碳酸钙填充有机玻璃（PMMA）板的制备及印刷适性的研究

,碳酸钙填充有机玻璃板的制备 及其印刷适性,班级：印刷工程11-1 学生：郭杨 学号：201110830121 指导教师：梁多平,2,绪论,1,实验目的及意义,2,实验过程及数据分析,3,结论,4,目 录 Contents,3,课题的研究目的和意义,有机玻璃（PMMA）因具有诸多优良性能，应用广泛，但也存在一些缺点，如热稳定性差、硬度低等, 这无疑限制了它的使用范围。而碳酸钙作为填充料，是所有填料中用量最大的、使用最普遍的，碳酸钙具有价格低廉、无毒、无刺激性、无气味、色白、折射率低、易于着色、柔软、原材料供应足的特点，所以通过填充碳酸钙以改善PMMA性能既是可行的，同时也具有很大的意义。,4,实验过程,聚 （1）利用单轻式万能试验机，分别研究对于不同纳米HA含量和DOP的有机玻璃复合材料的抗拉强度、弹性模量、屈服强度、断裂伸长率、屈服载荷等的影响；反应原理图 （2）采用红外光谱仪，对原料，引发剂以及成品经行检测，从而分析反应是否进行； （3）对所有制得的复合材料进行表面张力的测定，以研究填充物及填充量对复合材料印刷表面适应性的影响。 （4）采用贝朗显微镜在放大40倍的情况下观察样品印刷的效果以分析样品的印刷适应性； （5）对所测的结果进行讨论、分析以得出结论。,5,6,7,实验结果及分析,（1）试样中不同碳酸钙含量的拉伸实验结果,随着碳酸钙含量的增加，试样承受的最大载荷先增大后减小，含碳酸钙为6%时，载荷最大为702.5N，含碳酸钙为9%时，载荷最小为222.63N，这可能是因为随着过多的碳酸钙的加入，不参与聚合的碳酸钙的量过多，且以细颗粒状存在于试样中，导致聚合物分子间的范德华力和氢键结合力下降，从而导致聚合物总的结合力下降，因而使得试样能够承受的最大载荷减小。,8,实验结果及分析,样品断裂强度随碳酸钙的含量的增加先快速增加达到最大值后又下降，当碳酸钙含量为3%时达到最大值为702.5MPa，这有可能与碳酸钙具有良好的生物相容性有关，当加入一定量的碳酸钙时，有可能增加了聚合物分子内的化学键合力、分子间的范德华力和氢键，而当加入较多的碳酸钙时，可能由于碳酸钙之间容易团聚，造成聚合物分子间的结合力下降，强度降低。其次，温度和式样横截面积也能影响复合材料断裂强度。,实验结果及分析,式样抗拉强度随碳酸钙的含量的增加先快速增加达到最大值后又下降，由302.14MPa增加到702.52MPa，在碳酸钙含量为6%时达到最大值为702.52MPa，且当碳酸钙含量为12%时降低到351.11MPa，这大于不含碳酸钙时的抗拉强度302.14MPa，这表明填充一定量的碳酸钙有可能增加了复合材料分子间的结合力，导致抗拉强度上升，当添加的碳酸钙过多时，由于存在少部分碳酸钙不溶于甲基丙烯酸甲酯，且以细颗粒状存在于样品中，从而导致样品的抗变形能力降低。,实验结果及分析,试样屈服载荷随碳酸钙的含量的增加缓慢增加达到最大值，在碳酸钙含量为12%时达到最大值为350.41MPa，表明填充一定量的碳酸钙能够有效提高材料抵抗塑性变形的能力。影响屈服载荷的因素除了试样面积外，分子间的结合键、组织、结构、原子本性以及温度、应变速率等也能影响材料的屈服载荷。由以上分析可得，当碳酸钙的含量为12%时，有机玻璃复合材料的断裂强度与屈服载荷达到最大值，且抗拉强度与未添加碳酸钙时相比也有明显增强。表面试样碳酸钙的最佳填充量为12%。,实验结果及分析,随着增塑剂邻苯二甲酸二辛脂含量的增加，载荷减小，当增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的含量为1ml时，载荷达到最大值为181.79N，这说明载荷的大小于增塑剂邻苯二甲酸二辛酯的含量有一定的关系，但与其不是线性关系。原因可能是因为聚甲基丙烯酸甲酯是长链大分子，当小分子的邻苯二甲酸二辛酯加入其中，导致分子间作用力降低，载荷增加；当大分子聚甲基丙烯酸甲酯间的距离增加到一定值之后，分子间作用力又有所增加，导致载荷降低。,（2）试样中不同DOP含量的拉伸实验结果分析,实验结果及分析,试样的抗拉强度随着邻苯二甲酸二辛酯含量的增加先降低然后增加，当DOP加入量为1ml时达到最大值为181.79MPa，这可能是因为增塑剂是低分子量的液体，当加入过量的增塑剂时，可能产生了反增塑的效果，使得样品抗拉强度升高，对于硬制品材料，增加增塑剂，导致制品耐热性和耐腐蚀性下降，所以不宜添加过多的增塑剂。,实验结果及分析,随着邻苯二甲酸二辛酯含量的增加，试样的弹性模量从3.63减小到1.1然后又上升，导致这种现象的原因可能是小分子且为液体的邻苯二甲酸二辛脂加入到高分子的聚合物中时，产生反增塑效应，加强了聚合物分子链间的引力，使得试样应力快速增加，弹性模量增加。,实验结果及分析,试样的断裂伸长率也随之增加，由最初的4.11%增加到11.2%，表明邻苯二甲酸二辛酯能够有效提高材料的柔韧性。原因可能是增塑剂的加入削弱了聚合物分子间的范德华力，降低了聚合物分子链的结晶性，使得聚合物分子链的移动性得以增加，亦即增加了样品的塑性，从而使得试样的断裂伸长率增加，这也可能会造成材料软化温度和脆化温度的下降。所以增塑剂的添加量应适量。,实验结果及分析,断裂强度随增塑剂DOP含量的增加先减小然后升高，当加入的DOP为2ml时，断裂强度最低为2.24MPa，加入的DOP为4ml时，断裂强度最高为29MPa，可能的原因是液体的增塑剂的加入，削弱了聚合物中MMA、碳酸钙彼此之间的结合力，导致断裂强度降低，随着增塑剂含量的增加，产生了反增塑效应，加强了聚合物分子链间的氢键与范德华力，使得试样发生断裂时承受的最大应力增加，导致断裂强度增加。,实验结果及分析,图1中峰值812、867为间双取代苯类特征峰，1297、1520为苯类骨架振动，1905为泛频峰，由此证明此物质为过氧化苯甲酰；图2中峰值1271为C-O-C伸脂类，这表示COOCH3，1929表示内酯C=O,这表示C=CH2 由此可以看出是甲基丙烯酸甲酯；图3中峰值2900左右的是甲基亚甲基的吸收峰，1879酯羰基吸收峰，685是未反应双键的吸收峰。 结合上图3-11、3-12来观察3-13可以看出在前两个图中所存在的峰值在图3-13中找不到了，这说明MMA在BPO的引发下，聚合成了PMMA。通过观察波峰显示BPO的双苯环完成裂解，与MMA的单体发生链引发，随着温度的升高链逐步增长，最后聚合成PMMA。,（3）原材料、成品红外光谱实验分析,实验结果及分析,（1）对于含不同量的碳酸钙制成的有机玻璃复合材料，其表面张力在32与42达因之间，这说明该有机玻璃复合材料样品可以用溶剂型油墨进行印刷。 （2）图3-11中图像先上升后减小，表明碳酸钙的含量可以影响有机玻璃塑料薄板的表面张力，其表面张力值随着碳酸钙含量的增加先增加然后降低，这可能与碳酸钙具有良好的生物相容性和较高的降解和可吸收性有关，且粒子具有小尺寸效应、表面效应和量子效应等独特的特性。但随着过多的碳酸钙的加入，有可能反而破坏了分子之间的相容性，物质间反应减弱，导致表面张力减小。,(4)表面张力实验结果及分析,实验结果及分析,对于含3%碳酸钙的试样，随增塑剂DOP的增加，表面张力先增大后减小，当DOP添加量为2ml时表面张力值最大为42达因，表明邻苯二甲酸二辛酯的含量可以影响材料的表面张力，可能的原因是复合材料中各物质的加入并不是单纯的混合，而是彼此间存在次价力。改变聚合物分子的构象平衡和松弛时间，使得表面张力得以增加，而当添加量过多时，较大的稀释了聚合物，且更容易发生起泡现象，导致表面张力降低。,实验结果及分析,（5） 印刷适应性,图3-16 空白样品及其在40倍显微镜下的图像,实验结果及分析,图3-17 含3%碳酸钙的样品及其在40倍显微镜下的图像,实验结果及分析,图3-18 含6%碳酸钙的样品及其在40倍显微镜下的图像,实验结果及分析,图3-19 含9%碳酸钙的样品及其40倍显微镜下的图像,实验结果及分析,实验表明，比较分析得，含碳酸钙为6%的样品印刷适应性最好，试样均匀，几乎未产生气泡，从其在显微镜下的图像可以看出，油墨附着均匀，色彩明亮。随着碳酸钙添加量的增加，试样透明度不断减小，产生气泡的现象也愈来愈严重，从它们在40倍显微镜下的图像可以看出，印刷效果越来越差，有可能是油墨附着不牢固，产生脱落，其次，印品上粘附的细毛及灰尘也能影响印刷效果。适量的添加碳酸钙，虽然降低了材料的透明度，但能够提高材料的印刷适应性。,实验结果及分析,（6）印刷粘着力.附着性,实验结果及分析,实验结果及分析,实验表明，比较分析得，含碳酸钙为6%的样品印刷粘着力和附着性最好，通过用胶带对印刷好的油墨进行测试，观察样品表面的油墨残留，以及胶带上的油墨厚度可以看出。随着碳酸钙添加量的增加，试样透明度不断减小，试样表面的粘着力增加，所以适量的添加碳酸钙，虽然降低了材料的透明度，但能够提高材料的印刷粘着力和附着性。,结论,（1）随着碳酸钙含量的增加，材料承受的最大载荷缓慢降低，从702.52N降低到222.63N，含碳酸钙为9%时，载荷最小为222.63N；断裂强度先增加达到最大值702.52MPa后又下降到133.46MPa，碳酸钙含量为6%时达到最大值为702.52MPa；抗拉强度从302.14MPa急剧升高到702.52MPa然后缓慢降低到222.63MPa，在碳酸钙含量为6%时达到最大值为702.52MPa，且当碳酸钙含量为12%时降低到351.11MPa，这大于不含碳酸钙时的抗拉强度302.14MPa；式样屈服载荷先缓慢增加，当碳酸钙的含量为12%时达到最大值350.41N。,结论,（2）对于添加了3%碳酸钙的试样，随着DOP含量的增加，载荷先减小后增大，当DOP的含量为1ml时，载荷达到最大值为181.79N；其抗拉强度由181.79MPa先降低到7.53MPa后增加到95.36MPa，DOP加入量为1ml时达到最大值为181.79MPa；弹性模量从3.64减小到1.1后又上升，DOP添加量为2ml时弹性模量最小；断裂伸长率从4.11增加到11.2；断裂强度先减小后升高，当加入的DOP为2ml时，断裂强度最低为2.24MPa，加入的DOP为1ml时，断裂强度最高为173.93MPa。,结论,（3）材料表面张力值随着碳酸钙含量的增加先升高后降低，当碳酸钙含量为6%时，表面张力达到最大为42达因，对于含3%碳酸钙的试样，随DOP的增加，表面张力出现增大态势,，当DOP添加量为2ml时表面张力值最大为42达因，表明邻苯二甲酸二辛酯的含量可以影响材料的表面张力。 （4）含碳酸钙为6%的样品试样均匀