塑胶混炼及其机械性质测定.doc

塑膠混煉及其機械性質測定一、實驗目的1.學習如何以熔融混煉方法將兩種聚合物混合。2.學習使用熱壓機製作試片。3.學習以拉力試驗機測試高分子機械性質。4.學習以耐衝擊試驗機測試高分子材料之耐衝擊性。二、實驗原理聚摻合物是指將二種以上的聚合物經由融熔或加入溶劑的方式而予以混合而成的。 一般而言，聚摻合物的機械或物理性質，決定於相形態(morphology)、連續相與分散相間的作用力以及組成百分比等諸多因素。而其微觀相形態又深受混煉加工技術與條件之影響。於實際應用上，聚摻合物大多利用物理摻混的熔融加工技術，將不同高分子成份摻混在一起。通常使用的機器有押出機(extruder)、混煉機(compounder)、混合機(internal mixter)、捏合機(kneader)、塑譜儀(brabender)和滾筒機(roll miller)等等。此方法不需使用溶劑，只要小心控制操作溫度及適當的操作時間，即可得分散性良好的摻合物，不過需注意避免不同成份在熔融態，因高剪切力及高溫可能造成裂解。拉力試驗簡介抗張強度(tensile strength)最常用以表示材料的機械性質，涵意為需要多大的拉伸應力，才足以破壞材料分子的凝聚力。測試時，是將材料裁成一定形狀後，在拉力試驗機中，以一定的速度延伸，直到拉斷為止。其試片形狀通常為啞鈴型。 將材料所受的應力(stress)和應變(strain)作圖，即可得到應力-應變曲線，從此圖中可以取得下述之參數。(1) Fp：表示材料合乎虎克定律的上限應力，當材料受力低於Fp時，外力去除後材料本身可以恢復原狀而不會產生形變，故此區域亦可稱為彈性區域。(2) 彈性區域內曲線的斜率稱為彈性係數(elastic modulus)。(3) Fy表示降伏強度(yield strength)，其與Fp十分相近，有時很難明顯區分，當材料受力超過降伏點時，即產生永久變形。(4) Ft表示斷裂強度(ultimate strength)，當材料受力超過降伏點後，材料不需額外的應力即可延伸，即為塑性區域。最後材料再受外力而延伸造成斷裂，此時的強度即為斷裂強度。(5) 斷裂伸長量(elongation at break)材料斷裂時的伸長量。(6) 韌性(toughness)即每單位體積斷裂時所需的能量，而應力-應變圖中區線下所圍的面積，即可用來表示韌性的大小。三、實驗設備1.塑譜儀廠商：Brabender Co.型號：Plasti-corder PL2000用途：使塑膠粒升溫至熔融態，並以高剪切力加以混煉。2.粉碎機 用途：將高分子材料粉碎至1mm大小顆粒，以利後續之熱壓成型。3.熱壓成型機 廠商：瓏昌機械工業有限公司 型號：FC-60 TON 用途：將高分子材料加熱熔融，壓成模型測試片。4.萬能拉力機 廠商：SHIMADZU 型號：AGS-J 用途：將啞鈴形測試片(ASTM D-638規格)置入拉力機之測試夾具 中，進行實驗。最終可獲得抗張強度與斷裂拉昇率。抗張強度的計算： 斷裂拉伸率的計算： 其中 ：抗張強度(Tensile Strength) ：Deformation force ：cross-sectional area of the gage region ：the change in sample gage length(L-L0) ：initial length5.耐衝擊試驗機 機型：弘達，HT-8041B用途：測定塑膠材料之耐衝擊性。 衝擊值計算方法： EWR (coscos)其中 E：衝擊試驗機所吸收之能量 W：擺錘重量(0.78Kg) R：擺錘之迴轉中心至其重心間的距離(20.83cm) ：落下的角度(150) ：擊斷試片後擺錘之上升角度衝擊值E / A (Kg-m/cm2)，A：試片斷面積四、實驗步驟塑譜儀操作1. 開啟右側的開關，向左轉至水平處。2. 開啟溫度顯示器左側的開關，向左轉至水平處。3. 設定加工溫度(180，或改變混煉溫度)，轉速固定50rpm。4. 將外加熱板螺栓固定，再裝上壓料桿。5. 開始入料(PP、PE不同比例混合40：60，總重量45g)。6. 開關轉至intern。7. 混煉10分鐘後取出塑料。8. 清理料倉。9. 將取出料放入粉碎機粉碎後，準備進行熱壓試片。熱壓機操作1. Power on，手動。2. 設定加工溫度(200)，壓力(100Kgf/cm2)。3. 開模。4. 將模具置於下鋼板上加入塑膠粉碎粒，再放上上鋼板。5. 關模，開始熱壓15分鐘後取出。萬能拉力機操作1. 氣壓機插電，將氣壓機紅色按鈕拉起。2. 將筆電裝上，接上拉力機連接線(接在電腦後方右邊)開機。3. 開啟拉力機左後方黑色電源。4. 電腦開機後，選第一項(Man-Yi)。5. 點選桌面：大學部拉力試驗、混煉。6. 點選桌面：TRAPEZIUM2 輸入帳號及密碼：user7. 將NEW選單拉下，選TEST，NEXT，TEST1，NEXT。 Batch size(Sample種類3)、 SubBatch size (每種類測試次數 3)，輸入完畢右邊點空白處即 會出現相關條件。8. 輸入sample厚度3mm、寬度6mm 、長度63mm(總長11.3cm，兩端夾具分別夾住試片各約2.5cm)，再按兩次NEXT，Finish，進入操作頁面。9. 拉力機部份先試夾夾具大約高度後，再將下極限固定以防夾具碰撞，將拉力機後面延伸計向後轉。10. 力量歸零(按ZERO鍵)。右手邊氣閥控制上夾具，先夾住試片上端，試片位置需置中且正。11. 夾住後，力量數值會變動，按面板上、下箭頭歸零。歸零後Extension歸零。12. Begin test(start)待數值及圖形出現後，按下Save儲存。13. 開File後，按Print Preview，選PDF存檔，輸入檔名(組別)再存入隨身碟。14. 圖形數據以同種類試片為一組每組測試三次，共存三個數據及圖形。耐衝擊試驗1. 調整試驗機指針，對準分度盤之零點。2. 裝上試片(ASTM D-256規格，試片之缺口須面對擺錘之打擊口)。3. 轉動擺錘升降之把手，調高擺錘至規定高度，指針分度盤轉至分度盤上之固定點即可，其角度150。4. 壓下固定點使擺錘自由擺下衝擊試片。5. 緩慢拉緊煞車板停止擺錘之擺動。6. 讀取擺錘剩餘能量所提昇之角度()及試片缺口部之斷面積。7. 計算試片破斷時所吸收之能量，以試片缺口部之斷面積除之即為衝擊值。8. 檢視衝斷後之試片角度及斷口狀況，以判斷是韌性或脆性材料。五、注意事項1. 機器操作期間除必要時，應養成盡量不以徒手做輔助操作。2. 熟記緊急開關的位置。3. 實驗中應著實驗服。4. 必要時檢視，應養成先停車再檢視之習慣。5. 保持實驗室周圍環境整潔，尤應防止地面之油漬，以防不慎滑倒或著火。6. 注意切勿彎曲到熱電偶線。7. 實驗完必須將塑譜儀確實清理乾淨以防污染，並在停止狀態下進行。8. 拉力機務必將下極限固定以防夾具碰撞。六、實驗結果1.萬能拉力機操作 列印出測試後的數據及圖形（同種類試片為一組，每組測試三次， 共三個數據及圖