手机外壳配方设计.doc

手机外壳配方设计一、实验目的1、 掌握塑料改性配方设计的基本知识；2、 了解聚乙烯塑料加工常用的设备（如高速混合机、双螺杆挤出机、塑料注射机等）的基本结构原理与操作方法；3、 掌握聚烯烃配方试验的混合、混炼、注射制样等基本操作方法；4、 掌握塑料基本性能的测试方法。二、改性塑料配方设计实验任务、目标、提示与要求改性塑料新材料配方设计实验任务、目标、提示与要求见下表所示。任务名称目标与要求配方设计提示所需仪器手机外壳用改性新材料配方设计与制备设计并制备出用于手机、笔记本电脑外壳用PC/ABS共混合金材料，检测主要力学性能和相容性（DMA或DSC）PC树脂ABS树脂抗氧剂润滑剂偶联剂增容剂增韧剂高速混合机双螺杆挤出机塑料注射机电子拉力机冲击实验机DMADSC三、设计过程1.前言 目前，手机常用塑胶材料主要有PC、ABS和PC+ABS三大类.日本手机主要采用PC+ABS，甚至采用ABS做手机外壳；韩国几家制造商最早采用纯PC材料。GE公司原来不推荐采用PC材料做手机外壳，主张采用PC+ABS材料，但最近一两年也推出适合做子机外壳的PC材料。近年来，各大手机厂商采用PC材料做手机壳的比例正在逐渐上升。表1为几种材料的一般特性表：材料强度（拉力Mpa）硬度（洛氏 R）温度（使用）其它特性PC69120130无毒、透光、低温特性较好ABS4310060配色、喷涂、电镀等特性好PC+ABS5611060各项性能居中，加工、流动性好2.材料介绍2.1 PC PC学名聚碳酸酯。材料的性能特点： 强度高，抗拉伸强度69MPa、抗弯曲强度96MPa。 耐高温，长期使用可耐130摄氏度温度环境。 透明性好，无毒。 原料配色及表面涂覆不如ABs。 Pc应选高流动性牌号。适用于翻盖机和在恶劣环境下使用的手机。2.2 ABS ABS(丙烯脂丁二烯苯乙烯共聚物)材料的性能特点： 强度低，抗拉伸强度43MPa，抗弯曲强度79MPa。 不耐温，长期使用温度不得高于60摄氏度。 流动性、着色及表面喷涂和电镀性能均好。2.3 PC+ABSPC与ABS的合成材料，取前面两者之特点，具有优良的成型加工性能，流动性好，强度较高(抗拉伸强度56MPa，抗弯曲强度86MPa)。PC+ABS材料主要用于直板机和一般外观、色彩要求高而对环境无特殊要求的翻盖机3.PC与ABS比例的选择 PC 中加入ABS 制成的PC/ ABS 合金确能改善其性能并保持二者原有的性能优势。查文献得150%ABS 对50% PC 的合金效果最佳, 此时材料的冲击强度呈最高值。在别的文献中又有，当PC/ ABS=7525时，合金的拉伸强度、热变形温度达到最大值。又，实际生产中常用的配比为6040。本实验选择选择比例6040。4.相容剂的选择 相容剂也称增容剂、高分子偶联剂，是一种新颖的塑料助剂。 相容剂是通过嵌段或接枝相容，以改善二种以上高分子之间共混互不相容的聚合物（通常，一种是极性聚合物，另一种是非极性聚合物）而加入的第三组分，这第三组分即系相容剂。而相容剂的作用，是增加两种聚合物的相容性，使之两种聚合物间粘接力增大，形成稳定的结构，使分散相和连续相均匀，即相容化。相容剂起到降低界面张力、增加界面层厚度、降低分散粒子尺寸的作用，使体系最终形成具有宏观均匀微观相分离特征的热力学稳定的相态结构。由于相容剂对高分子合金体系的混合性和稳定性会产生重要的影响，因此，相容剂的合理选择和使用对高分子合金技术的实现是至关重要的根据相容剂的基体高分子之间的作用特征。查文献等得常用的有ABS-g-MAH,PE-g-MAH,SMA树脂，SEBS-g-MAH2等等。ABS-g-MAH: ABS接枝马来酸酐，其ABS部分与PC/ABS合金中ABS具有相似结构，且酸酐基团可以与PC发生酯交换反应，因而可以更好的融入PC相中，提高两相的界面粘结力，从而导致其力学性能提高。SMA树脂：在众多的增容体系中, 较为有效的是能在熔融共混过程中通过活性基团之间的反应而形成嵌段或接枝共聚物的体系, 即反应型增容剂。苯乙烯- 马来酸酐无规共聚物( R- SMA) 是反应型增容剂中较为重要的一种, 也是人们研究较多的一类增容剂, 特别是在国外有关R- SMA 增容聚合物共混体系的研究报道较多。R- SMA 作为增容剂主要应用于聚酰胺共混物及其它热塑性聚合物共混物体系, 此外在热固性树脂与热塑性树脂的共混物中也有加入R- SMA 作为增容剂的, 这类体系目前还较少, 主要应用于环氧树脂( EP) 与聚苯醚( PPO) 的共混物体系中。5.增韧剂的选择凡能增加聚合物的塑性，使之易于加工的物质称为增塑剂。增塑剂通常为高沸点、难挥发的液体或低熔点的固体，主要是低相对分子量的酯类。MBS（Methyl methacrylate-Butadiene-Styrene）树脂是甲基丙烯酸甲酯（M），丁二烯（B）及苯乙烯（S）的三元共聚物，由甲基丙烯酸甲酯（40%）、丁苯胶乳（30%）、苯乙烯（30%）通过乳液接枝法制得。它具有典型的核-壳结构，浅稻草黄色透明固体颗粒，密度1.091.11,制品透光率可达90%。透明和耐紫外光老化是其突出的优点，耐油、耐弱酸、耐弱碱，溶于丙酮、苯、甲苯、二氯乙烷等有机溶剂。可用注射、模压、挤出和吹塑等方法成型，制成电器和机械产品的透明外壳和零件等。也是一种优良的高分子改性剂，能改善高分子透明性和抗冲击性。与纯聚苯乙烯相比，MBS抗冲击强度更好，与纯ABS树脂相比，因丙烯腈组分被甲基丙烯酸甲酯所取代，故可制得透明聚合物。用MBS树脂改性后的PVC可制成各种耐冲击的软硬透明管材、片材制品，另外MBS树脂也用来改性聚苯乙烯和ABS树脂。6.抗氧剂的选择抗氧剂1010是大分子型抗氧剂，无污染，不着色，挥发性小，耐水抽低。可用于聚乙烯、聚甲醛、ABS树脂，对聚丙烯特别有效。本品与辅助抗氧剂DLTDP并用于聚丙烯树脂中，可以显著地提高其热稳定性，是目前酚类抗氧剂中性能最为优良的品种之一。本品一般用量为0.1%0.5%，随着国外发达地区环保法规的限制，原含锡产品将逐渐过度到无锡化产品。它是一种多元受阻酚型抗氧剂，与大多数聚合物具有很好的相容性。有良好的防止光和热引起的变色作 用。广泛用于PE、PP、PS、聚酰胺、聚甲醛、ABS树脂、PVC、合成橡胶等高分子材料中。也用来防止油脂和涂料的 热氧老化。抗氧剂DLPT是硫代二丙酸二月桂酯，白色粉末或鳞片状，具有分解过氧化物的作用，不污染、不着色、高温加热不分解，可显著改善制品耐热性和抗氧性，适用于PO、ABS、PVC等，与酚类抗氧剂，紫外线吸收剂并用有协同效果，也可用于橡胶。7.润滑剂的选择乙撑双硬脂酰胺( EBS) 是塑料润滑剂脂肪双酰胺类化合物中的代表性品种, 在硬质PVC、ABS、AS、PC、POM 等热塑性树脂的加工中具有举足轻重的地位。由于EBS 分子存在极性酰胺基团, 因此它对聚合物树脂具有加工润滑作用和低温防粘作用。EBS 可以插入聚合物树脂内部, 降低树脂分子间的相互作用, 起到内润滑剂的作用; 另一方面, EBS 可以由树脂熔体内部迁移到表面, 减少了树脂粒子之间、树脂熔体与加工设备之间的相互摩擦, 防止其粘附到金属表面, 起到外润滑作用。8.小组确定的配方采用PC与ABS混合使用，其中PC作为主要原料，具有较高强度，加入ABS是为了使之与PC形成高分子合金，可以增加材料的韧性。配方设计用MBS对PC+ABS进行增韧改性；加入SMA进行填充，对改善PC/ABS合金的冲击强度有较大的帮助，同时也可以提高耐热性和表面性能；利用EBS可以降低树脂分子间的相互作用，起到内润滑剂的作用，EBS还可以由树脂熔体内加工设备之间的相互摩擦，防止其粘附到金属表面，起到外润滑作用。加入氧化剂可改善其加工性能。总量2000g序号配方厂家份数质量/g1PCGE-141R701217.392ABS奇美PA-75730521.743MBSROHM AND HAAS CHEMICALS SINGAPORE DET LTD 586.964SMA上海石油化工研究所8139.135EBS0.58.706抗氧剂1010北京加工助剂研究所0.58.707抗氧剂PKY-168北京加工助剂研究所117.39四实验过程1混合首先将各组分称量，先将各固体组分进行混合，然后放入高速混合机（SHA10A高速混合机，宏基机械），中进行高速混合，混合约3min后出料，清理混合机。2造粒各种配方经高速混合机混合均匀后可以再双螺杆挤出机中挤出造粒。所用设备：流变仪-LSSHJ-20双螺杆挤出机，上海科创橡塑机械设备有限公司；XSS-300转矩流变仪，上海科创橡塑机械设备有限公司。双螺杆造粒的时候采用中等偏强剪切的螺杆组合，各段温度为：第一段180，第二段235，第三段240，第四段235。然后根据出料的速度调节转速，保证出料稳定。在基础过程中转速设定为50r/min至100r/min之间，相应的转矩变化为37至65之间。注意事项：（1）操作人员填料时，一定要看好，料中不要进杂物，掌握好温度（2）如果一开机时，料不成条出现粘模头的现象，是模头温度过高， 等稍冷却即可正常，一般情况下不用停机。（3）水温一般应在50-60，低了容易断条，超出容易粘连，初开机时最好加一半热水，如没有条件，切粒时可用人向切粒机内输送一段时间，等水温升高后再让其自动切粒，以免断条，水温超过60后，需向内循环加入冷水，以保持温度。 （4）切粒时一定要将条拉均后才能入兑辊，否则将损坏切粒机。如排气孔向外争剧冒料，证明杂质已堵住了过滤网，此时须速停机更换网片，网片可选用40-60目。3 注射成型混合好的配方经挤出机基础造粒，在80下干燥40min即可以进行注射加工成型。所用设备：SZ160/900NB型注塑机（宁波塑料机械总厂）注射条件：温度190-210，压力30-60MPa，注射速度中-快，背压0.6MPa，螺杆转速20-70r/min，模具温度40-60，排气口深度0.0038-0.0076mm。注意事项：（1）操作安全。注意注射成型机的运行安全及操作者的人身安全。注射成型机的安全装置如安全门等必须可靠，处于正常工作状态。（2）模具安装必须牢固、可靠。(3)顶出卸件距离必须调整合适。(4)油液保持清洁，油温控制适当(一般在50以下)。(5)注射压力应在规定范围内，避免压力过高，影响制件质量及模具、机器使用寿命。(6)勤于检查紧固件是否松动，运动部件是否润滑，安全装置是否失灵，电器、液压系统是否正常工作等。4 弯曲强度的测定弯曲试验采用简支梁法，将试验跨在两支座上，在试样中心（两支座中心）施加集中载荷，以测定其弯曲性能，如弯曲强度、弯曲弹性模量等。弯曲试验主要用来检验塑料在经受弯曲负荷作用时的性能，用弯曲试验来评定PP的弯曲强度和塑料变形的大小。所用设备：CMT-6104型微机控制万能试验机；游标卡尺。测试步骤：（1）选取5个合格的样条，用游标卡尺测量器厚度和宽度，测3次取平均值；（2）把试样对称地放在两个支座上，并于跨度中心施加力，使万能试验机刚开始显示有力施加在样条之上；（3）在计算机中输入样条的厚度和宽度，设置好参数，进行测试。（4）实验结束后记录实验数据，可得到塑料样条的弹性模量和最大应力。实验数据记录及处理：编号样条宽度/mm样条厚度/mm弹性模量/MPa弯曲模量/MPa110.024.023158.8990.0682210.004.012973.0285.7177310.004.003109.7387.5927410.033.993124.7088.5184510.003.983191.0488.17965 拉伸强度的测定利用拉伸试验测定样条的拉伸强度，在试样上沿轴向方向施加静态拉伸杜荷，以测定塑料的力学性能。由实验测定的应力-应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服强度、断裂强度和断裂伸长率等。结晶性高分子的应力-应变曲线一般分为三个区域，如下图所示：拉伸强度的计算： t = p /( bd) ；式中，t为拉伸强度（MPa），p为最大负荷（N），b为试样宽度（mm），d为试样厚度（mm）。断裂伸长率的计算：=（F-G）/G100%；式中，G为标线间的距离（mm），F为试样断裂时标线间的距离（mm）。在应力应变曲线中，即使负荷不增加，伸长率也会上升的那一点通常称为屈服点，此时的应力称为屈服强度，此时的变形率就叫屈服伸长率；同理，在断裂点的应力和变形率就分别称为断裂拉伸强度和断裂伸长率。所用设备：CMT-6104型微机控制万能试验机；游标卡尺。测试步骤：（1）选取6个合格的样条，用游标卡尺测量器厚度和宽度，测3次取平均值；（2）安装样条，分别安装上夹具、下夹具和传感器；（3）对传感器进行调零；（4）在计算机上对位移和峰值清零，输入样条的厚度和宽度，设定参数进行测试；（5）实验结束后记录实验数据，可得到塑料样条的拉伸弹性、屈服应力、断裂强度和断裂伸长率。实验数据记录及处理：编号样条宽度/mm样条厚度/mm拉伸弹性模量/MPa屈服应力/MPa断裂强度/MPa断裂伸长率/%110.153.843569.4256.894047.51642.75210.173.9115411.2215.339207.6202.70310.153.943443.8555.174951.78043.95410.163.893330.8654.968849.63644.25510.183.953387.8855.072044.72663.05610.213.963253.7154.821050.45684.356 熔融指数的测定熔融指数，全称熔液流动指数，或熔体流动指数，是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。在标准的塑性计中，加热到一定温度（PE，190；PP，230），树脂熔融后受一定的负荷（2160g）在10分钟内经过规定的孔径（2.09mm）挤压出来的树脂重量，这个数值就被称为熔融指数，单位g/10min。所用设备：XNR-400B熔体流动速率测定仪，承德德胜检测设备有限公司。测试步骤：（1）确定实验条件，设置温度（PC为260），等待温度稳定，设置切割次数（5次）和切割时间间隔（5s）；（2）加料，压实，插入活塞杆（在1min内完成）；（3）等待温度稳定，约4-5min；（4）加砝码，2160g；（5）当活塞杆下移至其实刻度线时，先手动切样一次，之后自动切样；（6）称重；（7）计算。实验数据记录与处理：编号1234平均值质量/g0.23850.25250.24520.25370.2475计算公式：其中为实验温度，mmon为标准负荷，tref为参比时间，t为切割的时间间隔。计算结果：MFR(260,2.16kg)=600*0.2475/5=29.7g/10min7 抗冲击强度的测定抗冲击强度是材料突然受到冲击而断裂时，每单位横截面上材料可吸收的能量的量度。它反映材料抗冲击作用的能力，是一个衡量材料韧性的指标。冲击强度小，材料较脆。对塑料冲击强度的测定一般采用简支梁式摆锤冲击实验机进行。试样可分为无缺口和有缺口两种。有缺口的抗冲击测定是模拟材料在恶劣环境下受冲击的情况。所用设备：电子简支梁冲击试验机XJJD-5，承德德胜检测设备有限公司。测试步骤：（1）试样的准备，取5个试样，测量厚度和宽度，并进行铣缺口处理，测量缺口处的宽度；（2）对设备进行空摆测试，确定仪器参数；将试样放在设备平台上，加工面朝冲锤，缺口试样，缺口背向冲锤，缺口位置应与冲锤对准；（3）进行冲击试验；（4）记录实验数据，并计算。实验数据记录与处理编号样条宽度/mm样条厚度/mm吸收能量/J抗冲击强度/(J/mm2)破坏程度19.943.880.34610.822完全破坏29.923.880.43413.077完全破坏39.963.980.32910.045完全破坏49.953.920.2567.947完全破坏59.893.890.2788.723完全破坏五、实验结果及讨论以中国科学院化学所对于汽车保险杠用聚丙烯材料的技术指标标准为例进行比较，在拉伸强度、断裂伸长率、抗冲击强度、熔体流动速率、弯曲强度、弹性模量等方面进行比较如下：性能工业生产实验配方是否合格拉伸强度5049-52合格断裂伸长率（%）12最佳4.35较低抗冲击强度（KJ/m2）50最佳13.077不合格熔体流动速率（g/10min）7-1529.7偏高弯曲强度（MPa）6585-90偏高弹性模量（MPa）11002900-3200过高经比较，该配方对于PC和ABS的性能有一定的改进，增加了PC材料的强度和韧性，但是用来当做手机外壳的材料仍需进一步的优化配方。通过整个实验，了解了一般塑料材料加工改性的加工成型工艺和对材料各种性能的测定方法。在实验过程中，学习了高速混合机、双螺杆注射机及双螺杆挤出机在塑料加工工艺中的是用方法，学会了塑料弯曲强度、拉伸强度、抗冲击强度及熔融指数的测定方法。另外，在整个实验过程中每个人的实验能力得到的提高是不能忽视的，不仅要进行资料的