PI的添加量对PVC∕PI复合材料的影响

1、任务书设计（论文）题目： PI的添加量对PVC/PI复合材料的影响 系部： 专业： 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 专业负责人： 1论文的主要任务及目标任务：以PVC为基体材料，选择合适分子量的PI，调整PAA添加量改善PVC的耐热性和阻燃性，通过 PVC和PI的相互作用研究PVC的聚集态结构，并分析其对性能的影响。目标：在保持PVC力学性能的前提下，确定最佳PI的添加量改善PVC的耐热性和阻燃性。2设计（论文）的基本要求和内容要求：（1）严格按照“本科生毕业设计（论文）撰写规范”撰写论文。（2）文献综述包括国内外的前沿动态以及本课题的创新点；（3）数据真实可信、图表准确，分析合理；（4

2、）结论具有代表性及再现性；（5）外文翻译准确，且与课题相关。内容： （1）对比PVC/PI复合材料和PVC板材的不同性能（力学性能、热性能、阻燃性能等）。 （2）采用不同添加量的聚酰胺酸复合材料研究分析，确定出不同PI添加量对PVC/PI复合材料性能的影响。 （3）通过热重分析实验，PVC/PI复合材料随温度的升高，质量的变化情况和找出各种PVC/PI复合材料的起始分解温度，分析各种复合材料的耐热性能。 （4）通过红外图谱分析聚酰胺酸在复合材料中基团的变化。 （5）通过扫描电镜分析冲击断面的微观结构。3主要参考文献1 李炎，于俊荣，刘兆峰. 聚酰亚胺的合成及其酰胺化研究，东华大学纤维材料2改性

3、国家重点实验室 1998.2 李玉芳，伍小明 聚氯乙烯耐热改性研发进展 J技术论坛，2010.28卷第5期：4044 3 钱军民，李旭样 聚酰亚胺改性和应用研究进展J绝缘材料，2011.6 ：1217.4 Yan Hong-Xia，Huang Ying，Ge Qi，eta1Development of advanced PIbased composites JNew Chemical Materials，2002，30(1)：695 赵东日，袁辉志，姜文风，于元章,卢晓. 马来酰亚胺对PVC树脂的耐热改性，齐鲁石化公司研究院6 黄锐主编塑料成型工艺学.第2版.-北京;中国轻工业出版社，2009

4、.27 胡圣飞，严海标，王燕舞，等纳米级CaCO3 填充 PVCCPE复合材料的研究J塑料工业，2000，28(1)：1415 4 进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，分析任务书（开题报告）2制定实验方案，技术路线3材料制备，性能测试，结构表征（中期检查）4补充实验（查漏补缺，验证实验）5编写、审核设计论文6论文审阅、修改PI的添加量对PVC/PI复合材料的影响摘要：通过两步法制备一定分子量的PI粉末，以PI粉末作改性剂与PVC共混并制成板材。用TGA、冲击、拉伸和燃烧等实验研究了PI添加量对复合材料热稳定性、力学性能、燃烧性能以及聚集态的影响。结果表明随着PI粉末添加量的增加

5、，复合材料的热稳定性、冲击强度、拉升强度、断裂伸长率、阻燃性都增大，而复合材料的弹性模量随着PI添加量增大有下降的趋势；添加PI粉末后，复合材料有序结构部分增加，而且有序结构部分也随着PI添加量增大而变大。关键词：聚氯乙烯，聚酰亚胺，添加量，复合材料Effect of PI content on PVC/PI compositesAbstract: Preparation of PI powder in certain molecular weight by two step method, using PI powder as modifier and PVC blend is made o

6、f sheet metal. With TGA, impact, tensile and combustion experimented of PI addition on the thermal stability of composite materials, mechanical properties, and combustion performance and aggregation effect. The results showed that with the increase of dosage of PI powder, the thermal stability of th

7、e composites, impact strength, tensile strength, elongation at break, flame resistance are increased, and the elastic modulus of the composite with the increasing of PI content decreased; the addition of PI powder, composite structure and orderly part of the increase, and the structure and orderly p

8、art as the PI content increased.Keywords: polyvinyl chloride, polyimide, weight, amount of composite materials目录1 前 言21.1研究背景21.2 研究目的及重要意义31.3 论文研究内容42实验部分52.1实验原料及配方52.1.1 原材料52.1.2材料的选择52.1.3复合材料加工配方62.2 实验仪器和设备82.3 实验流程82.3.1 工艺流程图82.3.2 聚酰胺酸的合成92.3.3 聚酰亚胺的制备112.3.4 复合材料板材的制备132.3.5 实验项目143结果与讨论

9、193.1数据结果与讨论193.1.1力学实验结果与讨论193.1.2 热性能分析及讨论263.1.3垂直燃烧测试分析343.2 PI粉末添加顺序实验结果与讨论344 结论365参考文献37致谢391 前 言 1.1研究背景聚氯乙烯(PVC)是通用塑料的主要品种之一，具有价格便宜、透明性好、难燃、电绝缘性好和耐腐蚀等优点，可通过添加各种添加剂和运用多种成型方法制得性能各异、用途广泛的软质或硬质制品。但是，通用PVC 树脂的热稳定性差，加工过程中易受热发生由活性部位(如烯丙基氯、叔氯、叔氢、带双键或过氧化物残基的端基等)引发的自催化脱氯化氢反应，形成共扼多烯链，并进而发生断链、交联等反应而变色、

10、降解，致使塑料制品质量变差，性能下降，进而影响其加工和使用性能。此外聚氯乙烯的抗冲击性能差、燃烧时放出的氯化氢有毒。因此，为了拓宽PVC 的使用范围，人们致力于对通用 PVC 树脂进行耐热改性、抗冲击性能、拉伸性能改性进而开发新型耐热 PVC 树脂。目前，PVC 耐热改性的方法主要有添加热稳定剂、共混改性、交联改性、共聚改性以及氯化改性和无机粒子改性等。通过这些方法，可以改善聚氯乙烯的耐热性能、抗冲击性能，拓宽使用范围。其中添加新型稀土热稳定剂所改性的PVC效果好、优点多，使得此方法成为热点研究之一。共混改性是应用最广泛、研究最多的一种改性方法，即在其粉末中加入玻璃化转变温度（Tg）较高的树脂

11、（即高分子耐热改性剂），通过物理混合和化学混合提高其耐热性能，该方法的工艺一般比较简单，可实施性强。目前研究出的材料性能大幅提高，前景广阔。氯化改性也是目前改性的主要方法之一，主要有溶液氯化法和悬浮氯化法两种，其中悬浮氯化法制造的氯化聚氯乙烯耐热性较高。缺点是要在提高材料的耐热性同时也提高材料的脆性，所以必须加入适量的抗冲击改性剂。聚酰亚胺（PI）作为很有发展前途的高分子材料越来越得到研究人员的重视，在绝缘材料和结构材料方面的应用不断扩大。在功能材料方面也逐渐崭露头角，其潜力仍在发掘中。其应用面很广，而且加工方法也是多种多样的，例如高均匀度的成膜、纺丝、气相沉淀、亚微米级光刻、深度直墙刻蚀、大

12、面积、大体积成型、离子注入、激光精度加工、纳米级杂化技术等等都为聚酰亚胺的应用打开广阔的天地。 随着合成技术和加工技术的进一步改善和成本的大幅度降低，热塑性聚酰亚胺必将在未来的材料领域中显示其更为突出的作用。但是单体合成及聚合方法上高成本导致了其至今也未成为一个更大的品种。聚酰亚胺的合成方法可以分为两大类，第一类是在合成过程中，或者在大分子反应中形成酰亚胺环；第二类是以还有酰亚胺环的单体聚合成聚酰亚胺。聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成，这两种单体与众多其他杂环聚合物，如聚苯并哑唑、聚苯并噻唑、聚喹哑啉和聚喹啉等单体比较，原料来源广，合成也较容易。二酐、二胺品种繁多，不同的组合就可以获得不同性能

13、的聚酰亚胺。聚酰亚胺越来越受到重视的原因有：1.突出的综合性能；2.合成方法种类多；3.可应用领域广。其突出的综合性能主要体现在其分解温度一般都在500左右，有些达到600，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。聚酰亚胺可耐极低温，如在269的液态氦中不会脆裂。聚酰亚胺具有优良的机械性能，未填充的塑料的抗张强度都在100Mpa以上，均苯型聚酰亚胺的薄膜为170Mpa以上，而联苯型聚酰亚胺达到400Mpa。作为工程塑料，弹性膜量通常为34Gpa，纤维可达到200Gpa，据理论计算，均苯四甲酸二酐和对苯二胺合成的纤维可达 500Gpa，仅次于碳纤维。一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般

14、的品种不耐水解，这个缺点使得聚酰亚胺有别于其他高性能聚合物，可以利用碱性水解回收原料二酐和二胺，例如对于Kapton薄膜，其回收率可达80%90%。改变结构也可以得到相当耐水解的品种，例如在120的水中，500 小时内材料的性能可以保持不变。聚酰亚胺的热膨胀系数在2×10-53×10-5，南京岳子化工YZPI热塑性聚酰亚胺3×10-5，联苯型可达10-6，个别品种可达10-7。聚酰亚胺具有优异的耐辐照性能，其薄膜在5×109rad快电子辐照后强度保持率为90%。聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数为3.4左右，引入氟，或将空气纳米尺寸分散在聚酰亚胺中，介

15、电常数可以降到2.5左右。介电损耗为10-3，介电强度为100300KV/mm，广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm，体积电阻为1017·cm。这些性能在宽广的温度范围和频率范围内仍能保持在较高的水平。聚酰亚胺本身无毒，可以用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。而且部分聚酰亚胺还具有较好的生物相容性，例如，在血液相容性实验为非溶血性，体外细胞毒性实验为无毒。1.2 研究目的及重要意义PVC 树脂的热稳定性差，加工过程中易受热发生由活性部位(如烯丙基氯、叔氯、叔氢、带双键或过氧化物残基的端基等)引发的自催化脱氯化氢反应，形成共扼多烯链，并进而发生断链、交联等反应而变色、降解，致使

16、塑料制品质量变差，性能下降，进而影响其加工和使用性能。热稳定性差的缺点是阻碍PVC材料进一步发展的主要原因，因此增大PVC的热稳定性可以进一步增大其应用范围，也是目前PVC材料研究的热点。聚酰亚胺是一种具有高的热稳定性、可耐及低温、有良好的机械性能、耐有机溶剂、高耐辐射性、很好的介电性能、无毒和优异绝缘性工程塑料。本设计通过用聚酰亚胺改性聚氯乙烯，控制聚酰亚胺的添加量，从而提高聚氯乙烯热稳定性、抗冲击性能，拉伸性能，从而制得高性能聚氯乙烯材料。1.3 论文研究内容本论文研究的内容是PI添加量对PVC/PI复合材料性能的影响，其中主要是对PI添加量对PVC/PI复合材料的热稳定性、力学性能以及对

17、PVC聚集态结构的影响。通过热重实验表征复合材料热稳定性能；通过拉伸实验、冲击实验表征复合材料力学性能；通过垂直燃烧实验表征复合材料阻燃性能；通过红外光谱扫描实验、偏光显微镜、扫描电镜实验表征复合材料的微观结构；从而全面分析其综合性能，选出性能最好的一组复合材料。2实验部分2.1实验原料及配方2.1.1 原材料实验用原料药品见表2.1:表2.1 原料药品Table 2.1 Raw material drug药 品牌 号出 产 地PVCDOPNMPODAPMDA三盐二盐硬脂酸锌硬脂酸钡液体石蜡环氧大豆油7058NMP-101HG 2340-2005C18上海金辉贸易化工有限公司青州市建邦化工有限

18、公司上海金锦乐实业有限公司山东万达化工有限公司余姚双象纳米塑业有限责任公司市售市售 广州市宬铧贸易有限公司 广州市宬铧贸易有限公司市售市售2.1.2材料的选择1.主体材料聚氯乙烯简称PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，是氯乙烯的均聚物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。2.热稳定剂三盐（3PbO·PbSO·HO）、二盐（2PbO·PbSO·HO）主要用作聚氯乙烯不透明或半透明制品的热稳定剂，有优良的耐热性和电绝缘性，特别适应于高温加工。硬脂酸钡(CHO) Ba用作PVC耐光耐热稳定剂，是

19、碱土金属硬脂酸盐中长期稳定性最佳者，与锌、镉皂并用时有协同效应。硬脂酸锌 (C36H70O4) Zn 用作PVC耐光耐热稳定剂。白色粉末，不溶于水，溶于热的乙醇、苯、甲苯、松节油等有机溶剂；遇到酸分解成硬脂酸和相应的盐；在干燥的条件下有火险性，自燃点900；有吸湿性。3.增塑剂DOP（邻苯二甲酸二辛脂）是通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯脂的加工、还可用于醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。ESO (环氧大豆油)是甘油的混合不饱和脂肪酸酯，外观呈黄色油状液体。ESO既是PVC的辅助增塑剂，又是稳定剂

20、，是使用最广的环氧类增塑剂。其特点是具有优良的耐热、耐光性能，相容性好，挥发性低，不易被抽出，可使塑料制品具有良好的机械强度、电性能和较好的低温柔韧性，无毒。但用量不宜过多，否者会渗出在塑料制品的表面上。适用于各种PVC制品，当与热稳定剂并用时有明显的协同效应。4.润滑剂液体石蜡是从原油分馏所得到的无色无味的混合物。它可以分成轻质矿物油及一般矿物油两种。其中轻质矿物油的比重及黏稠度较低，俗称白油，可以作为PVC和PS等塑料的内部润滑剂，润滑效率高，热稳定性好，无毒。其用量一般在0.5份左右。2.1.3复合材料加工配方PVC/PI复合材料配方见表2.2：表2.2 PVC/PI复合材料配方Tabl

21、e 2.2 PVC/PI composite formula名称添加量（份）PVC100DOP7液体石蜡7三盐二盐33硬脂酸锌1硬脂酸钡1.5PI粉末XPI粉末添加量见表2.3:表2.3 PI粉末添加量 Table 2.3 PI powder adding quantity编号PI添加量（%）0010.0520.130.1540.250.2560.370.352.2 实验仪器和设备实验所需的试验仪器和设备间表2.4：表2.4 试验仪器和设备Table 2.4 Testing instruments and equipment设备/仪器型号出产地双辊开炼机机WQ-1005-D东莞市伟庆机械设备有

22、限公万能制样机PQ-50化工部晨光塑料机械研究所平板硫化机QLB-D上海第一橡胶机械厂悬臂梁冲击实验机2HT-M河北省承德实验机厂拉伸试验机LT-500广州实验仪器厂扫描电子显微镜KYKY3800北京中科科仪技术发展有限公司热重分析仪HTG-1 / HTG-2/HTG-3北京恒久科学仪器厂偏光显微镜XPR-500D上海蔡康光学仪器有限公司热重分析仪HCT-1北京恒久科学仪器厂水平垂直燃烧仪SC-2南京江宁县分析仪器厂高速混合机GH-10DY北京市塑料机械厂2.3 实验流程2.3.1 工艺流程图 塑炼前添加PI(如图2.1 a )塑炼后加PI（如图2.1 b）的工艺流程图：a塑炼前加PIb塑炼后

23、加PI 图 2.1 工艺流程图Figure 2.1 Process flow diagrams2.3.2 聚酰胺酸的合成1.合成聚酰胺酸的原材料（1）均苯四羧酸二酐（PMDA） 白色或微黄色块状和粉状固体，熔点：（1）均苯四羧酸二酐（PMDA） 白色或微黄色块状和粉状固体，熔点：286，沸点：397-400，相对密度：1.680，吸水性强，水解生成均苯四甲酸,在水中容易分解，因此在干燥环境中保存。在室温下可溶于二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜，-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基乙基甲酮、甲基异丁基甲酮、乙酸乙酯等强极性溶剂中，不溶于氯仿、乙醚、正己烷、苯等弱极性或非极性溶剂中。（2）4,

24、 4-二氨基二苯醚(ODA) 白色晶体，熔点：191.5，沸点：300以上，相对密度：1.315，引火点：219，着火点：490。易溶于酸类，不溶于水。ODA的工业合成都是采用DNDPE为原料，经还原而制得。（3）甲基吡咯烷酮（NMP） 无色透明液体，沸点：202 ，闪点：95，能与水互溶，易溶于乙醚、丙酮及各种有机溶剂中，有微弱的氨气气味，化学性能稳定，对碳钢、铝不腐蚀，对铜稍有腐蚀性。具有粘度低、化学稳定性和热稳定性良好、极性高、挥发性低、能与水及许多有机溶剂无限混溶等优点。2.二酐和二胺的配比（C）计算公式由反应式:n ：n = c ：1 （1）n + n nPAA （2） m= （3）

25、m= （4）其中：v含90%的NMP溶剂体积10ml 为NMP溶剂的密度1.0279g/=218.12g/mol =200.24g/mol3.实验步骤（1）根据计算出的质量，先称量ODA，将其加入干燥的三口烧瓶中；量取适量NMP溶剂至三口烧瓶，将三口烧瓶放入冰浴中，同时用搅拌器混匀，使ODA快速融于NMP中。（2）称量计算好的PMDA,停止搅拌器，把称好的PMDA缓慢加入三口烧瓶中，打开搅拌器并调至适当的转速，让其在冰浴中搅拌反应9-10h。反应结束后倒出聚酰亚胺密封低温保存。2.3.3 聚酰亚胺的制备1.乌氏粘度计测分子量步骤a.根据实验需要将恒温槽温度调节至20±0.5。 b.洗

26、涤粘度计先用NMP灌入粘度计中浸洗除去留在粘度计中的聚合物，尤其是毛细管部分要反复用溶剂清洗，洗毕，将NMP溶液倒入回收瓶中，再用洗液、自来水、蒸馏水洗涤粘度计，最后烘干。c.配制聚合物溶液准确称取1.25g低粘度PAA放入清洁干燥的容量瓶中，在量筒中倒入约25mlNMP，先将一半的NMP倒入含PAA的容量瓶中，搅拌致使其溶解均匀，用移液管将其移入粘度计中，再将另一半的NMP倒入容量瓶中，搅拌，移入粘度计，将粘度计垂直固定于恒温水浴中待测。d.测定溶剂的流出时间用手捏住C管管口，使之不通气，在B管用洗耳球将溶剂从E球经毛细管、M2球吸入M1球，然后先松开洗耳球后，再松开C管，让C管通大气。用秒

27、表准确地测出液面流经a线与b线之间所需的时间，并记录。重复上述操作三次，每次测定相差不大于0.2 s。取三次的平均值为t0，即为溶剂的流出时间。e.溶液流出时间的测定测定t0后，将粘度计中的NMP倒入回收瓶，并将粘度计烘干，用干净的移液管吸取已恒温好的被测溶液25ml，移入粘度计，恒温3分钟，按前面的步骤，测定溶液（浓度c1）的流出时间t1。中、高粘度测法相同。f.粘度计洗涤测量完毕后，取出粘度计，将溶液倒入回收瓶，用纯溶剂反复清洗几次，烘干，并用热洗液装满，浸泡数小时后倒去洗液，再用自来水，蒸馏水冲洗，烘干备用。2.分子量的计算公式按下式计算特性粘数：=t1/t0 （1） （2）= / C

28、(3)k*M (4) C为供试液的浓度(gdl)。 K常数，随着分子量和温度的增加略有减小；K=1.07X104 常数，取决于温度和体系的性质。在0.51之间。在状态时为0.5，一般为0.82。=0.82 相对粘度，溶液粘度对溶剂粘度的相对值。 增比粘度，反映了高分子与高分子之间，纯溶剂与高分子之间的内摩擦效应 。 特性粘度，反映了高分子与溶剂分子之间的内摩擦 。 （4）数据结果:表2.5 PAA的分子量Table2.5 The weight of PAA特性粘度分子量M（×104）1.426.13.将PAA制备成PI粉末（1） 沉析和抽滤原理利用压力差原理设置，滤纸作为层析的载体，

29、将由在加热套温度180-190、无氧条件下，反应3小时后的溶液，通过压力吸附，将其液体吸走，留下粉末的方式。（2）层析和抽滤步骤a.将量取配置同等比例的溶液（PA=40ml NMP=40ml），充分混合，倒入三角烧瓶中，将三角烧瓶固定于铁架台上，放入磁力搅拌器，打开加热套，将加热套温度调至180-200，搅拌器调至适当的转速。b.从三角烧瓶一端通入氮气，排尽烧瓶中的氧，从另一端插入冷却回流装置，将烧瓶移入加热套中，待温度稳定后开始计时，反应约3小时。c.三小时后停止加热，将溶液凉致室温，进行第一次真空抽滤，之后将块状物放入烧杯中，加入适量的乙醇使其溶解，然后进行第二次真空抽滤。将抽滤出的固体放

30、入容器中以待烘干。(3)烘干及研磨调节烘箱温度50，将湿粉末放入烘箱中，恒温3小时。取出冷却后，密封保存于有干燥剂的密闭容器中待用。2.3.4 复合材料板材的制备1.配料及混合按照表2.2 对各组分物料进行称量配置，并将其全部倒入高速搅拌机中在室温下混合1-2分钟，使各组分混合均匀。其中各组PI添加量见表2.3。2.塑炼根据操作规程，先将两辊间距调零，易于加热，待辊温升至165时,将辊距调至2-3mm，调电压，使辊温保持在160-165，起动开关，将混合好的预混料倒入两辊之间，回炼2-3次对其预混料预热，调节辊距使预混料充分混合，混炼约15分钟左右，观察预混料是否混合均匀，手摸不显毛粒，表面光

31、滑具有一定的强度，调节辊距，使预混料出辊时，尽量薄，利于压制成型。利用不同配方原料，重复以上混合步骤，得出各组混料。3.复合材料的压制成型根据PVC性能，将压力机温度调至170±5，选用4mm左右的模板，把已经辊压出的薄片，交错放入模具中（已经预热的），闭模，放气三次，恒温、恒压于1.52.0Mpa约30min，开模冷却至约50以下，脱模取出PVC/PI板材制品待制样。2.3.5 实验项目 1.冲击试验a.按试样标准制样，每组5个样（例如硬质PVC可选用IV型试样，a型缺口）。b.测量缺口处的试样宽度，精确到0.05mm。c.实验室应把温度设定在（23±0.5）下进行。d.

32、选择适宜的摆锤，使试样破断所需的能量在摆锤总能量的（10%80%）区间内。e.将摆锤连同被动指针从预扬角释放，空试样冲击，从刻度盘读取示值，此值即克服风阻和摩擦的动能损失，校正刻度盘指针。f.用适宜的夹持试样，试样在夹持台中不得有扭曲和侧面弯曲。g.将摆锤连同被动指针从预扬角位置释放，冲断试样后，从度盘读取示值。此示值即为试样破断所消耗的能量w。试样经一次冲击后，分离成两段或两段以上者称为破断，或者虽没有完全分离成为两段，但破裂已达到试样缺口处剩余厚度的90%者也属破断。2.拉伸实验a.制备样条长约150mm细颈宽度10mm平行间距72mm。b.在试样中建平行部分坐标线，示明标距G0。c.游标

33、卡尺、千分尺测量标线间试样的厚度和宽度，每个试样测量3点，取算术平均值。e.调试好LT-500型拉力试验机夹好样条。夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上、下夹具中心连线重合，且松紧要适宜。防止试样滑脱或断在夹具内。f.试样断裂在中间平行部分之外时，此实验作废，应另取试样补做。g.开动机器h.记录数据3.垂直燃烧实验（1）垂直燃烧实验的原理 垂直燃烧实验是垂直地夹住试样的一端，对试样自由端施加规定的气体火焰，通过测量有焰燃烧及无焰燃烧的时间等来评价试样的燃烧性能。（2）垂直燃烧实验的方法a.垂直夹具夹住试样一端，将本生灯移至试样底边中部，调节试样高度，使试样下端与灯管标尺平齐。b.点着本生灯并调节至

34、产生20±2mm高的火焰。c.开电源复位返回清零显示初始状态P。d.按选择，显示F？再按选择，显示11F10？意思为用施焰时间为10s的垂直吗？e.按运行，显示、dH，垂直法的指示灯亮表示选择了垂直法。f.按运行将本生灯移至试样下端，对试样施加火焰，显示A、SYXXX、X，表示正在施加火焰，并以倒计数的方式显示施焰的剩余时间，当施焰时间还剩3s时，蜂鸣器响，提醒操作者准备下一步操作。当施焰时间结束10s后，本生灯自动退回，“有焰燃烧”指示灯亮，显示心事为AXX、XXXX、X，中间2、3、4三个数码管表示本次有焰燃烧时间，右边5、6、7、8四个数码管表示诸次有焰燃烧的积累时间。g.当有

35、焰燃烧结束后，按计时控制，显示A、dH，按运行开始本次试样的第二次施焰显示A、SYXXX、X。同样，当施焰时间还剩3s时，蜂鸣器响，施焰时间结束，本生灯自动退回，“有焰燃烧”指示灯亮，显示信息为A、XX、XXXX、X中间2、3、4三个数码管为第二次施焰后的有焰燃烧时间，右边5、6、7、8四个数码管表示诸次有焰燃烧的积累时间。h.当有焰燃烧结束，按计时控制，“有焰燃烧”指示灯灭，“无焰燃烧”指示灯亮，显示信息为A、XXX、X表示无焰燃烧时间。i.当无焰燃烧结束，又没有无焰燃烧时，按计时控制，显示b、dH，表示A试样实验结束。j.重复到各步骤，直至一组试样结束。k.在实验的过程中，若有滴落物引燃脱

36、脂棉的现象，按退火，仪器显示X、dH，该试样停止实验。l.在施焰时间内，若出现火焰蔓延至夹具的现象，按不合格，此试样实验结束。m.实验后，需读出试样实验数据时，按读出。先显示的是与第一数码管所对应的实验次数的第一次施焰后的有焰燃烧时间；再按读出，则显示第二次实验的有焰燃烧时间；第三次按读出，则显示第二次施焰的无焰燃烧时间；直至显示dc-End（表示实验数据全部读完）。若有蔓延到夹具的现象时，读出显示“X、bHg”,若有滴落物引燃脱脂棉现象，读出显示信息为”X94V-2”。n.结果表示在自动状态下，仪器可直接读出总的有焰燃烧时间。当采用手动时，实验结果按下式计算： 式中 第i根试样第一次有焰燃烧

37、时间，s； 第i根试样第二次有焰燃烧时间，s； i 实验次数i=15。（3）判断标准垂直法 按点燃后燃烧行为，材料性能分为FV-0，FV-1、FV-2等三级（符号FV表示垂直燃烧）详见表1。表2.6 垂直法燃烧评定材料燃烧性的级别与表示Table2.6 level of vertical combustion evaluation material combustibility and said判据级别FV-0FV-1FV-2X每根试样的有焰燃烧时间对于任何状态调节条件，每组五根试样有焰燃烧时间总和每根试样第二次施焰后有焰加上无焰燃烧时间每根试样有焰或无焰燃烧蔓延到夹具现象无无无有滴落物引燃脱

38、脂棉现象无无有有或无注：X表示该材料不能用垂直法分级，而应采用水平法对其燃烧性能分4. 热重实验（1）热重分析仪 主要由天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分构成。（2）热重分析方法最常用的测量的原理有两种，即变位法和零位法。所谓变位法，是根据天平梁倾斜度与质量变化成比例的关系，用差动变压器等检知倾斜度，并自动记录。零位法是采用差动变压器法、光学法测定天平梁的倾斜度，然后去调整安装在天平系统和磁场中线圈的电流，使线圈转动恢复天平梁的倾斜，即所谓零位法。由于线圈转动所施加的力与质量变化成比例，这个力又与线圈中的电流成比例，因此只需测量并记录电流的变化，便可得到质量变化的曲线。（3）热重分析

39、步骤a.称量5-10mg左右试样，记录实际重量，标定后序号，放置坩埚中。b.启动热重分析仪，点击采集试样，设置试样名称PVC/PI，试样序号1、2、，试样重量，实验员姓名，添加升温速率，最高温度720,保温时间0，确定后开始采集。c.热重分析调试大约15min，当实验结束后保存图样，取出坩埚，通入冷却水，开始冷却，至到60以下，重复以上步骤，获得其他试样分解时图样。5.扫描电镜实验（1）样品制备在拉伸样条的断面处切取约2mm大小的立方块，断面与燃烧面朝上用导电胶粘于样品盘上，对其喷金处理。（2）实验步骤a.打开墙上主机电源的开关。b.将仪器后面板处的主电源开关打开。c.开启左侧面板开关。d.启

40、动电脑进入操作系统。e.样品的观察。f.对感性趣的区域，采取适当的放大倍数，通过焦距的调节，获取清晰的图像。6.偏光显微镜实验（1）样品制备在塑化均匀的PVC/PI复合材料的料片上剪小一块薄片放在两块平整的模板上，在平板硫化仪中压成薄而半透明的小料片。平板硫化仪的参数和压制板材的参数一样，目的是为了模拟板材工艺，使得二者的聚集态结构相同。（2）实验步骤将制备好的PVC/PI复合材料样品薄膜置于偏光显微镜下观察其聚集态结构，目镜和物镜放大倍数为 10×10倍以及10×40倍。7.红外光谱实验 (1)样品制备在制好的PVC/PI板材上切小一下薄片放于载玻片上烘烤，融化后挤压成很

41、薄的片状物备用。(2)实验步骤a.开启傅立叶红外光谱仪电源，大约30秒钟，状态灯由红变绿。预热10分钟，待电子部分和光源稳定后，开始进行测量。 b.开启电脑，运行OPUS操作软件。检查电脑与仪器主机通讯是否正常。 c.根据实验要求，设置实验参数。 e.根据样品选择背景。 f.测量背景谱图。 g.准备样品。 h.将样品放入样品室的光路中（如放在样品架或其它附件上）。 i.测量样品谱图。 j.对谱图进行相应处理。 k.移走样品仓中的样品，确保样品仓清洁。 l.关闭傅立叶红外光谱仪电源。m.关闭电脑。 3结果与讨论3.1数据结果与讨论3.1.1力学实验结果与讨论1.冲击性能不同添加量的冲击性能数据见

42、表3.1：表3.1不同添加量的冲击性能Table 3.1 impact properties of different addition amount编号01234567冲击强度KJ/m214.11814.22914.6217.2617.63219.30319.6720.437不同添加量复合材料冲击性能如图3.1： 图3.1 PI不同添加量冲击性能Figure 3.1 PI Impact properties of different addition amount由图3.1可以看出添加PI粉末的复合材料冲击强度都有一定的增加；而且增加的幅度随着添加量的增大而变大。冲击强度是材料冲击韧性大小的

43、主要指标，冲击强度越大说明材料的冲击韧性越好。硬质PVC本身是一种脆性材料，其冲击强度比较小。添加PI粉末后PVC材料冲击强度增大，主要是PI粉末对PVC材料的增强作用。该体系是一种刚性粒子补强脆性基体的体系。粉末状的PI是一种微小的刚性粒子，均匀的分布在PVC中是可以起到一种增韧的效果。这是因为当复合材料受到外力时，PVC材料首先受力变形，刚性的PI在 PVC中均匀分布，诱导PVC生成银纹使得材料在断裂之前就消耗大量的能量，增大了PVC的冲击强度。2.拉伸性能不同添加量复合材料拉伸实验数据见表3.2：表3.2 不同添加量的拉伸性能Table 3.2 Tensile properties of

44、 different adding amount编号项目01234567拉伸强度/MPa48.54550.12350.97651.92952.97553.8254.54856.469弹性模量/MPa636.3592.25581.45570.01563.73557.955560.1556.42断裂伸长率/%9.29279.5389.9639.948510.01210.32810.66410.941（1）不同添加量复合材料拉伸强度如图3.2从图3.2可以看出复合材料拉伸强度有一定提高，而且随着添加量的增大，材料的拉伸强度有增大的趋势。PVC大分子在塑化过程中在高温和较大的剪切力的作用下会脱除氯化氢

45、，使得材料的极性减小，使得材料的拉伸强度减小。添加了PI后，PI和PVC大分子形成了氢键(见3.1.2.4)，增加了PVC的稳定性，PVC上脱除的氯化氢的数量减少，极性增大，使得PVC的拉伸强度增大。随着PVC的添加量的增大，PVC大分子的极性越大，因此拉伸强度随着PI的添加量增加而变大。除此之外，添加PI粉末后，PVC大分子以PI粉末颗粒为晶核，异相生成有一定大量的有序结构，本来无规结构的PVC生长成含有一定有序结构的材料，使得材料的拉伸强度增大。而且随着添加量的变大，材料有序结构部分含量也增大，因此材料的拉伸强度随着PI添加量变大而增大。图3.2 不同添加量拉伸强度Figure 3.2 T

46、ensile strength of different adding amount （2）不同添加量复合材料弹性模量如图3.3图3.3不同添加量弹性模量Figure 3.3 Modulus of elasticity of different adding amount 从图3.3可以看出添加PI后，复合材料的弹性模量有所降低，但降低不多。复合材料受到外力作用时，基体材料首先发生形变，PI小颗粒由于刚性较PVC大，因此在PVC刚发生形变时PI小颗粒不会发生形变，在PI小颗粒周围会出现较大的空隙，PVC大分子的自由体积变大，分子链键角、键长变化较容易，使得材料的弹性模量减小，而且随着PI添加量

47、的增大，大分子自由体积就越大，材料的弹性模量越小。（3）不同添加量复合材料断裂伸长率如图3.4 图3.4 不同添加量断裂伸长率Figure 3.4 Elongation at break of different adding amount从图3.4可以看出添加了PI粉末后，复合材料的断裂伸长率随着添加量的变大逐渐的增大的。高分子材料在受力时，在微观结构上分子链先发生键角变大、键长伸长，随后大分子链发生位移；在宏观结构上料条发生塑性变形。PI粉末的存在使得PVC大分子的自由体积变大，在外力的作用下大分子的键角变大，分子链运动变得容易，分子链形变增大，使得材料的断裂伸长率变大。随着添加量的增大，

48、自由体积变大，键角、键长变化以及分子链运动都变得更容易。而且添加PI后，PVC有序结构含量变多。当材料受到外力时，有序结构部分的折叠链变成伸直链，使得材料的断裂伸长率变大。随着PI添加量增大，有序部分含量也增多，因此添加量越多，材料的断裂伸长率越大。3.从扫描电镜角度分析复合材料力学性能的结论 （1）PI添加量为0.2%（如图3.5 a）和0.3%（如图3.5 b）复合材料拉伸断面的扫描电镜照片对比 a. x=0.2% b. x=0.3% 图3.5 拉伸断面的扫描电镜照片Figure 3.5 Scanning electron microscopy photos of the drawing

49、section 选择添加量为0.2%和0.3%的样片做扫描电镜是因为这两组样品的综合拉伸性能很好，而且趋势明显。从照片中可以看出添加量为0.3%的复合材料中PI粉末要比0.2%复合材料分布均匀，但粒度稍微要大。这可以说明为什么随着PI粉末添加量的增加，复合材料的拉伸性能越好。因为粉末颗粒较小时，其分布越均匀，颗粒对基体材料PVC的增强作用越明显。 4.偏光显微镜角度分析复合材料力学性能（1） PI不同添加量板材的偏光照片如图3.6a. 0（x100） b. 1（x100）b. 2（x100） d. 3（x00）e. 4（x100） f. 5（x100） g. 6（x100） h. 7（x100

50、）图3.6 不同添加量偏光显微镜照片Figure 3.6 Polarizing microscope photographs of different adding amount从偏光显微镜照片可以看到有数量不等并且出现双折射的有序结构。其中没有添加PI粉末样品的照片几乎没有出现双折射的有序结构，其他添加了PI粉末样品的照片中都出现了明显的规则有序结构，而且随着添加量的增加PVC中有序结构含量也增多。PVC是一种结晶度非常低的材料，添加PI后的复合材料PVC出现了有序结构，这说明了PI的存在改变了基体材料PVC的聚集态，PI粉末可以诱导PVC大分子生成有序结构，从而导致复合材料的力学有较大的改

51、善。（2）PI添加量为0.25%时PVC/PI复合材料压成薄片后在烘箱培养不同时间后所得薄片的偏光照片如图3.7 从图3.7的照片可以看出当t=1h时，材料就已经出现了双折射的有序结构；而且随着时间的延长，有序结构的体积逐渐变大。当t=5.5h后，有序结构的体积随时间的增加变得很缓慢。a. t=1h b. t=3h c. t=5.5h d. t=8he. t=10h图 3.7 培养不同时间样品的偏光显微镜照片Figure 3.7 Polarizing microscope photographs of samples with different time 5.复合材料力学性能结论：添加PI后PVC的强度和断裂伸长率随着添加量的增大而有增大的趋势，弹性模量有较小的下降。这主要是因为添加的PI粉末以异相存在，诱导 PVC大分子在PI粒子上生成有序结构，改变了PVC的聚集体结构；而且PI粉末的颗粒很小，在复合体系中PI粉末以刚性粒子存在而起到增强作用，该复合体系是一个刚性粒子对脆性基体的增强体系。3.1.2 热性能分析及讨论