或 温 度 在 55 时, 对 20 号 钢 的 表 面 均 匀 年 腐 蚀 率 超 过 6.25mm/L 的 固 体 或 10

11 液 体. 每 种 常 用 危 险 化 学 品 都 易 发 生 某 些 具 有 基 本 危 险 特 性 的 反 应 例 如 含 硫 着 色 剂 锌 钡 白 遇 酸 液 分 解 释 放 出 硫 化 氢, 长 期 日 晒 会 变 色 ; 二 亚 硝 基 对 苯 二 甲 酸 酰 胺 发 泡 剂 为 爆 炸 物, 对 冲 击 和 摩 擦 敏 感 ; 胺 类 尤 其 多 胺 固 化 剂 有 毒 性 ; 玻 璃 纤 维 石 棉 等 增 强 物 的 粉 末 吸 入 人 体 肺 中 会 导 致 矽 肺 病, 直 接 接 触 人 体 皮 肤 会 引 起 瘙 痒 红 斑 等 症 状 常 用 危 险 化 学 品 的 基 本 危 险 特 性 如 下 : ⑴ 与 还 原 剂 及 硫 磷 混 合 能 形 成 爆 炸 性 混 合 物 ⑵ 与 乙 炔 氢 甲 烷 等 易 燃 气 体 能 形 成 有 爆 炸 性 的 混 合 物 ⑶ 与 氧 化 剂 会 发 生 反 应, 遇 明 火 高 热 易 引 起 燃 烧 ⑷ 遇 明 火 极 易 燃 烧 爆 炸 ⑸ 遇 明 火 高 热 或 强 氧 化 剂 易 引 起 燃 烧 ⑹ 遇 高 温 剧 烈 分 解, 会 引 起 爆 炸 ⑺ 受 热 光 照 会 引 起 燃 烧 爆 炸 ⑻ 遇 水 会 分 解 ⑼ 遇 水 爆 溅 ⑽ 遇 酸 类 碱 类 胺 类 二 氧 化 硫 硫 脲 金 属 盐 类 氧 化 剂 氨 硫 化 氢 卤 素 磷 强 碱 等 燃 烧 物 品 发 生 剧 烈 反 应 ⑾ 有 燃 烧 爆 炸 危 险 ⑿ 与 还 原 剂 发 生 剧 烈 反 应, 甚 至 引 起 燃 烧 ⒀ 见 光 受 热 或 久 贮 易 聚 合, 有 燃 烧 爆 炸 危 险 ⒁ 冲 击 摩 擦 振 动 有 燃 烧 爆 炸 危 险 ⒂ 受 高 热 或 燃 烧 发 生 分 解 放 出 有 毒 气 体 ⒃ 受 热 分 解 放 出 腐 蚀 性 气 体 ⒄ 对 眼 粘 膜 或 皮 肤 有 强 烈 刺 激 性, 会 造 成 严 重 烧 伤 ⒅ 触 及 皮 肤 易 经 皮 肤 吸 收 或 误 食 吸 入 蒸 气 粉 尘 会 引 起 中 毒 ⒆ 有 腐 蚀 性 麻 醉 性 或 催 泪 性 ⒇ 有 毒 或 其 蒸 气 有 毒 普 通 化 学 药 品 在 特 定 条 件 下 也 可 能 发 生 上 列 基 本 危 险 特 性 的 反 应 1.2 试 样 制 备 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 试 样 获 取 途 径 有 四 个 : 直 接 从 塑 料 制 品 上 截 取 试 样 直 接 从 树 脂 取 样 直 接 注 塑 成 型 标 准 试 样 间 接 从 压 制 板 材 上 切 取 试 样 直 接 从 塑 料 制 品 上 截 取 试 样 直 接 从 塑 料 制 品 上 截 取 试 样 应 根 据 制 品 相 应 的 标 准 规 定 或 按 制 品 提 供 者 的 要 求 进 行, 略 直 接 从 树 脂 取 样 从 树 脂 直 接 取 样 的 方 法 应 按 国 家 标 准 GB 规 定 进 行 首 先 应 确 定 样 本 大 小, 然 后 选 定 抽 样 单 位, 最 后 进 行 取 样 一 样 本 大 小 确 定 为 了 使 样 本 能 满 意 地 反 映 总 体 的 真 实 情 况, 必 须 从 总 体 中 求 取 适 量 的 抽 样 单 位 ( 即 最 小 11

12 包 装 件 ) 样 本 大 小 可 由 下 式 求 得 : n=(aσ0/e) 2 式 中 n 样 本 大 小, 即 抽 样 单 位 数 ; σ0 产 品 总 体 质 量 的 标 准 差 估 计 值 ; E 由 样 本 得 到 的 产 品 总 体 质 量 平 均 值 的 估 计 值 与 用 相 同 方 法 对 每 个 抽 样 单 位 测 量 得 到 的 产 品 总 体 质 量 平 均 值 之 间 存 在 的 最 大 允 许 误 差 ; A 概 率 系 数, 它 表 示 从 样 本 得 到 的 产 品 总 体 质 量 平 均 值 的 估 计 值 与 对 每 个 抽 样 单 位 测 量 得 到 的 产 品 总 体 质 量 平 均 值 之 间 存 在 的 误 差 超 过 最 大 允 许 误 差 E 的 相 应 的 概 率 由 (1) 式 可 变 换 为 (2) 式, 有 时 使 用 起 来 更 为 方 便 : n=(av0/e) 2 式 中 V0=σ0/X 产 品 总 体 质 量 的 变 差 系 数 估 计 值 ; e=e/x 用 X 的 百 分 数 表 示 的 最 大 允 许 误 差 ; X 产 品 总 体 质 量 平 均 值 (1) σ0 或 V0 的 求 取 : 1) 根 据 同 种 产 品 的 历 史 数 据, 分 别 用 下 式 算 出 样 本 大 小 相 等 或 相 近 的 几 批 产 品 的 样 本 的 标 准 差 或 变 差 系 数 S ( Xi X ) = n 1 2 V ¹ =S/ X 式 中 S 标 准 偏 差 值 ; X i 单 个 测 定 值 ; X 一 组 测 定 值 的 算 数 平 均 值 ; n 测 定 个 数 ; V ¹ 批 的 变 差 系 数 然 后, 再 算 出 它 们 的 平 均 值 S=(ΣSi 2/L) 1/2 或 V=(ΣV ¹ 2 i /L) 1/2 分 别 作 为 σ0 或 V0 的 估 计 值 式 中 L 为 批 数 注 : 在 按 1) 求 取 σ0 或 V0 时, 一 般 地 讲, 样 本 大 小 n ¹ 越 大, 批 数 L 越 大, 则 所 得 结 果 越 准 确, 但 在 实 际 应 用 时, 若 数 n ¹ 越 大, 则 批 数 L 可 小 些, 若 数 n ¹ 越 小, 则 批 数 L 要 大 些 如 n ¹ 大 于 20 时,L 取 4~5 即 可 n ¹ 为 10 左 右 时, 则 L 最 好 大 干 10 2) 若 没 有 这 样 的 历 史 数 据 可 用 时, 则 可 按 1) 中 注 的 原 则, 着 手 资 料 的 积 累 工 作, 以 便 估 计 出 符 合 要 求 的 σ0 或 V0 必 须 定 期 地 抽 取 足 够 的 样 本 进 行 分 别 检 验, 以 便 不 断 地 修 正 σ0 或 V0 (2) 最 大 允 许 误 差 E 或 e 的 确 定 最 大 允 许 误 差 E 或 e 可 根 据 需 要 和 可 能 进 行 规 定 所 渭 需 要 是 指 对 某 项 质 量 特 性 估 计 值 所 要 求 的 准 确 度, 这 要 根 据 该 项 质 量 特 性 对 产 12

13 品 的 应 用 所 产 生 的 影 响 大 小 来 考 虑 如 某 项 质 量 特 性 的 点 变 化 就 会 使 产 品 转 型, 或 对 成 型 加 工 制 品 应 用 产 生 很 大 影 响, 则 从 样 本 得 到 的 特 性 估 计 值 的 准 确 度 就 该 高 些, 即 E 或 e 要 规 定 得 小 些, 反 之 E 或 e 可 规 定 得 大 些 所 谓 可 能 是 指 对 样 本 大 小 n 进 行 测 试 所 需 要 花 费 的 人 力 物 力 是 否 合 适 而 言 样 本 大 小 n 与 最 大 允 许 误 差 E 或 e 的 平 方 成 反 比, 若 不 必 要 地 把 E 或 e 规 定 得 太 小, 则 n 将 会 变 得 过 大, 花 费 的 检 验 费 用 就 很 大, 这 往 往 是 不 经 济 的, 所 以 如 果 对 某 规 定 的 E 或 e 求 出 的 n 太 大, 则 可 调 整 E 或 e( 将 E 或 e 增 大, 也 即 降 低 估 计 值 的 准 确 度 ) 以 求 出 较 小 的 n 总 之, 确 定 最 大 允 许 误 差 E 或 e 时, 所 考 虑 的 问 题 是 在 所 要 求 的 估 计 值 准 确 度 和 要 得 到 这 样 准 确 度 的 估 计 值 所 花 的 费 用 大 小 之 间 取 得 适 当 的 平 衡 (3) 概 率 系 数 A 的 确 定 概 率 系 数 可 根 据 对 结 果 所 要 求 的 可 信 区 间 来 定 在 工 业 生 产 上 一 般 定 为 1.96 就 够 了, 这 时 从 样 本 得 到 的 产 品 总 体 质 量 平 均 值 的 估 汁 值 与 对 每 个 抽 样 单 位 测 量 得 到 的 产 品 总 体 质 量 平 均 值 之 间 存 在 的 误 差 超 过 最 大 允 许 误 差 E 战 e 的 概 率 为 5% 相 应 于 其 它 概 率 的 A 值 可 根 据 需 要, 从 正 态 分 布 表 得 到, 例 如 : 系 数 概 率 3 3% % 2 4.5% % (4) 对 于 塑 料 树 脂 产 品 来 说, 通 常 有 几 项 质 量 特 性, 则 可 分 别 算 出 各 项 质 量 特 性 所 需 要 的 n 数, 然 后 取 其 中 最 大 的 个 作 为 检 验 批 的 样 本 大 小 也 可 用 与 产 品 主 要 用 途 有 关 的 关 键 性 质 量 中 变 差 系 数 最 大 个 来 计 算 n 数 二 抽 样 单 位 选 定 根 据 n 式 计 算 得 到 的 样 本 大 小, 要 随 机 地 从 产 品 总 体 中 选 出, 具 体 步 骤 可 按 下 述 两 种 方 法 之 进 行 (1) 随 机 抽 样 法 1) 将 产 品 的 抽 样 单 位 总 数 N, 按 定 ( 或 生 产 ) 顺 序 连 续 编 号, 从 1 编 到 N 2) 利 用 随 机 数 表, 确 定 被 抽 取 的 抽 样 单 位 的 号 数 ( 随 机 数 表 及 其 使 用 法 参 见 GB 标 准 ) (2) 系 统 抽 样 法 1) 把 产 品 的 抽 样 单 位 总 数 N 用 样 本 大 小 n 除, 取 其 商 值 的 整 数 部 分 h 为 取 样 间 隔 2) 在 第 1 至 第 h 个 抽 样 单 位 中, 随 机 地 确 定 一 个 抽 样 单 位, 然 后 每 隔 h 个 抽 样 单 位 取 一 个 样 如 果 放 料 口 取 样 是 方 便 的 或 产 品 处 在 移 动 过 程 中, 则 可 采 用 系 统 抽 样 法 三 取 样 取 样 时, 取 样 工 具 取 样 方 式 应 保 证 能 取 出 该 抽 样 单 位 中 有 代 表 性 的 样 品, 特 别 对 那 些 在 包 装 中 或 运 输 中 会 造 成 不 均 匀 性 的 产 品 更 要 注 意 这 点 这 时 用 大 小 合 适 的 扦 筒 从 不 同 部 位 取 样 是 适 宜 的 对 于 包 装 件 中 均 匀 的 产 品, 勺 状 取 样 器 是 合 适 的 若 取 样 目 的 只 是 要 求 得 到 产 品 总 体 质 量 平 均 值, 则 由 各 包 装 件 中 取 出 的 样 品 可 以 混 合 实 验 取 出 的 样 品 总 量 至 少 应 为 做 实 验 的 需 要 用 量 的 二 倍 在 每 个 选 中 的 抽 样 单 位 中 取 出 大 体 等 量 的 样 品 混 合 均 匀 后, 一 分 为 二, 份 送 交 实 验, 一 份 放 在 密 封 不 污 染 产 品 的 容 器 中 保 存 每 份 都 得 注 明 产 品 名 称 销 售 批 号 生 产 日 期 取 样 日 期 等 若 取 样 目 的 是 要 求 得 到 整 批 产 品 内 各 抽 样 单 位 间 质 量 分 散 性 情 况, 则 取 出 的 样 品 决 不 可 混 合, 要 分 开 单 独 实 验, 这 时 从 每 个 抽 样 单 位 中 取 出 的 样 品 量 应 为 做 实 验 必 须 用 量 的 二 倍, 13

14 分 别 混 合 均 匀 后, 一 分 为 二, 份 送 交 实 验, 份 放 在 密 封 且 不 污 染 产 品 的 容 器 中 保 存 每 份 都 得 注 明 产 品 名 称 批 号 生 产 日 期 取 样 日 期 等 对 用 样 量 极 少 的 实 验, 应 从 确 定 的 抽 样 单 位 中 取 出 几 倍 几 十 倍 于 实 验 用 量 的 样 品 取 出 后, 用 锥 形 四 分 法 均 匀 缩 样, 直 至 取 得 合 适 的 用 量 有 些 颗 粒 料 粒 子 较 大, 可 在 缩 至 定 程 度 后, 用 机 械 粉 碎 的 方 法, 粉 碎 成 小 颗 粒 后, 再 行 缩 样, 直 至 取 得 合 适 的 用 量 为 止 机 械 粉 碎 时, 注 意 不 要 使 样 品 过 热, 以 防 降 解 对 塑 料 树 脂 而 言, 求 取 质 量 平 均 值 的 情 况 较 多, 故 在 日 常 检 验 中, 可 进 行 混 合 实 验 这 时 在 产 品 传 送 过 程 中, 或 在 产 品 包 装 过 程 中, 用 自 动 连 续 取 样 器 进 行 连 续 取 样 也 是 合 理 的 取 样 方 法 但 是 为 了 了 解 和 掌 握 批 内 质 量 分 散 性 的 资 料, 则 必 须 定 期 地 抽 取 适 当 大 小 的 样 本 进 行 分 别 实 验 由 此 积 累 的 分 散 性 资 料, 可 用 于 σ0 或 V0 的 求 取 及 控 制 改 进 生 产 工 艺 直 接 注 塑 成 型 标 准 试 样 直 接 注 塑 成 型 标 准 试 样 主 要 是 用 于 热 塑 性 塑 料 和 热 塑 性 聚 合 物 基 复 合 材 料 测 试 试 样 成 型 由 于 注 塑 成 型 工 艺 条 件 模 具 结 构 注 塑 机 控 制 精 确 度 都 影 响 熔 体 流 动, 从 而 对 试 样 微 观 结 构 形 态 有 重 要 影 响, 尤 其 是 成 型 工 艺 条 件 和 模 具 结 构, 因 此 必 须 使 用 统 一 规 定 的 模 具 结 构, 并 在 实 验 报 告 中 标 明 材 料 注 塑 成 型 工 艺 条 件, 保 证 试 样 的 微 观 结 构 和 性 能 基 本 一 致 目 前, 注 塑 成 型 标 准 测 试 试 样 的 模 具 一 般 可 分 为 两 大 类 : 单 型 腔 模 具 和 多 型 腔 模 具, 如 图 和 图 所 示 单 型 腔 模 具 一 般 使 用 较 少, 多 型 腔 模 具 (a) (c) (d) 因 一 次 成 型 的 几 个 试 样 之 间 差 异 很 小, 性 能 一 致, 较 为 常 用 图 单 型 腔 模 具 示 意 图 (a) 长 条 样 多 型 腔 模 具 (b) 长 条 哑 铃 形 多 型 腔 模 具 (c) ISO-A 型 注 塑 模 具 14

15 (d) ISO-B 型 注 塑 模 具 图 多 型 腔 模 具 示 意 图 注 塑 试 样 一 般 采 用 往 复 式 螺 杆 注 射 机 注 射 机 的 控 制 系 统 应 满 足 一 定 的 精 度 要 求, 如 : 注 射 压 力 ±3%, 熔 体 温 度 ±3, 注 射 时 间 ±0.1s, 注 保 压 力 ±5%, 模 具 温 度 ±3 ( 80 ) 或 ±5 (>80 ), 注 射 量 ±1% 注 塑 条 件 参 照 材 料 的 相 关 标 准 或 与 提 供 材 料 者 协 商 确 定 具 体 的 操 作 方 法 和 步 骤 见 第 节 间 接 从 压 制 板 材 上 切 取 试 样 一 热 塑 性 塑 料 压 塑 试 样 制 备 热 塑 性 塑 料 压 塑 试 样 制 备 参 照 国 家 标 准 GB 规 定 进 行 压 塑 试 样 制 备 在 模 压 机 上 进 行, 要 求 模 压 机 加 热 时 模 温 温 差 ±2, 冷 却 时 模 温 温 差 ±4, 模 压 机 合 模 力 10MPa 模 具 结 构 形 式 有 两 种 : 溢 料 式 和 不 溢 料 式 模 具 两 种, 如 图 和 图 所 示 溢 料 式 模 具 适 用 于 制 备 试 样 与 片 料 厚 度 相 似 或 具 有 可 比 性 的 低 内 应 力 的 试 样 不 溢 料 式 模 具 适 用 于 制 备 表 面 坚 固 平 整 内 部 没 有 空 隙 的 试 样 图 溢 料 式 模 具 结 构 示 意 图 图 不 溢 料 式 模 具 结 构 示 意 图 具 体 操 作 步 骤 如 下 : (1) 原 料 可 用 粒 料 或 片 状 料 根 据 原 料 有 关 标 准 或 材 料 提 供 者 说 明 选 择 是 否 干 燥 以 及 干 燥 条 件 (2) 预 成 型 通 常, 用 物 料 直 接 模 塑 能 得 到 平 整 均 匀 的 片 料 但 是, 如 果 物 料 需 要 均 化 时, 可 用 双 辊 塑 炼 均 化 原 料 为 了 不 使 聚 合 物 降 解, 塑 炼 时 物 料 在 熔 融 状 态 停 留 的 时 间 不 要 超 过 5min 预 成 型 片 需 在 干 燥 密 封 的 容 器 内 贮 存 15

16 (3) 模 塑 将 压 板 或 模 具 的 温 度 调 节 到 有 关 标 准 规 定 的 模 塑 温 度 当 温 度 恒 定 后, 将 称 量 过 的 材 料 ( 粒 料 或 预 成 型 片 ) 放 入 模 具 中 使 用 粒 料 时, 应 将 粒 料 铺 平 在 模 具 里 面, 材 料 的 量 要 足 以 熔 融 充 满 模 腔 对 溢 料 式 模 具 允 许 有 约 10% 的 损 失 ; 对 不 溢 式 模 具 允 许 有 约 3% 的 损 失 然 后 将 模 具 置 于 模 压 机 的 下 压 板 上, 闭 合 压 板, 在 接 触 压 力 ( 压 机 刚 好 闭 合 时 不 致 使 材 料 流 动 的 最 高 压 力 ) 下 对 材 料 预 热 5min, 然 后 施 加 全 压 ( 足 够 使 材 料 成 型 并 把 多 余 的 材 料 挤 出 的 压 力 )2min, 随 即 冷 却 在 预 热 和 热 压 期 间, 温 度 波 动 允 许 在 土 5 之 内 对 于 厚 度 为 2mm 的 试 片, 标 准 的 预 热 时 间 是 5min 对 较 厚 的 模 塑 件 预 热 时 间 应 相 应 调 整 (4) 冷 却 对 于 某 些 热 塑 性 塑 料 冷 却 速 率 影 响 其 最 终 性 能, 本 标 准 中 规 定 了 四 种 冷 却 方 法 ( 见 表 1.2-1) 冷 却 方 法 应 根 据 材 料 的 有 关 标 准 来 选 取, 若 无 标 准 或 约 定, 可 使 用 方 法 B 表 冷 却 方 法 冷 却 方 法 平 均 冷 却 速 率 冷 却 速 率 备 注 /min /h A 10±5 B 15±5 C 60±30 急 冷 D 5±0.5 缓 冷 (5) 从 压 塑 片 材 上 截 取 试 样 当 塑 性 塑 料 压 塑 片 材 成 型 冷 却 后, 选 取 表 面 无 缺 陷 的 片 材, 应 用 专 门 的 制 样 机 械 或 冲 压 加 工, 从 片 材 中 心 部 分 ( 离 模 片 周 边 宽 20mm 的 区 域 ) 制 取 试 样 试 样 几 何 形 状 按 照 测 试 的 相 应 标 准 规 定 选 取 试 样 的 机 械 加 工 参 照 ISO 标 准 进 行 二 热 固 性 模 塑 料 压 塑 试 样 制 备 热 固 性 模 塑 料 压 塑 试 样 制 备 参 照 国 家 标 准 GB 规 定 进 行 (1) 原 料 酚 醛 氨 基 热 固 性 模 塑 料 的 粉 粒 料 或 预 锭 件 (2) 设 备 最 好 选 用 有 两 种 闭 模 速 度 的 压 机, 快 速 闭 模 ( 如 150~300mm/s), 避 免 模 塑 料 在 闭 模 前 开 始 固 化 慢 速 闭 模 ( 如 5mm/s), 防 止 空 气 或 气 体 包 入 材 料 中 钢 制 模 具, 可 以 是 单 模 腔 或 多 模 腔, 全 压 式 或 半 全 压 式 结 构 图 为 全 压 式 单 模 腔 模 具 结 构 示 意 图 模 具 应 设 有 顶 出 销 或 活 动 底 模, 便 于 脱 模 模 具 工 作 表 面 应 具 有 8~ 9 的 光 洁 度, 并 镀 铬 两 块 试 样 定 型 板, 由 金 属 板 制 成, 其 面 积 与 试 样 相 同, 用 于 试 样 脱 模 后 的 冷 却 定 型 16

17 图 全 压 式 单 模 腔 模 具 结 构 1- 模 腔 2- 边 缘 斜 度 小 于 3 3- 测 温 孔 4- 间 隙 不 大 于 0.1mm 5- 空 腔 (3) 操 作 步 骤 1) 按 表 表 和 材 料 相 关 标 准, 确 定 模 塑 温 度 预 热 和 压 制 时 间 冷 却 方 式 模 塑 压 力 ( 表 压 )p0 与 模 塑 料 承 受 压 力 P 关 系 如 下 : P = F 10-6 /S F = p0 Sp 10 4 式 中 P 模 塑 料 承 受 压 力,MPa, 由 材 料 性 质 决 定, 可 从 塑 料 手 册 中 查 得 F 压 机 施 加 压 力,N; S 模 腔 投 影 总 面 积,cm 2 ; p0 油 压,MPa; Sp 活 塞 头 面 积,cm 2 由 P 关 系 式 可 求 出 模 塑 压 力 ( 表 压 )p0 2) 调 节 模 塑 温 度, 恒 定 温 度, 温 差 不 超 过 ±2 3) 用 点 温 计 测 量 模 腔 温 度 4) 按 试 样 体 积 称 取 所 需 的 模 塑 料 量 模 塑 料 量 = 试 样 体 积 模 制 件 密 度 ( 由 生 产 者 提 供 ) 十 损 耗 ( 损 耗 由 以 前 的 实 验 确 定 ) 5) 模 塑 料 需 要 预 热 者, 按 要 求 进 行 预 热 6) 装 料 例 如 粉 粒 料 或 预 锭 件 加 入 模 腔, 合 模, 必 要 时 排 气 7) 加 压 当 压 力 达 到 规 定 值 时, 开 动 计 时 装 置 8) 固 化 结 束, 卸 压, 脱 模, 立 即 取 出 试 样 并 置 于 试 样 定 形 板 上 冷 却 9) 检 查 模 制 件 是 否 符 合 要 求 ( 充 模 情 况 外 观 等 ) 未 经 预 热 的 材 料, 允 许 开 模 排 气, 对 程 序 控 制 压 机, 排 气 操 作 自 动 进 行 经 过 预 热 的 材 料 一 般 不 需 排 气, 除 非 产 品 标 准 中 有 规 定, 但 必 须 在 实 验 报 告 中 说 明 (4) 从 压 塑 片 材 上 截 取 试 样 从 压 塑 片 材 上 截 取 试 样 参 照 ISO 标 准 进 行 模 塑 料 种 类 项 目 和 条 件 表 模 塑 条 件 酚 醛 模 塑 料 细 粒 粗 粒 脲 醛 氨 基 模 塑 料 三 聚 氰 胺 - 甲 醛 通 用 食 用 17

18 预 处 理 干 燥 预 压 锭 高 频 预 热 排 气 模 塑 温 度, 压 力,PMa 如 试 样 进 行 电 性 能 测 试 允 许 允 许 允 许 允 许 可 以, 并 能 改 进 性 能, 缩 短 固 化 时 间 允 许 允 许 允 许 允 许 160±2 150±2 150±2 160±2 25~40 40~60 20~40 20~40 20~40 固 化 时 间,min/mm 1 0.5~ 数 据 处 理 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 总 离 不 开 利 用 量 具 或 仪 器 对 试 样 进 行 测 量, 并 对 测 得 值 进 行 计 算 和 分 析 如 何 确 定 测 量 的 精 确 度 误 差 测 得 值 的 有 效 位 数, 即 如 何 正 确 的 进 行 数 据 处 理, 这 直 接 关 系 到 实 验 数 据 的 可 靠 性, 是 一 个 很 重 要 的 问 题 测 量 误 差 所 谓 测 量, 是 为 了 确 定 被 测 对 象 的 量 值 而 进 行 的 实 验 过 程 测 量 方 法 可 分 为 下 列 几 种 : 1. 直 接 比 较 测 量 法 将 被 测 的 量 直 接 与 已 知 真 值 的 同 类 量 相 比 较 的 测 量 方 法 2. 微 差 测 量 法 将 被 测 的 量 与 同 它 的 量 值 只 有 微 小 差 别 的 同 类 已 知 量 相 比 较 并 测 出 这 两 个 量 值 间 的 差 值 的 一 种 测 量 方 法 3. 零 差 测 量 法 用 平 衡 法 确 定 被 测 量 值 的 测 量 方 法, 需 要 调 整 一 个 或 几 个 ( 或 已 知 其 值 的 ) 并 与 被 测 量 值 有 已 知 平 衡 关 系 的 量 4. 组 合 测 量 法 用 直 接 或 间 接 测 量 一 定 数 目 的 被 测 量 值 的 不 同 组 合, 求 解 这 些 不 同 组 合 的 方 法 组 来 确 定 这 些 量 值 的 一 种 测 量 方 法 5. 内 插 测 量 法 根 据 不 同 量 值 之 间 的 相 关 法 则 和 该 量 的 两 个 已 知 值, 来 确 定 位 于 该 两 个 已 知 值 间 的 待 测 量 值 的 一 种 方 法 6. 计 量 器 具 的 示 值 法 由 计 量 器 具 指 示 的 被 测 量 值 在 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 中, 最 常 用 的 是 计 量 器 具 的 示 值 法 用 这 种 方 法 进 行 测 量 时 可 能 存 在 器 具 误 差 ( 器 具 本 身 所 具 有 的 误 差 ) 调 整 误 差 ( 测 量 前 未 能 将 计 量 器 具 或 被 测 件 调 整 在 正 确 位 置 或 状 态 所 造 成 的 误 差 ) 观 测 误 差 读 数 误 差 视 差 和 估 读 误 差 因 此, 测 量 结 果 与 被 测 量 真 值 之 间 存 在 差 值, 即 测 量 误 差 测 量 误 差 可 以 用 绝 对 误 差 或 相 对 误 差 来 表 示 绝 对 误 差 = 测 量 结 果 被 测 量 的 真 值, 相 对 误 差 = 绝 对 误 差 / 被 测 量 的 真 值 有 时, 为 了 便 于 分 析 测 量 结 果, 将 偏 离 测 量 规 定 条 件 时 或 由 于 测 量 方 法 所 引 入 的 因 素, 并 按 照 某 确 定 规 律 引 起 的 误 差 称 为 系 统 误 差 ; 将 在 实 际 测 量 条 件 下, 多 次 测 量 同 一 量 值 时, 误 差 的 绝 对 值 和 符 号 以 不 可 预 定 方 式 变 化 着 的 误 差, 称 为 随 机 误 差 理 论 上, 对 已 定 系 统 误 差 可 用 修 正 值 来 消 除 测 量 结 果 中 的 系 统 误 差 大 小 的 程 度 可 用 测 量 的 正 确 度 表 示 用 测 量 的 精 密 度, 即 在 一 定 条 件 下 进 行 多 次 测 量 时, 所 得 测 量 结 果 彼 此 之 间 的 符 合 程 度 来 表 示 测 量 结 果 中 的 随 机 误 差 大 小 的 程 度 也 用 正 态 分 布 描 述 随 机 误 差 及 其 概 率 的 分 布 情 况 近 似 数 18

19 正 如 以 上 所 述, 测 量 值 以 及 对 其 进 行 计 算 的 所 得 值 均 为 近 似 值 ( 又 称 为 近 似 数 ) 因 此 在 进 行 实 验 数 据 处 理 时, 存 在 合 理 取 舍 所 得 数 字 位 数 的 问 题 对 那 些 小 于 测 量 误 差 的 数 字, 数 位 取 得 再 多 也 没 有 意 义, 而 且 计 算 复 杂 麻 烦 当 然 仅 为 了 计 算 方 便, 而 将 近 似 数 的 数 位 取 得 过 少, 甚 至 少 于 测 量 精 确 度, 就 极 为 不 合 理 一 近 似 数 截 取 通 常 用 四 舍 五 入 法 截 取 近 似 数 这 种 方 法 截 取 近 似 数 所 引 入 的 误 差, 就 其 绝 对 值 来 讲, 不 会 超 过 截 取 到 第 n 个 数 位 上 的 半 个 单 位 例 如 , 截 取 成 5.355, 截 取 到 第 4 位, 其 误 差 的 绝 对 值 为 : =0.0004< = 二 有 效 数 字 确 定 有 效 数 字 系 指 当 截 得 近 似 数 的 绝 对 误 差 是 末 位 上 的 半 个 单 位 时, 这 个 近 似 数 从 第 1 个 不 为 零 的 数 字 起, 到 这 个 数 位 止 的 所 有 数 字 一 个 近 似 数 有 几 个 有 效 数 字, 就 叫 这 个 近 似 数 有 几 个 有 效 位 数 例 如 为 四 位 有 效 数, 为 五 位 有 效 数 在 处 理 实 验 数 据 时, 要 求 确 定 有 效 数 字 后 的 绝 对 误 差 一 定 要 与 测 量 精 度 相 一 致 三 近 似 数 的 运 算 近 似 数 经 过 加 减 乘 除 乘 方 和 开 方 运 算 后, 其 有 效 数 字 应 按 以 下 规 则 确 定 : 1. 在 近 似 数 相 加 ( 加 数 不 超 过 10 个 ) 或 相 减 时, 小 数 位 数 较 多 的 近 似 数, 只 要 求 比 小 数 位 数 最 少 的 那 个 数 多 保 留 一 位, 其 余 按 四 舍 五 入 法 均 将 它 们 截 去, 然 后 进 行 运 算, 在 计 算 的 结 果 里, 应 保 留 的 小 数 位 数 和 原 来 近 似 数 的 小 数 位 数 最 少 的 那 个 数 的 位 数 相 同 2. 当 两 个 近 似 数 相 乘 或 相 除 时, 有 效 数 字 较 多 的 近 似 数, 只 要 比 有 效 数 字 少 的 那 个 多 保 留 一 位, 其 余 的 均 舍 去 在 计 算 的 结 果 中, 从 第 一 个 不 是 零 的 数 字 起, 应 保 留 的 数 字 的 位 数 和 原 来 近 似 数 里 有 效 数 字 最 少 的 那 个 相 同 3. 对 近 似 数 进 行 乘 方 或 开 方 时, 计 算 的 结 果 从 第 1 个 不 是 零 的 数 字 起, 应 保 留 的 数 字 和 原 来 近 似 数 的 有 效 数 字 的 位 数 相 同 4. 在 多 步 运 算 时, 中 间 步 骤 计 算 的 结 果, 所 保 留 的 数 字 要 比 上 面 的 规 定 多 取 一 位 5. 对 于 一 些 无 穷 小 数 ( 无 理 数 ) 参 于 的 运 算, 则 应 根 据 需 要 而 取 对 于 在 求 算 术 平 均 值 时, 如 果 是 四 个 以 上 的 数 进 行 平 均, 则 平 均 值 的 有 效 位 数 可 多 取 一 位 因 为 平 均 值 的 误 差 要 比 其 他 任 何 一 个 数 的 误 差 小 在 对 于 测 量 结 果 和 评 定 这 个 测 量 结 果 的 精 确 度 时, 它 们 的 末 位 应 取 得 一 致, 如 3.64± 125 应 写 成 :3.64 土 数 据 分 析 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 中, 常 用 的 数 据 分 析 表 示 法 有 以 下 几 种 : 一 算 术 平 均 值 与 均 方 根 偏 差 算 术 平 均 值 为 一 个 量 的 n 个 测 得 值 的 代 数 和 除 以 n 而 得 的 商 算 术 平 均 值 ā 用 可 表 示 为 : ā=σai/ n 1 n 或 ā= (a 1 +a 2 + +a n ) 式 中 ai 测 量 列 中 单 次 测 量 的 测 得 值 ; 符 号 表 示 对 所 有 ai (i=l,2,,n) 求 和 ; 19

20 均 方 根 偏 差 也 称 测 量 列 中 单 次 测 量 的 标 准 偏 差, 是 表 征 同 一 被 测 量 值 的 n 次 测 量 所 得 结 果 的 分 散 性 的 参 数, 并 按 下 式 计 算 : σ=[(σdi 2)/ n] 1/2 式 中 n 测 量 次 数 ( 应 充 分 大 ); di 测 得 值 与 被 测 的 量 的 真 值 之 差 ; 2 符 号 表 示 对 所 有 di (i=l,2,,n) 求 和 ; 实 际 上, 在 有 限 次 测 量 的 情 况 下, 用 残 余 误 差 Vi 代 替 di, 并 按 下 列 公 式 计 算 标 准 偏 差 的 估 计 值 : σ=[(σvi 2)/ (n-1)] 1/2 其 中, 残 余 误 差 Vi 为 测 量 列 中 的 一 个 测 得 值 ai 和 该 列 的 算 术 平 均 值 ā 单 次 测 量 的 标 准 偏 差 之 间 的 差, 即 Vi=ai-ā 二 正 态 分 布 正 态 分 布 又 称 高 斯 分 布, 是 测 量 误 差 理 论 中 常 见 的 一 种 误 差 分 布 方 式, 用 以 描 述 随 机 误 差 及 其 概 率 的 分 布 情 况, 其 概 率 分 布 曲 线 用 下 列 函 数 来 表 示 : δ 2 /2σ 2 f(δ)= e / [σ(2π) 1/2 ] 式 中 f(δ) 误 差 为 δ 所 出 现 的 概 率 分 布 密 度 ; δ 随 机 误 差 ; σ 标 准 偏 差 ; e 自 然 对 数 的 底 三 实 验 曲 线 当 需 用 实 验 数 据 绘 图 时, 通 常 将 数 据 描 出 的 点 作 为 节 点, 由 节 点 连 成 线 段 有 时, 为 了 使 实 验 结 果 的 变 化 趋 势 看 起 来 更 加 细 微, 往 往 要 对 所 连 的 实 验 线 段 进 行 光 滑 处 理, 最 后 得 到 光 滑 的 实 验 曲 线 这 些 处 理 方 法 有 回 归 法 滑 动 平 均 法 和 拟 合 法 等 目 前 随 着 计 算 机 运 用 的 广 泛 普 及, 出 现 了 一 些 有 用 的 计 算 软 件 专 门 用 于 处 理 实 验 数 据, 即 绘 制 实 验 曲 线 软 件, 例 如 Oring6.0 绘 图 软 件, 使 用 起 来 很 方 便 1.4 影 响 实 验 结 果 的 因 素 影 响 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 结 果 的 因 素 很 多, 可 概 括 为 原 材 料 制 样 和 测 试 条 件 三 个 方 面 因 素 原 材 料 因 素 高 分 子 材 料 常 常 由 树 脂 和 添 加 剂 组 成 高 分 子 材 料 的 基 本 性 能 随 树 脂 和 添 加 剂 品 种 牌 号 及 其 用 量 而 异 树 脂 品 种 牌 号 代 表 了 一 定 的 树 脂 合 成 工 艺 路 线 分 子 量 大 小 及 分 布 支 化 度 大 分 子 链 结 构 共 聚 添 加 剂 品 种 和 用 量 等 信 息, 因 此 不 同 牌 号 的 树 脂, 甚 至 不 同 厂 家 生 产 的 同 一 牌 号 树 脂, 其 性 能 可 能 有 较 大 差 异 加 之, 为 了 便 于 加 工 和 改 善 材 料 的 性 价 比, 需 加 入 各 种 添 加 剂, 最 终 所 得 高 分 子 材 料 的 某 些 性 能 明 显 优 于 树 脂 而 添 加 剂 的 品 级 生 产 工 艺 包 装 储 存 等 情 况 对 添 加 剂 在 高 分 子 材 料 中 的 功 效 有 显 著 影 响, 故 在 高 分 子 材 料 加 工 实 验 结 果 20

21 中, 很 有 必 要 注 明 所 用 原 材 料 牌 号 品 级 生 产 厂 家 组 成 配 比 等 原 材 料 信 息 制 样 因 素 在 高 分 子 材 料 加 工 实 验 中 所 用 的 实 验 试 样 的 几 何 形 态 有 粉 状 粒 状 板 片 膜 丝 和 条 棒 等 制 备 实 验 试 样 的 方 法 条 件 和 设 备 均 会 通 过 试 样 的 受 热 历 史 受 力 历 史 分 散 状 态 差 异, 影 响 实 验 试 样 的 加 工 性 微 观 结 构 及 宏 观 性 能 因 此, 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 需 按 一 定 的 实 验 约 定 或 根 据 一 定 的 测 试 标 准 所 规 定 的 方 法 和 条 件, 制 备 标 准 测 试 试 样, 并 注 明 制 备 试 样 所 用 的 方 法 条 件 设 备 型 号 器 具 等 例 如 挤 出 成 型 硬 制 品 用 PVC 混 合 粉 料, 可 直 接 从 生 产 厂 家 购 进, 也 可 自 己 配 制, 无 论 以 何 种 方 式 得 到 粉 状 试 样, 都 必 须 在 实 验 报 告 中 注 明 混 合 方 法 ( 高 速 热 混 合 高 速 热 混 合 + 低 速 冷 混 合 或 捏 合 ) 设 备 型 号 混 合 时 间 和 温 度 包 装 储 存 时 间 环 境 又 例 如 测 试 高 密 度 聚 乙 烯 抗 拉 强 度 试 样, 可 从 板 材 片 棒 或 制 品 上 直 接 裁 取, 也 可 直 接 用 注 射 等 成 型 方 法 成 型 用 前 一 种 方 法 得 到 试 样 的 测 试 结 果 不 仅 与 成 型 板 材 片 棒 或 制 品 的 模 具 结 构 成 型 机 器 及 成 型 温 度 成 型 压 力 冷 却 速 度 等 工 艺 有 关, 而 且 还 与 裁 取 试 样 所 用 器 具 裁 取 速 度 试 样 整 修 等 有 关 而 用 后 一 种 方 法 获 取 试 样, 影 响 测 试 结 果 的 因 素 相 对 简 单 较 少 另 外, 试 样 的 几 何 尺 寸 也 会 明 显 影 响 实 验 结 果 试 样 几 何 尺 寸 的 影 响 又 称 尺 寸 效 应 它 是 由 试 样 内 在 微 观 缺 陷 和 微 观 不 同 性 而 引 起 微 观 缺 陷 系 指 : 试 样 在 制 备 或 加 工 过 程 中, 受 到 热 力 或 其 它 因 素 作 用 而 产 生 的 显 微 隙 缝 ( 试 样 表 面 最 容 易 损 伤 ) 微 观 不 同 性 指 结 构 上 存 在 的 缺 陷 或 不 均 匀 性 微 观 缺 陷 在 试 样 受 力 过 程 中 会 增 长 延 伸, 直 接 影 响 强 度 和 塑 性 变 形 微 观 不 同 性 会 导 致 与 力 学 性 质 取 向 结 构 分 子 量 不 相 同 的 微 区 域 相 关 的 一 些 材 料 性 能 测 定 存 在 差 异, 如 热 性 能 光 学 性 能 声 学 性 能 电 性 能 等 故 在 高 分 子 材 料 加 工 工 程 实 验 报 告 中, 尤 其 是 测 定 所 列 举 的 性 能 项 目, 需 注 明 试 样 尺 寸 或 测 试 标 准 试 样 体 积 或 表 面 积 愈 大, 微 观 缺 陷 出 现 的 机 率 则 愈 大, 故 从 理 论 上 讲, 大 试 样 的 强 度 结 果 会 比 小 试 样 结 果 低 由 于 试 样 在 制 备 过 程 中 总 会 产 生 一 些 内 应 力, 为 了 避 免 这 种 残 余 应 力 对 测 试 结 果 的 影 响, 在 实 验 之 前, 可 根 据 高 分 子 材 料 性 质, 选 择 性 地 对 试 样 进 行 退 火 处 理 退 火 处 理 条 件 取 决 于 高 分 子 材 料 性 质 组 成 成 型 过 程 及 结 构, 原 则 上 退 火 温 度 比 材 料 的 玻 璃 化 温 度 约 高 (5~ 10 ), 退 火 过 程 中 试 样 不 能 发 生 变 形, 退 火 效 果 很 大 程 度 上 由 退 火 时 间 决 定 测 试 条 件 测 试 环 境 条 件 包 括 测 试 温 度 湿 度 试 样 的 状 态 和 变 形 速 率 以 及 测 试 设 备 状 况 等 测 试 温 度 和 湿 度 对 测 试 结 果 的 影 响 程 度 取 决 于 所 测 性 能 项 目 和 试 样 材 料 一 般 而 言, 热 塑 性 塑 料 比 热 固 性 塑 料 更 敏 感, 耐 热 性 低 的 比 耐 热 性 高 的 更 敏 感 例 如 聚 氯 乙 烯 在 10 测 定 的 拉 伸 强 度 比 在 30 下 测 定 的 拉 伸 强 度 高 15% 由 此 看 来, 测 试 温 度 湿 度 标 准 化 很 有 必 要 同 理, 试 样 的 环 境 状 态 也 应 标 准 化 当 试 样 制 备 之 后, 测 试 之 前, 均 应 进 行 状 态 调 节 目 前 国 内 外 各 类 标 准 对 标 准 状 态 调 节 的 条 件 规 定 都 相 同 在 温 度 23, 相 对 湿 度 50%, 气 压 86~106kPa 条 件 下, 放 置 时 间 24h 对 于 某 些 比 较 特 殊 的 材 料 如 聚 酰 胺 和 玻 纤 增 强 的 热 塑 性 塑 料 的 力 学 性 能 受 吸 湿 影 响, 需 进 行 特 殊 状 态 调 节 由 于 高 分 子 材 料 属 粘 弹 性 材 料, 具 有 明 显 的 形 变 滞 后 应 力 松 弛 蠕 变 绝 缘 等 现 象, 因 此 试 样 的 变 形 速 率 对 测 定 高 分 子 材 料 对 外 界 响 应 性 能 结 果 有 极 大 的 影 响 各 类 相 关 性 能 测 试 标 准 均 已 按 材 料 类 别 性 能 类 别 一 一 作 了 规 定, 实 验 操 作 时 必 须 按 规 定 条 件 进 行, 以 保 证 实 验 数 据 结 果 的 重 复 性 和 可 比 性 21

22 1.5 安 全 知 识 在 实 验 过 程 中 或 在 实 验 室 里 遇 到 突 发 的 实 验 事 故 时, 应 立 即 采 取 应 对 措 施 现 场 人 员 意 外 受 到 危 险 化 学 品 伤 害 和 玻 璃 划 伤 当 人 皮 肤 接 触 了 剧 毒 中 等 毒 品 有 害 品 或 腐 蚀 品 时, 应 立 即 脱 去 衣 着, 用 大 量 水 冲 洗 至 少 15min 就 医 当 人 眼 睛 接 触 接 触 了 剧 毒 中 等 毒 品 有 害 品 或 腐 蚀 品 时, 应 立 即 提 起 眼 睑 用 大 量 流 动 清 水 或 生 理 盐 水 冲 洗 眼 睛 至 少 15min 就 医 当 人 吸 入 剧 毒 中 等 毒 品 有 害 品 或 腐 蚀 品 时, 应 迅 速 撤 离 现 场 到 空 气 新 鲜 处 ; 如 呼 吸 困 难, 应 供 给 输 氧 ( 如 有 适 当 的 解 毒 剂, 立 即 服 用 ), 必 要 时 进 行 人 工 呼 吸 就 医 当 人 某 部 位 被 玻 璃 割 伤 时, 如 果 为 一 般 轻 伤, 应 及 时 挤 出 污 血, 并 用 消 毒 过 的 镊 子 取 出 玻 璃 碎 片, 用 蒸 馏 水 洗 净 伤 口, 贴 上 创 可 贴 ; 如 果 为 大 伤 口, 应 立 即 用 绷 带 扎 紧 伤 口 上 部, 使 伤 口 停 止 出 血, 急 送 医 疗 所 火 灾 及 火 伤 在 实 验 室 里 操 作 和 处 理 易 爆 易 燃 溶 剂 时, 应 远 离 火 源 所 有 仪 器 设 备 在 使 用 前 一 定 按 操 作 说 明 书 安 装 调 试 检 查 一 旦 发 生 火 灾 事 故, 应 首 先 切 断 电 源, 然 后 迅 速 将 周 围 易 着 火 的 东 西 移 开 有 机 物 着 火 燃 烧 时, 应 向 火 源 撒 沙 子 用 石 棉 布 覆 盖 火 源 以 及 使 用 灭 火 器, 在 大 多 数 情 况 下, 严 禁 用 水 灭 火 衣 服 着 火 时, 应 立 刻 用 石 棉 布 覆 盖 着 火 处 或 迅 速 将 衣 服 脱 下 ; 若 火 势 较 大, 应 在 呼 救 的 同 时, 立 刻 卧 地 打 滚, 绝 不 能 用 水 浇 泼 如 果 人 体 被 烧 伤 或 烫 伤, 在 伤 处 涂 以 苦 味 酸 溶 液 玉 树 油, 兰 油 烃 或 硼 酸 油 膏 ; 如 为 重 伤, 立 即 送 往 医 院 爆 炸 某 些 化 合 物 容 易 爆 炸, 例 如 有 机 过 氧 化 物 芳 香 族 多 硝 基 化 合 物 和 硝 酸 酯 等, 受 热 或 敲 击 均 会 爆 炸 芳 香 族 多 硝 基 化 合 物 不 宜 在 烘 箱 内 干 燥 乙 醇 和 浓 硝 酸 混 合 在 一 起, 会 引 起 极 强 烈 的 爆 作 因 此 应 尽 可 能 将 易 燃 易 爆 物 品 分 隔 存 放 在 通 风 阴 凉 处 若 发 生 爆 炸, 应 立 即 切 断 电 源, 撤 离 现 场, 拨 打 119 报 警 22

23 第 二 章 高 分 子 材 料 成 型 工 艺 性 能 测 试 2.1 水 分 一 实 验 目 的 通 过 本 实 验 使 学 生 了 解 高 分 子 材 料 吸 湿 特 性 含 水 量 测 定 方 法 及 原 理 二 实 验 原 理 高 分 子 材 料 含 水 量 过 高 时, 对 其 制 品 的 外 观 质 量 力 学 性 能 电 性 能 光 学 性 能 以 及 成 型 性 能 都 会 产 生 不 良 影 响 因 此, 在 高 分 子 材 料 成 型 加 工 中 往 往 要 控 制 树 脂 或 塑 料 的 含 水 量, 必 要 时 还 应 考 虑 尽 可 能 地 除 去 水 份 以 保 制 品 质 量 要 求 用 来 测 定 塑 料 水 份 的 方 法 很 多 : 诸 如 干 燥 失 重 法 蒸 气 测 压 法 溶 剂 共 沸 蒸 馏 法 卡 尔 费 休 滴 定 法 以 及 气 相 色 谱 红 外 光 谱 等 仪 器 分 析 法 对 不 同 的 塑 料, 由 于 各 种 方 法 的 特 殊 性 ( 高 温 下 的 化 学 反 应 被 测 聚 合 物 的 难 溶 解 与 试 剂 的 某 些 副 反 应 干 扰 等 ), 其 适 用 范 围 都 有 一 定 限 制 干 燥 失 重 法 简 单 方 便, 不 需 特 殊 仪 器 装 置, 但 干 燥 过 程 常 常 是 在 较 长 时 间 的 高 温 下 进 行, 对 于 耐 热 性 差 的 某 些 塑 料 易 造 成 过 热 分 解 而 产 生 挥 发 性 物 质 ; 对 另 一 些 塑 料 还 有 可 能 进 一 步 发 生 缩 聚 反 应 而 放 出 水, 致 使 实 验 结 果 偏 高 其 次, 由 于 树 脂 中 或 多 或 少 含 有 一 定 量 的 未 聚 合 体, 因 此 在 干 燥 失 重 的 挥 发 物 中, 水 并 不 是 唯 一 的 组 份 卡 尔 费 休 滴 定 法 是 普 遍 采 用 的 微 量 水 份 测 定 方 法, 对 大 多 数 的 有 机 物 和 无 机 物 中 水 的 分 析 都 能 成 功 此 方 法 被 广 泛 用 于 测 定 塑 料 含 水 量, 它 具 有 反 应 专 一 灵 敏 度 高 等 特 点 不 过 这 种 方 法 实 验 操 作 较 麻 烦, 尤 其 是 对 某 些 能 和 卡 尔 费 休 试 剂 起 反 应 的 聚 合 物 不 能 直 接 滴 定, 必 须 将 试 剂 的 配 方 或 操 作 过 程 进 行 相 应 的 改 进, 方 能 得 到 良 好 的 效 果 本 实 验 采 用 的 蒸 汽 测 压 法 其 实 验 原 理 为 : 将 高 分 子 材 料 试 样 置 于 密 闭 的 真 空 系 统 中, 系 统 加 热 温 度 恒 定 在 高 于 该 系 统 压 力 下 水 的 沸 点 的 某 一 温 度 下, 塑 料 中 的 水 受 热 汽 化 使 容 器 系 统 压 力 升 高, 其 压 力 升 高 值 通 过 一 准 确 压 力 计 ( 经 参 比 物 校 正 ) 计 量, 即 测 出 该 试 样 的 含 水 量 测 压 法 快 速 灵 敏 度 较 高 适 应 广 泛 但 测 压 法 因 压 力 的 升 高 有 可 能 来 源 于 高 分 子 材 料 中 其 它 的 挥 发 性 组 份 因 此, 测 压 法 与 干 燥 失 重 法 具 有 类 似 的 局 限 性, 当 被 测 塑 料 仅 含 少 量 挥 发 性 成 份 且 在 测 定 温 度 下 不 明 显 降 解 时, 此 方 法 可 得 到 较 准 确 的 结 果 三 实 验 原 料 及 试 剂 PC PA PE 等 树 脂 或 塑 料 蒸 馏 水 和 指 示 剂 ( 液 体 石 蜡 ) 四 实 验 设 备 (1) 主 要 实 验 设 备 为 压 差 式 水 份 测 定 装 置, 见 图

24 图 水 份 测 定 装 置 示 意 图 1 实 验 综 合 控 制 仪 2 油 浴 3 试 样 4 温 度 计 5a 5b 缓 冲 瓶 6 U 形 管 7a 7b 阀 门 8 真 空 泵 (2) 其 他 实 验 用 具 玻 璃 毛 细 管 10 只, 医 用 注 射 器 (10ml)1 支, 天 平 ( 感 量 )1 台, 磁 铁 小 铁 块 酒 精 喷 灯 等 实 验 用 工 具 五 实 验 步 骤 (1) 选 择 压 力 计 内 指 示 剂 压 力 计 内 所 用 指 示 剂 一 般 应 选 用 密 度 挥 发 性 和 热 膨 胀 系 数 小, 与 水 不 发 生 作 用 且 稳 定 性 好 的 油 状 液 体 本 实 验 采 用 液 体 石 蜡 作 指 示 剂, 测 量 精 度 较 高, 可 考 虑 适 当 减 小 压 力 计 的 U 形 管 管 径 (2) 标 定 仪 器 常 数 K K 值 的 大 小 与 参 比 物 的 特 性 测 定 条 件 和 测 试 仪 器 的 灵 敏 度 有 直 接 关 系 可 用 的 参 比 物 除 纯 水 外 还 可 用 胆 矾 (CuSO 4 5H 2 O) 等, 本 实 验 采 用 不 等 量 纯 水 来 测 定 气 压 差, 作 图 求 得 K, 其 标 定 步 骤 如 下 : 1) 将 一 组 (4 只 以 上 ) 玻 璃 毛 细 管 洗 净 烘 干, 在 酒 精 喷 灯 上 先 封 闭 管 的 一 端, 依 次 编 号 称 重 ( 准 确 至 g), 随 后 用 注 射 器 在 毛 细 管 中 分 别 注 入 不 等 量 (0.001~0.01g) 的 蒸 馏 水, 细 心 地 熔 封 管 的 另 一 端 再 分 别 称 量 已 封 装 的 毛 细 管, 计 算 出 各 管 中 蒸 馏 水 的 质 量 ( 准 确 至 g) 2) 在 U 形 管 压 力 计 内 装 入 一 定 量 的 液 体 石 蜡, 把 一 只 已 装 水 封 端 的 毛 细 管 和 一 小 铁 块 同 时 装 入 磨 口 玻 管 中, 按 图 接 入 实 验 装 置 系 统 3) 检 查 系 统 密 封 状 况, 首 先 观 测 各 器 件 是 否 连 接 良 好 并 及 时 调 整 至 工 作 状 态, 然 后 开 启 管 道 上 的 阀 7a, 启 动 真 空 泵, 再 缓 慢 开 启 阀 7b 当 真 空 表 的 液 位 差 约 1mmHg 时, 关 闭 阀 7b, 停 止 抽 真 空 且 随 即 关 闭 阀 7a( 此 时 U 形 管 内 两 液 面 应 稳 定 在 同 一 水 平 上 ) 4) 将 实 验 综 合 控 制 仪 ( 即 控 温 加 热 电 压 调 节 器 ) 的 两 只 传 感 器 插 头 分 别 插 入 该 仪 器 控 制 Rt 和 显 示 Rt 插 座, 同 时 将 传 感 器 插 入 油 浴 缸 的 50mm 深 处, 且 把 带 插 头 的 电 源 线 一 端 插 入 该 仪 器 电 源 插 座, 另 一 端 与 50Hz 220V 电 源 接 通 再 把 温 度 调 节 旋 钮 调 到 予 定 的 控 温 刻 度 上 ( 使 用 时 详 见 该 仪 器 说 明 书 ), 加 热 油 浴 至 实 验 温 度 ±1 5) 在 已 加 热 的 玻 管 外 用 一 磁 铁 吸 起 管 内 的 小 铁 块, 让 它 下 落 击 碎 装 水 的 毛 细 管 瞬 间, 释 放 出 的 汽 化 压 力 将 使 压 力 计 内 两 液 面 出 现 高 度 差 恒 温 20min( 油 浴 温 度 应 控 制 在 实 验 温 度 ±1 ), 待 液 位 稳 定 后 记 录 下 液 位 差 值 h 1 开 启 三 通 阀 排 空, 最 后 截 断 电 源 6) 再 将 另 一 只 已 装 水 封 端 的 毛 细 管 和 同 一 铁 块 装 入 玻 管 中, 重 复 上 述 操 作 过 程, 测 得 另 一 液 位 差 值 h 2 依 此 类 推 可 测 得 各 对 应 的 液 位 差 值 hi, 分 别 记 录 填 入 表 中, 按 Ki 式 计 算 出 各 对 应 的 Ki 值, 再 求 其 算 术 平 均 值 K (g/mm) 或 利 用 仪 器 特 性 曲 线 的 斜 率 也 可 得 到 仪 器 常 数 K 7) 标 定 完 毕 后, 把 小 铁 块 放 回 装 置 系 统 ( 缓 冲 瓶 ) 中, 以 减 小 测 试 塑 料 时 的 实 验 误 差 项 目 序 号 表 标 定 仪 器 常 数 K 实 验 记 录

25 蒸 馏 水 的 质 量 Wi,g 液 位 差 值 h1,mm 仪 器 常 数 Ki, g/mm (3) 高 分 子 材 料 含 水 量 的 测 定 在 天 平 上 称 取 1~2g( 其 量 随 试 料 不 同 而 异, 准 确 至 g) 试 样, 加 入 玻 管 中, 按 图 接 入 实 验 装 置 系 统 在 与 标 定 仪 器 常 数 K 相 同 的 操 作 步 骤 下 检 查 系 统 密 闭 情 况, 备 好 加 热 控 温 部 件, 用 大 于 该 系 统 压 力 下 水 的 沸 点, 小 于 试 样 熔 点 的 温 度 加 热 玻 管, 使 玻 管 内 试 样 所 含 水 份 被 蒸 出 让 其 恒 温 20 分 待 V 形 管 内 液 位 差 稳 定 后, 读 取 其 差 值 h 然 后, 打 开 三 通 阀 解 除 真 空, 切 断 电 源, 实 验 完 毕 六 实 验 结 果 (1) 计 算 法 求 Ki Ki = Wi Δhi 式 中 Ki 每 次 测 样 计 算 出 的 仪 器 常 数 (g/mm); Wi 每 次 所 测 液 位 差 值 (mm) (2) 试 样 含 水 量 X KΔh X = 100% W 式 中 X 试 样 水 份 百 分 含 量,%; K 仪 器 常 数 的 平 均 值,g/mm; h 液 位 差 值,mm; W 试 样 质 量,g (3) 同 批 高 分 子 材 料 的 含 水 量 重 复 测 定 三 次 以 上, 取 其 算 术 平 均 值 作 为 结 果, 保 留 4 位 有 效 数 字 七 实 验 报 告 实 验 报 告 应 包 括 下 列 内 容 : (1) 实 验 名 称 要 求 和 实 验 原 理 ; (2) 实 验 仪 器 原 材 料 名 称 型 号 生 产 厂 商 ; (3) 实 验 操 作 步 骤 ; (4) 实 验 条 件 ( 标 准 ) 和 实 验 结 果 记 录 ; (5) 异 常 实 验 现 象 的 记 录 及 其 原 因 分 析 ; (6) 解 答 思 考 题 八 思 考 题 1 高 分 子 材 料 中 的 水 分 是 如 何 产 生 的? 如 何 尽 量 减 少 高 分 子 材 料 中 的 含 水 量? 2 水 分 测 定 中, 有 哪 些 操 作 条 件 影 响 测 定 结 果 的 准 确 性? 25

26 2.2 密 度 高 分 子 材 料 的 密 度 是 表 征 其 物 理 性 质 的 一 个 重 要 参 数, 它 受 聚 合 物 的 化 学 结 构 和 形 态 结 构 以 及 高 分 子 材 料 组 成 的 影 响, 尤 其 是 结 晶 性 的 聚 合 物, 密 度 与 表 征 内 部 结 构 规 整 程 度 的 结 晶 度 有 密 切 的 关 系 密 度 的 测 定 可 用 来 计 算 聚 合 物 的 结 晶 度, 配 合 其 它 实 验 技 术 以 探 索 聚 合 物 的 结 构 和 性 能 特 征 另 外, 从 结 构 和 质 量 的 变 化 可 鉴 别 不 同 塑 料 及 其 复 合 物 的 组 成 与 分 散 状 况, 从 而 控 制 高 分 子 材 料 性 质 评 价 其 使 用 范 围 在 生 产 上 往 往 利 用 密 度 来 计 算 高 分 子 材 料 的 比 强 度 和 体 积 成 本 以 及 控 制 产 品 质 量 测 定 密 度 常 见 的 方 法 有 比 重 瓶 法 浸 渍 法 分 析 天 平 法, 膨 胀 计 法 密 度 梯 度 法 以 及 折 射 法 等 各 种 方 法 的 测 试 原 理 和 适 应 性 有 所 不 同, 使 用 的 仪 器 设 备 操 作 难 易 和 精 确 程 度 也 有 差 异 例 如 比 重 瓶 法 是 用 称 重 来 测 定 被 测 试 样 所 置 换 的 液 体 体 积, 它 既 可 测 液 体 密 度 也 可 测 固 体 密 度, 在 测 固 体 密 度 时, 所 用 参 比 物 必 须 是 对 被 测 固 体 不 发 生 化 学 作 用, 不 溶 解 也 不 溶 胀, 挥 发 性 小 且 密 度 已 知 的 水 或 其 它 液 体 高 分 子 材 料 粉 状 粒 状 片 状 或 纤 维 状 物 料 在 自 然 堆 砌 时, 单 位 体 积 的 质 量 称 为 堆 砌 密 度, 又 称 表 观 密 度 堆 砌 密 度 衡 量 着 树 脂 或 塑 料 相 对 松 散 性 和 相 对 体 积 大 小, 因 此 在 高 分 子 材 料 成 型 加 工 中, 有 时 了 解 材 料 的 堆 砌 密 度 指 标 很 重 要 本 实 验 通 过 测 定 高 分 子 材 料 密 度 和 堆 砌 密 度, 使 学 生 了 解 密 度 梯 度 法 原 理 及 仪 器 操 作 程 序 ; 掌 握 正 确 测 定 高 分 子 材 料 密 度 及 其 堆 砌 密 度 的 方 法 材 料 密 度 一 实 验 原 理 密 度 梯 度 法 是 采 用 一 定 的 实 验 技 术, 在 细 而 长 的 玻 管 内, 放 入 不 同 密 度 的 可 互 相 混 合 的 两 种 轻 重 液 体 ( 密 度 大 者 为 重 液, 小 者 为 轻 液 ), 使 在 接 触 界 面 互 相 扩 散 达 到 沉 降 平 衡, 配 制 成 密 度 由 上 而 下 递 增 的 并 呈 连 续 分 布 的 密 度 梯 度 混 合 液 柱 ( 即 密 度 梯 度 管 ) 配 制 时 将 一 组 已 知 密 度 的 玻 璃 小 球 投 入 管 中, 标 定 其 在 液 柱 中 的 高 度, 即 得 有 关 的 二 元 混 合 液 的 密 度 与 液 柱 高 度 的 标 定 曲 线 然 后 向 恒 温 管 中 投 放 被 测 试 样, 根 据 悬 浮 原 理, 当 试 样 稳 定 地 悬 浮 于 液 柱 中 某 位 置 时, 此 位 置 的 液 层 密 度 正 好 就 是 该 试 样 的 密 度 密 度 梯 度 法 能 在 一 个 相 当 范 围 内 同 时 测 定 不 同 密 度 的 试 样, 对 密 度 相 差 极 小 的 试 样 更 是 一 种 灵 敏 度 较 高 的 测 试 技 术 二 试 样 及 试 剂 各 种 高 分 子 材 料 液 体 固 体 固 体 试 样 颗 粒 大 小 以 能 准 确 测 量 体 积 中 心 位 置 且 不 致 搅 动 梯 度 管 为 宜, 要 求 试 样 清 洁 表 面 光 滑 无 裂 缝 无 凹 陷 气 泡 等 缺 陷 对 于 测 定 高 分 子 材 料 制 品 密 度, 在 切 割 制 样 时, 应 防 止 外 应 力 引 起 试 样 的 密 度 变 化 蒸 馏 水 工 业 乙 醇 苯 四 氯 化 碳 等 试 剂 本 次 实 验 测 定 共 聚 聚 丙 烯 粒 料 的 密 度 三 实 验 设 备 (1) 密 度 梯 度 管 测 定 仪 本 实 验 采 用 密 度 测 定 仪, 其 装 置 示 意 图 见 图 该 仪 器 主 体 结 构 是 由 密 度 梯 度 管 恒 温 水 浴 控 温 测 量 电 器 系 统 等 部 件 组 成 三 支 梯 度 管 由 有 机 玻 璃 底 座 垂 直 固 定 在 水 浴 缸 中, 玻 璃 浴 缸 内 盛 蒸 馏 水, 由 插 入 水 浴 中 的 热 敏 电 阻 传 感 元 件 发 出 电 讯 号 达 到 控 温 和 测 温 指 示 梯 度 管 内 备 有 不 锈 钢 网, 可 通 过 顶 部 电 机 传 动 以 实 现 匀 速 提 升 或 下 降 捞 取 试 样 而 不 至 破 坏 密 度 梯 度 的 目 的 该 仪 器 的 主 要 技 术 指 标 为 : 带 磨 口 梯 度 管 容 量 400ml ; 标 准 密 度 玻 璃 球 26

27 0.8000~16000g/cm 3, 间 隔 0.003g/cm 3, 精 确 度 ±0.0002g/cm 3, 可 在 20~23 使 用 ; 温 度 控 图 密 度 测 定 仪 示 意 图 图 密 度 梯 度 管 测 定 装 置 示 意 图 1 玻 箱 恒 温 水 浴 2 梯 度 管 3 搅 拌 器 4 温 度 计 5 接 点 温 度 计 6 加 热 器 制 10~50 ; 恒 温 水 浴 温 度 波 动 ±0.2 (2) 其 他 实 验 用 具 玻 璃 联 通 瓶 2 个 ; 磁 力 搅 拌 器 1 套 ; 密 度 计 1 组, 分 度 为 0.001g/cm 3 ; 测 高 仪, 注 射 器 移 液 管 量 筒 细 玻 管 塑 料 细 管 夹 子 等 实 验 用 具 四 实 验 步 骤 (1) 测 试 前 的 准 备 1) 梯 度 管 内 液 体 的 选 择 在 试 样 的 密 度 范 围, 梯 度 管 内 液 体 应 能 满 足 : 不 被 试 样 吸 收, 不 与 试 样 起 化 学 反 应, 两 种 液 体 能 以 任 何 比 例 相 互 混 合, 混 合 时 不 发 生 化 学 作 用, 混 合 体 积 具 有 加 和 性, 粘 度 和 挥 发 性 必 须 很 低 且 价 廉 易 得 常 用 的 密 度 梯 度 管 二 元 混 合 体 系 如 表 所 列, 可 按 试 样 选 用 二 元 体 系 甲 醇 苯 甲 醇 乙 醇 水 异 丙 醇 水 表 常 用 的 密 度 梯 度 管 二 元 混 合 体 系 密 度 范 围 二 元 体 系 密 度 范 围 二 元 体 系 (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) 0.80-~0.92 异 丙 醇 乙 二 醇 0.79~1.11 水 溴 化 钠 0.79~1.00 乙 醇 四 氯 化 碳 0.79~1.59 水 硝 酸 钙 0.79~1.00 甲 苯 四 氯 化 碳 0.87~1.59 四 氯 化 碳 二 溴 丙 烷 密 度 范 围 (g/cm 3 ) 1.00~ ~ ~1.99 2) 轻 重 液 体 溶 剂 量 的 估 算 和 配 制 首 先 估 计 被 测 试 样 密 度 范 围, 再 根 据 梯 度 管 的 容 量 和 上 下 限 密 度 要 求 ( 上 限 拟 比 试 样 的 最 大 密 度 略 高, 下 限 拟 比 试 样 的 最 小 密 度 略 低 ), 按 重 液 体 积 约 等 于 梯 度 管 容 量 一 半, 轻 液 体 积 不 大 于 5% 重 液 体 积 的 经 验 法 则, 用 下 式 计 算 出 两 种 液 体 的 密 度 和 溶 剂 量 ρ M =[ρ 1 V 1 +ρ 2 (V M -V 1 )]/V M 27

28 式 中 ρ M 混 合 液 体 密 度,g/cm 3 ; ρ 1 重 液 密 度,g/cm 3 ; ρ 2 轻 液 密 度,g/cm 2 ; V M 混 合 液 体 积,cm 3 ; V 1 重 液 体 积,cm 3 然 后, 按 需 要 量 用 移 液 管 量 取 两 种 溶 剂 分 别 注 入 量 筒 中, 加 入 计 量 的 蒸 馏 水, 搅 匀 混 合 后 用 密 度 计 检 测 之, 并 调 整 至 轻 重 液 的 密 度 要 求 (2) 密 度 梯 度 管 的 配 制 和 标 定 1) 配 制 方 法 配 制 密 度 梯 度 管 的 方 法 有 多 种, 可 以 选 用 其 中 任 意 一 种 方 法 配 制, 但 必 须 保 证 密 度 梯 度 管 的 灵 敏 度 对 每 厘 米 柱 高 不 低 于 0.001g/cm 3 常 用 的 配 制 方 法 有 二 种 :a. 使 连 续 注 入 梯 度 管 中 液 体 密 度 逐 渐 变 小 的 方 法, 见 图 2.2-2; b. 使 连 续 注 入 梯 度 管 中 液 体 密 度 逐 渐 变 大 的 方 法 图 密 度 梯 度 管 配 管 装 置 1 轻 液 容 器 (A) 2 重 液 容 器 (B) 3 电 磁 搅 拌 器 4 梯 度 管 5 恒 温 水 浴 以 图 方 法 为 例, 将 符 合 要 求 的 轻 重 液 体 分 别 装 入 联 通 瓶 A B 中, 用 套 有 塑 料 细 管 的 注 射 器 捕 尽 气 泡 然 后 开 动 磁 力 搅 拌 器, 同 时 拧 开 活 塞 a 和 b 向 梯 度 管 中 输 液, 调 节 搅 拌 速 度 使 液 面 不 致 波 动 太 大, 并 控 制 沿 梯 度 管 壁 流 下 的 液 体 流 速 为 5~6ml/min( 配 制 过 程 中 应 经 常 用 秒 表 检 查 流 速 ) 随 着 B 瓶 中 液 面 的 匀 速 下 降,A 瓶 中 的 液 体 不 断 地 向 B 瓶 流 入, 使 B 瓶 中 液 体 密 度 随 时 间 而 逐 渐 减 小, 从 而 在 两 种 液 体 的 混 合 转 移 过 程 中 促 使 梯 度 管 内 形 成 连 续 的 密 度 梯 度 液 柱, 直 至 梯 度 管 注 液 到 所 需 液 柱 高 度 为 止 2) 操 作 步 骤 按 密 度 测 定 仪 操 作 技 术 规 程 ( 使 用 时 详 见 该 仪 器 说 明 书 ), 调 节 控 温 测 验 温 系 统 至 工 作 状 况, 恒 温 控 制 在 20±0.2 随 即 将 配 制 成 的 密 度 梯 度 管 平 稳 地 移 至 密 度 测 定 仪 水 浴 中, 待 温 度 平 衡 后, 把 已 知 密 度 的 玻 璃 球 ( 不 少 于 5 个 ) 按 密 度 大 小 依 次 用 轻 液 湿 润 后 轻 轻 地 投 入 管 中, 使 其 纵 贯 梯 度 管 液 柱 的 有 效 区 间 盖 紧 磨 口 塞, 恒 温 2 小 时 以 上, 便 可 对 应 梯 度 管 的 刻 度, 测 量 悬 浮 在 液 柱 中 小 球 中 心 的 高 度, 然 后 在 座 标 纸 上 以 小 球 密 度 对 相 应 的 梯 度 管 高 度 作 图, 即 得 该 密 度 梯 度 管 的 标 定 曲 线 此 图 线 应 符 合 线 性 关 系, 否 则 要 废 弃 混 合 液, 重 新 配 制 梯 度 管 (3) 试 样 密 度 的 测 定 28

29 按 实 验 原 材 料 的 要 求, 每 种 高 分 子 材 料 试 样 选 取 三 粒, 用 轻 液 浸 泡 数 分 钟, 防 止 试 样 表 面 吸 附 空 气 泡, 然 后 将 浸 润 良 好 的 试 样 依 次 间 隔 一 定 时 间 轻 轻 地 投 入 已 恒 温 的 梯 度 管 中, 注 意 不 让 试 样 粘 附 于 管 壁, 盖 紧 磨 口 塞, 恒 温 平 衡 10 分 钟 以 上 ( 厚 度 小 于 0.05mm 的 薄 膜 要 2 小 时 方 能 稳 定 ) 待 试 样 完 全 静 止 后, 对 应 梯 度 管 的 刻 度 测 得 悬 浮 在 液 柱 中 的 试 样 体 积 中 心 高 度, 再 利 用 标 定 曲 线 查 出 对 应 的 密 度 值 当 发 现 梯 度 管 中 试 样 过 密, 对 下 沉 试 样 碰 撞 过 多 而 影 响 测 试 时, 可 开 动 顶 部 电 机 提 升 不 锈 钢 网, 慢 速 将 梯 度 管 中 试 样 及 玻 璃 球 打 捞 出 来, 待 液 柱 充 分 稳 定 后 再 行 使 用 五 实 验 结 果 表 述 (1) 密 度 梯 度 管 的 标 定 1) 将 下 列 实 验 数 据 列 表 记 录 : 序 号 小 球 密 度 小 球 在 液 柱 中 高 度 2) 绘 制 密 度 管 的 标 定 曲 线 (2) 列 表 记 录 试 样 的 测 试 结 果 序 号 试 样 在 液 柱 中 高 度 平 均 高 度 对 应 的 密 度 六 实 验 报 告 实 验 报 告 应 包 括 下 列 内 容 : (1) 实 验 名 称 要 求 和 实 验 原 理 ; (2) 实 验 仪 器 原 材 料 名 称 型 号 生 产 厂 商 ; (3) 实 验 操 作 步 骤 ; (4) 实 验 条 件 ( 标 准 ) 和 实 验 结 果 记 录 ; (5) 解 答 思 考 题 七 思 考 题 1 如 果 试 样 表 面 不 平 整, 对 测 定 结 果 有 何 影 响? 2 同 种 高 分 子 材 料, 牌 号 不 同, 其 密 度 有 无 差 别? 为 什 么? 3 高 分 子 材 料 的 密 度 与 其 力 学 性 能 之 间 有 何 关 系? 举 例 说 明 堆 砌 密 度 一 实 验 原 理 本 实 验 原 理 为 : 利 用 树 脂 或 塑 料 的 自 重, 将 试 样 从 规 定 的 高 度 自 由 落 入 已 知 容 积 的 容 器 中, 测 量 单 位 体 积 的 树 脂 或 塑 料 的 质 量, 即 得 该 试 样 的 堆 砌 密 度 ( 表 观 密 度 ) 的 大 小 堆 砌 密 度 与 树 脂 或 塑 料 的 颗 粒 形 状 粒 度 分 布 空 隙 率 湿 含 量 等 因 素 有 关 一 般 来 讲, 粒 度 组 成 愈 均 匀, 水 分 和 细 小 颗 粒 愈 少, 其 松 散 性 愈 好, 即 该 种 材 料 从 加 料 器 中 均 匀 流 出 的 能 力 愈 好 在 塑 料 的 配 制 和 加 工 设 备 的 利 用 上 能 获 得 更 好 的 效 益 堆 砌 密 度 对 塑 料 包 装 储 存 混 合 器 容 积 和 成 型 模 具 型 腔 的 设 计 等 具 有 实 际 意 义 二 原 材 料 粉 状 粒 状 片 状 或 纤 维 状 树 脂 或 塑 料 本 次 实 验 采 用 酚 醛 模 塑 粉 作 为 原 材 料 试 样 三 主 要 仪 器 设 备 29

30 天 平 ( 感 量 0.1g) 1 台 漏 斗 ( 金 属 制, 内 表 面 光 滑 形 状 及 尺 寸 见 图 2.2-3); 1 个 测 量 圆 筒 ( 金 属 制, 内 表 面 光 滑 容 积 为 100±0.5cm 3, 内 径 为 40mm) 1 个 量 筒 或 量 杯 (150~200ml) 1 个 刮 料 板 ( 直 尺 ) 1 块 图 堆 砌 密 度 测 量 装 置 1- 漏 斗 2- 挡 料 板 3- 测 量 圆 筒 ( 容 积 100±0.5 厘 米 3 )4- 支 架 四 实 验 步 骤 (1) 按 图 2.2-3, 把 漏 斗 垂 直 架 置, 其 下 端 小 口 距 测 量 量 筒 正 上 方 20~40mm 处, 尽 可 能 与 测 量 量 筒 同 轴 (2) 用 挡 料 板 封 闭 漏 斗 下 端 小 口, 在 天 平 上 称 量 量 筒 质 量 ( 准 确 至 0.1g), 将 115±5cm 3 试 样 混 匀 后 轻 轻 倒 入 漏 斗 中 (3) 迅 速 抽 开 漏 斗 挡 料 板, 让 试 样 自 由 流 进 测 量 量 筒, 不 容 许 震 动 或 敲 击 容 器 (4) 当 测 量 量 筒 已 装 满 试 样, 用 一 刮 板 垂 直 刮 去 测 量 量 筒 顶 部 多 余 的 试 样 然 后 在 天 平 上 称 量 圆 筒 中 试 样 的 质 量 (( 准 确 至 0.1g) (5) 把 已 用 过 的 试 样 倒 入 瓷 盘, 可 用 于 压 制 成 型 重 新 取 料, 重 复 按 实 验 步 骤 (2)~(4) 进 行 实 验 需 重 复 二 次 实 验 五 实 验 结 果 表 述 试 样 的 堆 砌 密 度 按 下 式 计 算 : D = (W2-W1)/V 式 中 D 堆 砌 密 度,g/cm 3 ; W2 装 满 试 样 的 测 量 量 筒 质 量,g; W1 测 量 量 筒 质 量,g; V 测 量 量 筒 的 体 积,cm 3 用 三 次 实 验 数 据 计 算 的 D 值 的 算 术 平 均 值 作 为 实 验 结 果 六 实 验 报 告 实 验 报 告 应 包 括 下 列 内 容 : (1) 实 验 名 称 要 求 和 实 验 原 理 ; (2) 实 验 仪 器 原 材 料 名 称 型 号 生 产 厂 商 ; (3) 实 验 操 作 步 骤 ; (4) 实 验 条 件 ( 标 准 ) 和 实 验 结 果 记 录 ; (5) 解 答 思 考 题 30

31 七 思 考 题 1. 何 谓 堆 砌 密 度? 测 定 堆 砌 密 度 有 何 意 义? 2. 影 响 实 验 误 差 的 主 要 因 素 有 哪 些? 如 何 正 确 控 制 使 实 验 误 差 最 小? 2.3 塑 化 性 能 ( 转 矩 流 变 仪 ) 一 实 验 目 的 1. 了 解 高 分 子 材 料 塑 化 性 能 与 成 型 加 工 性 的 关 系 ; 2. 掌 握 由 高 分 子 材 料 塑 化 特 性 拟 定 成 型 加 工 工 艺 的 方 法 ; 3. 熟 悉 测 定 高 分 子 材 料 塑 化 性 能 的 方 法 及 原 理 二 实 验 原 理 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 纺 丝, 橡 胶 加 工 等 过 程, 都 是 利 用 高 分 子 材 料 熔 体 的 塑 化 特 性 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 一 种 它 由 微 机 控 制 系 统 混 合 装 置 ( 挤 出 机 混 合 器 ) 等 组 成 测 量 时, 测 试 物 料 放 入 混 合 装 置 中, 动 力 系 统 对 混 合 装 置 外 部 进 行 加 热 并 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 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, 测 量 塑 料 熔 体 的 塑 化 曲 线, 对 于 成 型 工 艺 的 合 理 选 择, 正 确 操 作, 优 化 控 制, 获 得 优 质 高 效 低 耗 的 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 三 原 材 料 试 样 本 次 实 验 试 样 采 用 硬 质 PVC 粉 状 复 合 物, 其 配 方 如 下 : PVC 58.9g DOP 2.4g 三 盐 基 性 硫 酸 铅 2.9g Ba-St 0.9g Ca-St 0.6g H-St 0.7g CaCO 3 8.9g 原 材 料 应 干 燥 不 含 有 强 腐 蚀 强 磨 损 性 组 份, 材 质 和 粒 度 均 匀, 粒 径 小 于 3.2mm 四 实 验 设 备 及 实 验 条 件 实 验 主 要 采 用 HAAKE 微 处 理 控 制 转 矩 流 变 仪 ( 系 统 40 型 ) 测 量 塑 料 熔 体 的 塑 化 曲 线 实 验 条 件 控 制 与 材 料 性 质 实 验 目 的 有 关 实 验 条 件 包 括 加 料 量 温 度 转 速 和 时 间 (1) 加 料 量 31

32 实 验 开 始 物 料 自 混 合 器 上 部 的 加 料 口 加 入 混 合 室, 受 到 上 顶 栓 对 物 料 施 加 的 压 力, 并 且 通 过 转 子 外 表 面 与 混 合 室 壁 间 的 剪 切 搅 拌 挤 压 ; 转 子 之 间 的 捏 合 撕 拉 ; 转 子 轴 向 间 的 翻 捣 捏 炼 等 作 用, 以 连 续 变 化 的 速 度 梯 度 和 转 子 对 物 料 产 生 的 轴 向 力 的 形 式, 实 现 物 料 的 混 炼 塑 化 显 然 混 合 室 内 的 物 料 量 不 足, 转 子 难 于 充 分 接 触 物 料, 达 不 到 混 炼 塑 化 的 最 佳 效 果 反 之, 加 入 的 物 料 过 量, 部 分 物 料 集 中 于 加 料 口 不 能 进 入 混 合 室 混 炼 塑 化 均 匀 或 出 现 超 额 的 阻 力 转 矩, 使 仪 器 安 全 装 置 发 生 作 用, 停 止 运 转, 中 断 实 验 若 实 验 过 程 中, 去 除 上 顶 栓 对 物 料 施 压 作 用, 仪 器 转 矩 值 变 化 不 突 出 时, 说 明 加 料 量 基 本 合 适 加 料 量 应 由 混 合 室 空 腔 容 容 积 转 子 容 积 物 料 ( 固 体 或 熔 体 ) 的 密 度 以 及 相 应 的 加 料 系 数 来 计 算 确 定 此 外, 为 了 保 证 测 度 准 确 性 和 重 现 性, 原 料 的 粒 度 和 材 质 也 应 均 匀 (2) 温 度 与 转 速 混 合 器 加 热 温 度 一 般 取 作 物 料 的 熔 融 温 度 或 成 型 温 度, 如 果 选 择 的 温 度 过 低 出 现 超 额 的 阻 力 转 矩 会 造 成 安 全 装 置 发 生 作 用, 使 仪 器 停 止 运 转 而 温 度 过 高 时, 高 聚 物 的 链 段 活 动 能 力 增 加, 体 积 膨 胀, 分 子 间 相 互 作 用 减 小, 流 动 性 增 大, 粘 度 随 温 度 提 高 而 降 低 物 料 在 混 炼 塑 化 过 程 中 的 微 小 变 化 不 易 显 示 出 来, 由 此 影 响 测 试 的 准 确 性 对 于 PS PVC PC 等 高 聚 物, 因 为 粘 流 活 化 能 很 大, 熔 体 粘 度 对 温 度 十 分 敏 感, 增 高 温 度 可 以 大 大 降 低 熔 体 的 粘 度, 应 注 意 温 度 的 控 制 与 调 节, 使 测 试 结 果 准 确 可 靠 一 般 来 说, 用 近 于 生 产 条 件 的 成 型 温 度 螺 杆 转 速 作 为 测 试 仪 器 的 加 热 温 度 转 子 转 速 的 条 件 下, 所 得 到 的 物 料 转 矩 温 度 时 间 曲 线 更 能 预 测 或 说 明 制 品 成 型 过 程 中 发 生 的 问 题 此 外, 用 动 态 热 稳 定 性 实 验 研 究 材 料 热 稳 定 效 果 时 用 较 高 的 温 度 和 转 速, 使 分 解 反 应 在 较 短 时 间 内 发 生, 则 可 以 缩 短 实 验 的 时 间 对 于 不 同 的 高 分 子 材 料 和 不 同 的 实 验 目 的 必 须 选 择 最 佳 的 条 件, 以 求 得 可 靠 的 实 验 结 果 (3) 时 间 混 炼 时 间 应 根 据 高 分 子 材 料 的 耐 热 性 实 验 观 察 现 象 出 现 的 时 间 区 域 等 因 素 确 定 一 般 来 讲, 仅 实 验 材 料 的 加 工 流 动 性 时, 实 验 时 间 设 定 为 5min 内 即 可 四 实 验 步 骤 (1) 准 备 工 作 1) 了 解 转 矩 流 变 仪 的 工 作 原 理 技 术 规 格 和 安 装 使 用 清 理 的 有 关 规 定 2) 根 据 实 验 需 要, 将 所 用 的 混 合 器 与 动 力 系 统 组 装 起 来 3) 接 通 动 力 电 源 和 压 缩 空 气 稳 定 电 源 电 压 在 220V+10V 4) 按 下 式 计 算 加 料 量, 并 用 天 平 准 确 称 量 W 1 =(V 1 -V 0 ) ρ a 0 式 中 W 1 加 料 量 (g) V 1 混 合 器 容 积 (cm 3 ) V 0 转 子 体 积 (cm 3 ) ρ 原 材 料 的 固 体 或 熔 体 密 度 (g/cm 3 ) a 0 加 料 系 数, 按 固 体 或 熔 体 密 度 计 算 分 别 为 (2) 测 试 操 作 1) 启 动 转 矩 流 变 仪 的 微 机 及 动 力 系 统, 按 照 输 入 程 序, 使 用 S 指 令 把 标 题 加 热 温 度 转 子 转 速 运 行 控 制 参 数 显 示 指 令 代 码 等 实 验 条 件 输 入 微 机 处 理 2) 当 显 示 的 温 度 偏 差 为 0 时, 表 示 混 合 器 加 热 已 达 到 规 定 的 温 度 接 通 电 机, 加 入 被 测 试 试 样, 开 启 打 印 机, 开 始 实 验 当 达 到 指 令 编 定 的 时 间 时, 实 验 自 动 停 止 3) 将 磁 盘 插 入 磁 盘 驱 动 器, 使 用 W 指 令, 贮 存 全 部 的 实 验 数 据 32

33 4) 拆 卸 清 理 干 净 混 合 器, 为 再 次 实 验 作 好 准 备 五 实 验 结 果 (1) 数 据 整 理 1) 把 系 统 40 程 序 及 贮 存 实 验 数 据 的 两 磁 盘 分 别 插 入 一 号 二 号 磁 盘 驱 动 器, 用 T 指 令, 阅 读 存 入 的 实 验 数 据 2) 使 用 R 指 令, 输 入 欲 得 实 验 数 据 的 起 止 时 间 和 显 示 数 据 的 间 隔 时 间, 得 到 实 验 数 值 表, 用 P 指 令 打 印 出 来 3) 使 用 A 指 令, 输 入 欲 得 实 验 图 形 的 起 止 时 间 和 图 形 X Y Z 轴 表 征 的 实 验 参 数, 得 出 实 验 图, 用 P 指 令 打 印 出 来 (2) 实 验 结 果 表 述 1) 写 出 转 矩 流 变 仪 测 试 高 聚 物 流 变 性 的 原 理 及 测 试 时 的 各 项 实 验 条 件 2) 以 实 验 所 得 数 值 图 形 为 例, 讨 论 在 高 聚 物 结 构 研 究 材 料 配 方 选 择 成 型 工 艺 条 件 控 制 成 型 机 械 及 模 具 设 计 等 方 面 的 应 用 六 实 验 报 告 实 验 报 告 应 包 括 下 列 内 容 : (1) 实 验 名 称 要 求 和 实 验 原 理 ; (2) 实 验 仪 器 原 材 料 名 称 型 号 生 产 厂 商 ; (3) 实 验 操 作 步 骤 ; (4) 实 验 条 件 ( 标 准 ) 和 实 验 结 果 表 述 ; (5) 解 答 思 考 题 七 思 考 题 1. 塑 化 曲 线 上 的 各 拐 点 极 值 点 和 平 台 代 表 什 么 意 义? 2. 如 何 确 定 实 验 时 间, 如 果 在 190 下, 实 验 时 间 延 长 至 20min, 会 出 现 什 么 现 象? 塑 化 曲 线 会 如 何 变 化? 3. 从 测 试 物 料 及 实 验 过 程 如 何 保 证 实 验 结 果 的 可 靠 性? 4. 试 比 较 毛 细 管 流 变 仪 和 转 矩 流 变 仪 各 自 的 特 点 2.4 热 塑 性 塑 料 熔 体 流 动 性 热 塑 性 塑 料 熔 体 流 动 性 是 塑 料 本 性 在 熔 融 流 动 状 态 下 的 反 映 了 解 热 塑 性 塑 料 熔 体 流 动 性 对 指 导 熔 融 成 型 加 工 塑 料, 如 设 计 模 具 结 构 选 择 成 型 机 械 确 定 成 型 工 艺 参 数 有 重 要 作 用 热 塑 性 塑 料 熔 体 流 动 性 可 用 熔 体 粘 度 特 性 粘 数 流 变 曲 线 熔 体 流 动 速 率 ( 熔 体 指 数 ) 标 准 螺 旋 形 流 道 流 动 长 度 等 参 数 函 数 或 技 术 指 标 的 测 定 加 以 表 征 其 中 熔 体 粘 度 特 性 粘 数 测 定 和 流 变 曲 线 实 验 在 材 料 及 其 成 型 加 工 应 用 研 究 中 广 泛 被 使 用, 而 熔 体 流 动 指 数 和 标 准 螺 旋 形 流 道 流 动 长 度 测 定 普 遍 应 用 于 工 业 生 产 熔 体 流 变 曲 线 一 实 验 目 的 通 过 本 实 验 使 学 生 了 解 高 分 子 材 料 熔 体 流 动 变 形 特 性 以 及 随 温 度 应 力 材 料 性 质 塑 化 性 能 变 化 规 律, 掌 握 由 高 分 子 材 料 流 变 特 性 拟 定 成 型 加 工 工 艺 的 方 法, 熟 悉 毛 细 管 流 变 仪 测 定 高 分 子 材 料 流 变 性 能 的 原 理 及 操 作 二 实 验 原 理 塑 料 熔 体 流 变 性 有 多 种 测 定 方 法 通 常 随 使 用 的 仪 器 类 型 而 不 同 用 于 测 量 流 变 性 能 的 33

34 仪 器 一 般 称 为 流 变 仪, 有 时 又 叫 粘 度 计, 其 类 型 按 施 力 的 状 况 主 要 有 落 球 式 转 矩 式 和 毛 细 管 挤 出 式 等 几 种, 这 些 不 同 类 型 的 仪 器, 分 别 适 用 于 不 同 粘 性 流 体 在 不 同 剪 切 速 率 范 围 的 测 定 各 种 流 变 仪 测 定 的 剪 切 速 率 和 粘 度 范 围 如 表 所 示 表 几 种 流 变 仪 适 用 范 围 流 变 仪 粘 度 范 围 (Pa s) 剪 切 速 率 (s -1 ) 毛 细 管 挤 出 式 旋 转 圆 筒 式 旋 转 锥 板 式 平 行 平 板 式 落 球 式 10-1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~10 1 极 低 极 低 在 测 定 和 研 究 塑 料 熔 体 流 变 性 的 各 种 仪 器 中, 毛 细 管 流 变 仪 是 一 种 常 用 的 较 为 合 适 的 实 验 仪 器, 它 具 有 多 种 功 能 和 宽 广 范 围 的 剪 切 速 率 容 量 毛 细 管 流 变 仪 既 可 以 测 定 塑 料 熔 体 在 毛 细 管 中 的 剪 切 应 力 和 剪 切 速 率 的 关 系, 又 可 以 根 据 挤 出 物 的 直 径 和 外 观 或 在 恒 定 应 力 下 通 过 改 变 毛 细 管 的 长 径 比 来 研 究 熔 体 的 弹 性 和 不 稳 定 流 动 ( 包 括 熔 体 破 碎 ) 现 象 ; 从 而 预 测 其 加 工 行 为, 作 为 选 择 复 合 物 配 方 寻 求 最 佳 成 型 工 艺 条 件 和 控 制 产 品 质 量 的 凭 借 ; 或 者 为 辅 助 成 型 模 具 和 塑 料 机 械 设 计 提 供 基 本 数 据 毛 细 管 流 变 仪 测 试 的 基 本 原 理 是 : 设 在 一 个 无 限 长 的 园 形 毛 细 管 中, 塑 料 熔 体 在 管 中 的 流 动 为 一 种 不 可 压 缩 的 粘 性 流 体 的 稳 定 层 流 流 动 ; 毛 细 管 两 端 的 压 力 差 为 P, 由 于 流 体 具 有 粘 性, 它 必 然 受 到 自 管 体 与 流 动 方 向 相 反 的 作 用 力, 通 过 粘 滞 阻 力 应 与 推 动 力 相 平 衡 等 流 体 力 学 过 程 原 理 的 推 导, 可 得 到 管 壁 处 的 剪 切 应 力 (τ w ) 和 剪 切 速 率 (γ m ) 与 压 力 熔 体 流 率 的 关 系 τ w = RΔP 2L 式 中 R 毛 细 管 的 半 径 (cm) L 毛 细 管 的 长 度 (cm) P 毛 细 管 两 端 的 压 力 差 (Pa) 4Q γ w = 3 πr 式 中 Q 熔 体 容 积 流 率 (cm 3 /s) 由 此, 在 温 度 和 毛 细 管 长 径 比 (L/D) 一 定 的 条 件 下, 测 定 在 不 同 的 压 力 下 塑 料 熔 体 通 过 毛 细 管 的 流 动 速 率 (Q), 由 流 动 速 率 和 毛 细 管 两 端 的 压 力 差 P, 可 计 算 出 相 应 的 τ w 和 γ w 值, 将 一 组 对 应 的 τ w 和 γ w 在 双 对 数 座 标 纸 上 绘 制 流 动 曲 线 图, 即 可 求 得 非 牛 顿 指 数 (n) 和 熔 体 的 表 观 粘 度 (η a ); 改 变 温 度 或 改 变 毛 细 管 长 径 比, 则 可 得 到 代 表 粘 度 对 温 度 依 赖 性 的 粘 流 活 化 能 (Eη); 以 及 离 模 膨 胀 比 (B) 等 表 征 流 变 特 性 的 物 理 参 数 但 是, 对 大 多 数 塑 料 熔 体 来 说 都 属 于 非 牛 顿 液 体, 它 在 管 中 流 动 时 具 有 弹 性 效 应 壁 面 滑 移 和 流 动 过 程 的 压 力 降 等 特 性 况 且 在 实 验 中 毛 细 管 的 长 度 都 是 有 限 的, 由 上 述 假 设 推 导 测 得 的 实 验 结 果 将 产 生 一 定 的 偏 差 为 此, 对 假 设 熔 体 为 牛 顿 流 体 推 导 的 剪 切 速 率 γ w 和 适 34

35 用 于 无 限 长 毛 细 管 的 剪 切 应 力 τ w 必 须 进 行 非 牛 顿 改 正 和 入 口 改 正, 方 能 得 到 毛 细 管 管 壁 上 的 真 实 剪 切 速 率 和 真 实 剪 切 应 力 不 过, 改 正 手 续 较 繁 复, 工 作 量 很 大, 如 若 毛 细 管 的 L/D>40, 或 该 测 试 数 据 仅 用 于 实 验 对 比 时, 也 可 不 作 改 正 要 求 三 原 材 料 试 样 热 塑 性 塑 料 及 其 复 合 物 粉 料 粒 料 等 根 据 塑 料 类 型 按 相 应 规 定 进 行 干 燥 处 理 本 次 实 验 试 样 采 用 低 密 度 聚 乙 烯 粒 料,MFR=1~5g/10min 四 实 验 设 备 (1) 毛 细 管 流 变 仪 本 实 验 采 用 HAAKE 微 机 控 制 转 矩 流 变 仪 及 其 Ф25 单 螺 杆 挤 出 机 和 不 同 长 径 比 的 毛 细 管 口 模 进 行 实 验 所 测 塑 料 在 单 螺 杆 挤 出 机 中 熔 融 塑 化 后 被 输 送, 并 通 过 毛 细 管 口 模 挤 出 当 塑 料 熔 体 通 过 毛 细 管 口 模 时, 由 安 装 在 毛 细 管 口 模 入 口 处 的 压 力 传 感 器 和 热 电 偶, 测 试 出 熔 体 的 压 力 和 温 度, 微 机 记 录 下 熔 体 压 力 和 温 度 数 值 并 显 示 打 印 出 来 毛 细 管 规 格 为 : 直 径 0.05 寸 (1.27mm), 长 径 比 (L:D):15:1 20:1 30:1 和 40:1 其 主 体 结 构 如 图 所 示 图 哈 克 转 矩 流 变 仪 工 作 示 意 图 (2) 其 它 实 验 用 具 天 平 1 台, 感 量 0.1g; 秒 表 1 个 ; 游 标 卡 尺, 最 小 分 度 0.02mm 五 实 验 步 骤 (1) 准 备 工 作 1) 阅 读 HAAKE 微 机 控 制 转 矩 流 变 仪 说 明 书, 了 解 其 工 作 原 理 技 术 规 格 和 安 装 使 用 清 理 等 有 关 规 定 2) 把 Ф25 单 螺 杆 挤 出 机 安 装 在 HAAKE 微 机 控 制 转 矩 流 变 仪 动 力 系 统 的 支 架 上, 再 把 毛 细 管 口 模 紧 密 安 装 在 挤 出 机 上 3) 把 压 力 传 感 器 测 试 熔 体 温 度 的 热 电 偶 安 装 在 毛 细 管 口 模 上, 并 连 接 好 所 有 插 头 (2) 实 验 操 作 1) 启 动 HAAKE 微 机 控 制 转 矩 流 变 仪 的 微 机 及 动 力 系 统, 按 实 验 要 求 设 定 所 有 的 实 验 参 数 2) 当 达 到 指 定 温 度 ( 显 示 的 温 度 偏 差 为 0) 时, 恒 温 15min, 并 校 正 流 变 仪 系 统 和 压 力 传 感 器 3) 启 动 挤 出 机, 将 螺 杆 转 速 调 至 10rpm, 加 料, 当 挤 出 条 件 达 到 平 衡 时, 开 启 打 印 机, 开 始 实 验, 记 录 实 验 数 据 取 样, 测 试 塑 料 熔 体 的 质 量 流 速 (g/min) 收 集 挤 出 物, 观 察 外 形, 测 量 直 径 35