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复合材料的混合加工、成型实验

一、实验目的和要求

1.了解转矩流变仪的结构与测定聚合物流变性能的原理。

2.熟悉转矩流变仪法测定聚合物流变性能的方法，包括混合、挤出加工（造粒）过程。

3.掌握颗粒/聚合物复合材料的密炼、成型工艺过程。

4.掌握复合材料力学性能测试过程。

二、实验仪器与原料

XSS-300转矩流变仪；

平板硫化仪；

造粒机；

万能仪；

oo

低密度聚乙烯（LDPE）、（LDPE：熔点132-135C；LDPE：熔点小于112C；分解温度：

o

大于380C）；

无机粉体（颗粒）：氢氧化铝等；

三、实验内容

1.转矩流变仪混合加工实验

（1）实验原理

高分子材料的成型过程，如塑料的压制、压延、挤出、注塑等工艺，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，表现有流动和变形，

而且这种流动和变形行为强烈地依赖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）。

测定高分子材料熔体流变性质的仪器很多，转矩流变仪是其中的一种。它由微机控制、

混合装置（挤出机、混合器）等组成。测量时，被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、转速等测量数据进行处理，得出图形式的实验结果。

利用转矩流变仪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

态下的塑化曲线，如转矩－时间曲线、温度－时间曲线以及转矩－转速曲线，以此了解成型

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。

所以，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、低耗的制品以及制造成型工艺装备提供必要的设计参数等，都具有重要的意

义。

（2）实验设备及实验条件

本实验采用XSS－300转矩流变仪测量塑料熔体的塑化曲线，其测试装置是LH60橡胶

塑料混合装置。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

实验开始自混合器上部的加料口加入混合后的物料，不但受到上顶加压装置施加的5kg

压力的作用，而且还承受转子外表面与混合室壁间的剪切、搅拌、挤压作用，转子间的捏合、

撕拉作用，转子轴向间的翻捣、捏炼等作用。这些作用使物料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

难以充分接触物料，达不到混炼塑化的最佳效果。反之，加入的物料过量，部分物料集中在

加料口不能进入混合室，混炼塑化不均匀，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，去除上顶加压装置的作用，仪器转矩变化不突出

时，说明加料量基本合适。

2、温度和转速

混合器加热温度一般取物料的熔融温度或成型温度。如果选择的温度过低，就会出现超

额的阻力转矩，造成安全装置发生作用，使仪器停止运转，实验中断。若温度过高时，高分

子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，应注意温度的控制和调节，使测试结果准确可靠。但温度过高，会引起热降解和

交联反应。

转子转速高低主要影响塑化速度和物料的混合质量。转速高，剪切速率高，塑化速度快，物

料混合均匀所需时间短。反之，剪切速率低，塑化速度慢，混合均匀所需时间长。

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，使用XSS－300转矩流变仪实验材料的加工流动性时，实验