华北科技学院高分子综合实验

目录煤矸石与氢氧化铝对软聚氯乙烯〔PVC〕消烟阻燃的研究 2PP和PS流动性的测试 7纳米碳酸钙对聚丙烯性能的影响 11双氰胺改性酚醛泡沫塑料及其性能的测定 17橡胶的硫化工艺 24综合实验感想 27

煤矸石与氢氧化铝对软聚氯乙烯〔PVC〕消烟阻燃的研究〔华北科技学院环境学院材料科学与工程专业B101班〕摘要：本次实验是在研究金属氢氧化物Al(OH)3复合阻燃剂对软聚氯乙烯PVC的阻燃消烟作用的根底上，来通过再参加煤矸石〔主要成分金属〕研究Al(OH)3复合阻燃剂对PVC阻燃消烟性能指标研究，以求能利用煤矸石合理的配比替换高价金属物氧化锌、三氧化二锑等，到达经济实用的目的。利用对氧指数、机械力学性能进行了测定，结果说明：Al(OH)3和PVC配比适宜时有较好的阻燃消烟效果，同时煤矸石的参加会略微降低Al(OH)3对PVC阻燃消烟这一结果。由于阻燃剂的添加量较小，对样品的力学性能影响不大。关键词：氢氧化铝；煤矸石；聚氯乙烯；阻燃消烟引言聚氯乙烯PVC因其自身分子中含氯量高达56%，是一种自熄性聚合物且其廉价易得而被广泛应用。但软质PVC由于增塑剂或其它添加剂的稀释作用而使其含氯量下降，阻燃性能下降。为了改良增塑处理后的PVC制品的阻燃性能，用添加阻燃剂来提高其阻燃性。通常用于PVC的阻燃剂包括含以下元素如：含锑、锡、锌、铜、铁或钼等的化合物。无机填充型阻燃剂Al(OH)3具有无毒、不挥发、不产生腐蚀性气体且能抑烟的优点，但这些阻燃剂阻燃效率低，所需添加量大。无机阻燃剂的微粒化、外表改性和协同作用，已成为解决这一问题的良策。金属配合物能通过影响聚合物的根本降解过程和含卤阻燃剂复合使用而起到阻燃消烟作用。本次试验是利用阻燃剂间的协同作用尽量降低阻燃剂的添加量，到达降低本钱和改善材料性能的目的。作用机理是金属配合物煤矸石与氢氧化物Al(OH)3能通过影响聚合物的根本降解过程和含卤阻燃剂复合使用而起到阻燃消烟的作用。本文研究的目的就是通过测试样品的氧指数、力学性能来探讨煤矸石和Al(OH)3对软PVC的协同阻燃消烟作用及机理来提高其阻燃性、降低本钱。1实验局部1.1主要原料PVC，SG2型；邻苯二甲酸二辛酯〔DOP〕；三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅，市售；硬脂酸钙，工业级；Mg(OH)2，工业级；Al(OH)3，ZX-131型。1.2主要设备SHR-10AH混合机、宏基机械；氧指数仪，HC-1，南京江宁分析仪器厂；开放式塑炼机，SK-160，江苏明珠试验机械；平板硫化机，XLB400X400X1，青岛鑫城一鸣橡胶机械；拉力实验机，LJ-5000，承德实验机厂。1.3试验样品的制备1〕配料按配方称量规定物料〔包括：PVC、三盐、二盐、硬脂酸、DOP、氢氧化氯、煤矸石〕在混合机内混合3到5分钟，温度到达35℃到45℃之间，出料，准备塑炼。表1样品配方样品PVC〔g〕DOP〔g〕三盐基硫酸铅〔g〕二盐基亚磷酸铅〔g〕硬脂酸〔g〕Al(OH)3〔g〕煤矸石〔g〕A500.0150.00.00.0B500.0150.050.00.0C500.0150.075.00.0D500.0150.0100.00.0E500.0150.0125.00.0F500.0150.0125.05.0G500.0150.0125.010.0H500.0150.0125.015.0I500.0150.0125.020.02〕塑炼设定双辊塑炼机的温度、调节辊间距2~3mm，当物料开始粘辊时适当缩小辊间距，翻开加热档，使机器处于加热状态，等塑炼机双辊温度到达所需温度〔前辊165~175℃、后辊160~170℃〕，加混合均匀的物料在双辊上塑炼6~8min，停机，铲下胶片移入平板硫化机。3)压片设定好平板硫化机上下板温度〔上板180℃、下板180℃〕时间为400s，到达设定温度，将塑炼好的胶片放入模具，按"开启〞按钮进行压片，到预设时间后卸压，翻开模具取出样品。4)切条待样品冷却固化后在万能制样机上切条，氧指数样条长、宽、高各为100mm、10mm、3mm，力性性能测试样条长、宽、高各为100mm、10mm、3mm。5〕性能测试按GB/T1040.2-2006执行标准在拉伸机上按照国标测样品的力学性能，记录数据。利用校准准确氧指数仪，测定A样品的到I样品的氧指数，记录数据。1.4性能测定结果1〕氧指数〔LOI〕的测定结果表2样品氧指数测定结果样品Al(OH)3〔g〕煤矸石〔g〕氧指数〔%〕A0.00.024.5B50.00.026.6C75.00.028.4D100.00.029.5E125.00.029.6F125.05.029.7G125.010.029.8H125.015.029.2I125.020.027.9由表2得出结论：通过多组不同Al(OH)3参加量的实验比照可以得到500gPVC中参加125gAl(OH)3阻燃效果最好，氧指数最高，为29.6%，在此根底上参加煤矸石，可以得出，500gPVC中参加125gAl(OH)3、10g煤矸石的阻燃效果、节省本钱到达最正确。2)力学性能测试结果表3样品力学性能测试结果性能拉伸强度σM断裂拉伸应变εB拉伸强度拉伸应变εM拉伸屈服应力σy拉伸弹性模量Et组别MPa％％MPaMPaE19.82287.19286.224.5586.97F26.91570.68568.986.1294.29G23.29575.84573.544.91125.48H25.00508.88507.355.09183.63I22.87489.89487.835.05187.87表3附力学性能测试曲线：2结果与讨论2.1Al(OH)3、阻燃剂的阻燃消烟作用及机理1〕阻燃机理：Al(OH)3作为一种无卤、抗酸的无机阻燃添加剂，应用于塑料和橡胶工业，近年引起了人们的广泛注意。这种氢氧化物受热时按下式分解：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O由表2中氧指数数值可知，Al(OH)3的参加对软PVC具有较好的阻燃效果，样品的LOI从24.5％上升到29.6％。并且对材料的拉伸强度、断裂伸长率影响不大。Al(OH)3对软质PVC的阻燃作用主要基于它们的脱水吸热效应，由于失去结晶水需要吸收热量，从而抑制了软质PVC的温度上升；同时脱出的结晶水形成蒸汽冲淡了软质PVC周围的氧气浓度，使PVC燃烧困难。Al(OH)3占PVC配比的25%时有最好的阻燃消烟作用。由表2中数值得知，样品E有较好的阻燃性同时观察样品E也有较好的消烟作用。2〕消烟机理：一方面是由于在受热过程中生成的Al2O3有较大的外表积，能吸附烟核和烟粒，到达消烟作用。另一方面，Al(OH)3抑制烟的生成，是由于在固相中，它促进了炭化过程，取代了烟灰形成过程的缘故。一般来说，它的消烟作用也和它在燃烧过程中的脱水吸热有关。因为在凝聚相中，热的消散会减少热解而有利于交联反响的发生。另外Al(OH)3还可吸收燃烧生的氯化氢，进一步使烟密度等级下降。2.2煤矸石〔金属配合物〕与氢氧化铝对软PVC的协同阻燃消烟作用及机理由表2中的数据可知，当参加5g煤矸石时，从LOI并没有明显的改善，力学性能有明显变化。由表2中的数据可知，当Al(OH)3与煤矸石复合后，随着煤矸石含量增加样品的LOI呈现出下降趋势，当样品中煤矸石超过10g时LOI明显下降。煤矸石与Al(OH)3复合使用可以作为软PVC的有效的阻燃剂，这和金属配合物的催化成炭有关。有机聚合物的成炭根本上有两条途径：(a)在凝聚相，大局部或所有的非炭质成分从聚合物的碳链上脱落而剩下炭的残渣。(b)在凝聚相，通过碳链的断裂，形成小分子量的易挥发性物质，经进一步脱氢而形成聚乙炔或芳香化合物，从而在气相形成烟灰。在保持原聚合物碳链结构的根底上，催化成炭，提高剩炭率，是降低聚合物燃烧性能的最有效的方法之一，金属配合物可以作为软PVC的有效的阻燃剂，原因就在于此。3结论通过此次实验数据从表2得出，软质PVC在加阻燃剂氢氧化氯后其阻燃性能明显改善，在确定氢氧化铝为20g后参加煤矸石，应煤矸石主要成分为金属配合物后，以煤矸石代替高价金属氧化物如三氧化二锑等，随阻燃效果不如其优越，但煤矸石的参加对氢氧化铝的阻燃性影响不是十清楚显。固可选煤矸石与Al(OH)3复合使用从而即可以减低经济本钱而又不至于影响其性能，这取决于在适宜的配比下〔1：25〕煤矸石与氢氧化铝有一定协同作用。原因在于金属配合物可作为PVC热降解的催化剂，有利于其脱HCl的反响，促进成炭，与氢氧化物对烟核和烟粒的吸附作用相互促进，到达了较好的阻燃消烟效果。同时从表3及表3附得出，煤矸石的参加对试样的力学性能影响不大，尤其对拉伸强度、屈服应力影响最小。说明煤矸石的参加对PVC其阻燃性方面有作用对PVC物理性能影响不大。参考文献[1]王永强.阻燃材料及应用技术[M].北京：化学工业出版社，2003，81.[2]CULLISCF,GADAMM,HIRSCHLERMM.Metalchelatesasflameretardantsandsmokesuppressantsforthermoplasticpolymers[J].Eur.Polym.J.,1984,20:710.[3]CULLISCF,HIRSCHLERMM.Charformationfrompolyolefins[J].Eur.Polym.J.1984,20:53.[4]TIANCM,QUHQ,WUWH.MetalChelatesasFlameRetardantsandSmokeSuppressantsforFlexiblePoly(vinylchloride)[J].JournalofFireScience,2004,22(1),41.[5]田春明,屈红强,武伟红等.金属配合物对软聚氯乙烯〔PVC〕的阻燃消烟作用[J].中国塑料,2003,17〔8〕:75.[6]曹惠民.无机合成手册[M].北京：化学工业出版社，1988，3:608.[7]HOMSBYPR,WATSONCL.Astudyofthemechanismofflameretardanceandsmokesuppressioninpolymersfilledwithmagnesiumhydroxide[J].PolymerDegradationandStability,1990,30:73.[8]薛恩钰,曾敏修.阻燃科学及应用[M].北京：国防工业出版社,1988,184,301.[9]吴永刚,曾伟丽.无卤阻燃聚乙烯穿线管专用料的研制[J].石化科技,1998,5(2):93.[10]方云飞,赵光复.无卤阻燃PE专用料的研制[J].黑龙江石油化工,1998,4:9.[11]黄小葳.阻燃抑烟剂对软聚氯乙烯材料燃烧性能的影响[J].现代化工,2000,20(5):29.PP和PS流动性的测试〔华北科技学院环境学院材料科学与工程专业B101班〕摘要：高聚物熔体〔或浓溶液〕的流动特性与高聚物的结构，相对分子量以及相对分子质量的分布，分子的支化交联有密切的关系。所以了解高聚物的流动性能有十分重要的意义，所谓流变仪就是利用高聚物在加热加压的情况下通过挤出量来判别高聚物流变性能的仪器。此次试验主要是用PS、PP为原料测试其流动性并熟悉其仪器操作。关键词：流变性、操作仪器、PS、PP引言：本次试验是以PP、PS为原料在熟悉流变仪操作的同时了解其工作原理。流变仪主要有旋转流变仪，毛细管流变仪，转矩流变仪和界面流变仪。本次实验主要是毛细管流变仪。测试出PP、PS的流变特性曲线。因两种原料不同的融化温度应合理设定和施加压力应合理设定本实验PP选择升温至230℃，压力为4Kg，毛细管直径为1mm，长度为20mm；PS选择加热到200℃。实验数据通过微机处理最终以曲线图的形式显示出来，分析曲线那么可直观看到PP、PS流变特性。1实验局部：1.1实验原料:聚丙烯-PP、苯乙烯-PS1.2实验设备：本次实验配备的仪器为吉林大学科教仪器厂生产的XLY—III型流变仪1.3实验原理设在一个无限长的毛细管中，聚合物熔体在管中的流动为一种不可压缩的粘性流体的稳定流动，毛细管两端的压差为△p。流体具有黏性，受到来自管壁与流动方向相反的作用力，通过粘滞阻力与推动力相平衡，可推倒得到管壁处的剪切应力〔τw〕和剪切速率〔γw〕与压力、熔体流动速率的关系：τw=R△p/〔2L〕〔1〕γw=4Q/〔πR3〕〔2〕ηa=τw/γw=πR4Δp/〔8QL〕〔3〕式中，R为毛细管的半径，cm；L为毛细管的长度，cm；Δp为毛细管两端的压力差，Pa；Q为熔体体积流动速率，cm3/s；ηa为熔体表观黏度。在温度和毛细管长径比L/D一定的条件下，测定不同压力Δp下聚合物通过毛细管的流动速率Q，由式〔1〕和式〔2〕计算出相应的剪切应力τw和剪切速率γw，将对应的τw和γw在双坐标轴上绘制τw——γw流动曲线图，即可求的非牛顿指数n和熔体表观黏度ηa。改变温度和毛细管长径比，可得到代表黏度对温度依赖性的黏流活化能Eη以及离模膨胀比B等表征流变特性的物理参数。大多数聚合物熔体是属于非牛顿流体，在管中流动时具有弹性效应、壁面滑移等特性，且毛细管的长度是有限的，因此按以上的推导测得的结果与毛细管的真实剪切应力和剪切速率有一定的偏差，必要时应进行非牛顿改正和入口改正。1.4实验过程介绍：流变仪一般由两局部组成：1〕为流变仪本体，本局部主要是加料、加压、加热的测试局部。2〕为计算机控制局部，本局部主要是参数设定、温度显示、曲线显示、和数据处理等。实验步骤，PP、PS步骤相似。塑化、固化曲线的测试方法：(1)炉体在室温状态下，选定升温速度拨盘温度定值拨盘选0℃，翻开控温仪和记录仪电源开关，翻开记录仪1、2笔开关，选定适当的走纸速度，同时加挂所需砝码。(2)抬起杠杆使压头处于上限位置，拉出炉体，检查毛细管和料筒清洁与否，并针对不同毛细管选择不同毛细管垫圈将毛细管装入并旋紧以防漏料，根据试料形状、流动性能确定装料量，粒料少加，粉料多加，流动性好多加，流动性差少加，一般装料量为1.5g一2g，将称好的试料用漏斗装入料筒内，插入柱塞，先用手压实，将炉体移进压头下方，并与压头对正，放下杠杆使压头压在柱塞上，将试料压实并反复几次，再抬起压头后调节调整螺母，使压头与柱塞压紧。(3)放下杠杆，同时开启记录仪记录开关并将温度定值选定在所需温度，那么等速升温开始，仪器进入测试状态，至压杆到底那么测试状态结束，关闭记录仪记录开关，记录下各项工作参数，材料名称等，抬起压头，将炉体移出，取出柱塞，卸下毛细管并对料筒内壁和毛细管外外表进行清理，准备下次实验用。假设再要做塑化固化曲线那么需使炉体降温冷却至室温。(4)假设试料为易高温分解的试料，那么温度定值不应定高，以防试料分解产生危险。流动曲线的测试方法：(1)选定试验温度，输入温度定值，采用快速升温，翻开控温仪和记录仪电源开关，翻开记录仪1、2笔开关，选定适当的走纸速度，加挂所需砝码。(2)温度平衡15分钟后，加料、压实，具体操作与塑化曲线测试相同。(3)加料后5分钟即进入测试状态，操作方法与塑化曲线测试相同。塑化、固化曲线数据读取：由于记录仪1、2笔在走纸方向上有约5mm位置差，那么当读取各特征点时，位移曲线对应拐点所对应温度曲线应再向前推5mm，这样所取得的数据才是实际特征点对应的转换温度点。流动曲线数据读取及计算：对流动曲线，截取尽量长的一段直线段的位移曲线，在其端点做出标记，截取其走纸方向长度Δlt(单位mm)计算时间Δt。截取其读数方向长度Δln(单位mm)计算位移Δn。那么其中：250mm为记录纸满量程长度2cm为柱塞位移满量程长度。其中：S(单位mm／h)为走纸速度，3600s为lh时间秒数单位为cm，单位为s具体操作为：第一步均为装料，把粒状料装入流变仪本体的装料口，加料时应按所选物料粒大小适当加料，过多物料有自重，过少造成缺料测试曲线不完整。且要装实，压实，以把压杆压在料上时不会产生或很少产生下降为准，在流变仪底部加上4Kg砝码。第二步即为连接，流变仪本体准备好以后，翻开电脑上的软件控制系统，调制参数，PP选择升温至230℃，压力为4Kg，毛细管直径为1mm，长度为20mm；PS选择加热到200℃，压力4Kg，毛细管直径1mm，长度为20mm。选择串口，连接试验机。第三步，设置完成，开始实验，实验开始后控制系统会自动画出曲线。第四步，实验结束，整理数据以及实验器材。2.实验结果分析表1PP实验结果表2PS实验结果根据图像PP和PS在位移上升前有一段是位移下降的，实验后初步分析是因为加热到未融化前其体积膨胀导致的。我们可以看到PP在108℃左右时开始融化，180℃根本融化，聚合物通过毛细管的表观粘度降低，并且由于压力的作用开始从毛细管流出。而PS那么到了170℃左右就开始融化，215℃已经根本融化，质量向下的位移迅速增大。比照结果可以看出PS融化花费了较长的时间，PP那么是迅速融化。由此可以看出PP熔融后的流动性要更好一点，聚合物PP加工时的最正确温度为175~180℃,聚合物PS加工时的最正确温度为210~220℃。3结论据个分析PS含有大苯环，造成了其结构规那么，熔点升高，进而融化速度减慢；而PP的结构那么较不规那么，所以其熔点较低，融化速度也要更快一点。出PP熔融后的流动性要更好一点，聚合物PP加工时的最正确温度为175~180℃,聚合物PS加工时的最正确温度为210~220℃。对于实验本身，个人有以下几个建议：在装料的过程中一定要将料压实，这一点很重要；在连续做某些实验时，必须将温度降到足够低，以免对实验结果造成误差；做完实验可以直接将实验图像保存成图像格式，以便以后引用。参考文献[1]汪浩，齐鲁石化公司树脂加工应用研究所,淄博,255400[2]信春玲,洪粲,何亚东，聚丙烯的流变性能及发泡性能研究1000294140123[3]汪永斌,王峰,张丽叶.敏化辐射法制备高熔体强度聚丙烯的研究[J].上海塑料,2004(3):15.[4]CD韩.聚合物加工流变学[M].北京:科学出版社,1985纳米碳酸钙对聚丙烯性能的影响〔华北科技学院材料科学与工程专业B101班〕综述：以一定比例的纳米碳酸钙(CaCO3)在偶联剂作用下对聚丙烯(PP)进行复合，并使用双螺杆注射机注射成标准试样，然后进行力学性能测试，得到一些纳米碳酸钙对聚丙烯力学性能影响的数据。关键词:纳米碳酸钙；CaCO3；聚丙烯；PP；纳米复合材料引言：纳米是一种计量单位，即m为单位的材料，是指粒子单元尺寸为1-100nm的材料，纳米粒子是由数目较少的原子或分子组成的原子群,其外表原子是既无长程序又无短程序的非晶体层，而在粒子心部，存在结晶完好周期性排布的原子,不过其结构与本体样品稍有不同，正是由于纳米粒子特殊的结构，使其外表积和体积之比急剧变大，引起其物理化学性质的突变,产生外表效应和体积效应。此外纳米粒子还具有量子效应和宏观量子隧道效应等,这一系列效应导致其在磁性、内压、光吸收、热阻、化学和烧结等方面出现优异的特性。纳米粒子在聚合物中到达纳米尺寸的分散后，能大幅度提高聚合物的一些性能，成为制备髙性能和高功能材料的一种非常诱人的方法。因此,纳米材料在高分子中的应用引起人们的极大兴趣。当前各种聚合物纳米复合材料的研究广泛开展，本次经过我们对纳米碳酸钙(CaCO3)复合聚丙烯材料的性能进行了初步的试验，结果说明纳米碳酸钙对聚丙烯的力学性能有一定的增强作用。1.实验局部1.1原料聚丙烯:北京燕山石化公司；KH-560偶联剂:南京品宁，批号：130128；纳米碳酸钙。1.2主要设备、仪器双螺杆注塑机：宁波市金塑塑料机械，型号：SZ-63/400；微机控制电子万能试验机:美斯特工业系统〔中国〕，CMT4204型，功率：1KW，最大力：20KN，电压：220V，出厂编号：11210022，准确度等级：1级；液晶式简悬组合冲击试验机：承德建德检测仪器，型号：XJ-50D，出厂编号:120215；万能制样机：承德建德检测仪器，型号：ZHY-W。1.3样品制备及性能测试拉伸强度采用注射样条；拉伸速率按30mm/min进行测试。冲击强度采用注射样条；按试样宽度0.4mm，预仰角160.00°，试样长度10cm，空击角0-49°，摆锤能7.5J，冲击速度2.9m/s，进行测试。1.4纳米碳酸钙的处理无机超细化碳酸钙粒子需要进行有效的外表活化处理，才能使其在聚合物基体中分散良好，到达增强增韧的效果，但对于纳米级粒子，由于其强烈的自集聚作用，一般的活化处理，可能达不到预想的效果.甚至适得其反。在试验中，我们小组用偶联剂KH-560对纳米碳酸进行处理，比例按碳酸钙与偶联剂1:1及1:0.5进行外表处理。1.5试验步骤试验药品称量纳米碳酸钙外表处理样品制备性能测试聚丙烯纳米碳酸钙复合材料与聚丙烯力学性能比拟。质量百分比聚丙烯用量〔g〕碳酸钙〔g〕偶联剂〔g〕0％300005％300151510％300303020％300606030％300909020％30060020％30060302.结果与讨论2.1纳米碳酸钙/聚丙烯复合材料的拉伸力学性能测试基体材料的性能在很大程度上决定了进行聚合物改性和增韧增强的可能性及改性效果，获得必要的强韧性是实现聚丙烯改性的重要条件之一。纳米碳酸钙的参加是材料的拉伸强度略有提高，随着其含量的增加，又有所降低，总的来看，对拉伸性能的影响不大。我们选择4种不同含量碳酸钙复合的聚丙烯，进行拉伸性能实验，试验结果说明，随着聚丙烯基体材料含量的提高，复合材料的拉伸强度先上升后下降。从图可以看出：随着纳米碳酸钙用量的提高复合材料的拉伸强度先快速上升，到达一最大值后又再次下降，但下降的幅度较小。最后在含量到达聚丙烯用量的10%后，此复合材料的力学性能下降趋势明显，纳米粒子/聚丙烯两相的相容性较差，导致界面处粘结不牢；另一方面随着纳米碳酸钙填充量的增加，纳米碳酸钙聚集现象加剧，颗粒引起的应力集中及有图表可以得出：产生的缺陷的几率加大导致拉伸强度降低。2.2纳米碳酸钙/聚丙烯复合材料的冲击力学性能测试纳米碳酸钙以一定百分比％/复合PP〔聚丙烯〕冲击试验试样宽度0.4mm预仰角160.00°试样长度10cm空击角0-49°摆锤能量7.5J冲击速度2.9m/s。试验编号〔5％/PP〕吸收能量(J)冲击强度(KJ/㎡)有无偶联剂A17．49234.355％A27．49234.355％A37．49234.355％平均7．49234.355％试验编号〔20％/PP〕吸收能量(J)冲击强度(KJ/㎡)有无偶联剂A17．49234.3520％A27．49234.3520％A37．49234.3520％平均7．49234.3520％通过上述实验数据可以看出不同含量的碳酸钙对聚丙烯的冲击力学性能影响不大，而空白对照的力学性能测试结果说明纳米碳酸钙对聚丙烯的冲击韧性影响很大。碳酸钙基体是脆性基体，但复合了碳酸钙的聚丙烯冲击强度大幅度提高。不进行碳酸钙复合的聚丙烯冲击时的断裂方式为韧性断裂，冲击能耗散主要是由基体屈服形变能和银纹化两局部组成。而进行碳酸钙复合的聚丙烯冲击时的断裂方式为对于脆性断裂，能量耗散的主要途径是纳米粒子界面引起的空洞化-银纹断裂方式，主要的断裂是断裂时基体屈服方式的改变，从而到达了材料的增韧增强。2.3偶联剂对纳米碳酸钙/聚丙烯复合材料的力学性能的影响我们在实验时发现不同含量的偶联剂对碳酸钙的复合效果不同，在1:1复合时整个物料复合体系粘度不断增大，造成注塑成型时进料困难。我们针对此种情况作了如下改变，通过改变偶联剂含量，将原本碳酸钙与偶联剂1:1的比例调整成1:0.5再次进行了实验。以下是不同偶联剂含量对聚丙烯/纳米复合材料力学性能的影响：试验编号〔20％/PP〕吸收能量(J)冲击强度(KJ/㎡)有无偶联剂A17．49234.3520％A27．49234.3520％A37．49234.3520％平均7．49234.3520％试验编号〔30％/PP〕吸收能量(J)冲击强度(KJ/㎡)有无偶联剂A17．49234.3530％A27．49234.3530％A37．49234.3530％A47．49234.3530％平均7.49234.3530%通过调整偶联剂含量，在注塑成型中进料相对容易，而且物料在料斗的附着情况得到改善,通过比照发现不同含量的偶联剂用量在冲击试验中试样的冲击强度有微弱的下降，但是不影响整体试样的力学强度。3.结论3.1实验结论〔a〕纳米CaCO3经外表处理后可通过适当的熔融共混工艺均匀分散在聚丙烯基材中,并与基材形成良好的界面结合，制备的聚丙烯／纳米碳酸钙复合材料的综合力学性能好。〔b〕纳米CaCO3对韧性聚丙烯有不很明显的增强效果，但是它的参加保持原聚丙烯的韧性。〔c〕PP/纳米CaCO3复合材料具有明显的脆-韧转变现象,随基材韧性提高，发生脆-韧转变所需纳米CaCO3的临界用量越小,增韧幅度越高。纳米CaCO3是一类刚性粒子，自身不能变形，而且模量远高于聚丙烯基材,经过偶联剂外表处理后，纳米CaCO3的外表形成亲油性外表层，从而与内部刚性粒子共同形成“芯－壳〞结构。壳层同聚丙烯结合良好，形成柔性界面层。在受到冲击作用时,柔性界面层可以变形，引发应力开裂，吸收并传递能量，促使基体层发生大面积屈服变形吸收冲击能，起到弹性体粒子的作用。而芯核为模量高的纳米CaCO3粒子，不像弹性体那样容易变形。因此，纳米CaCO3增韧聚丙烯体系的冲击裂纹开裂应力和开裂能都高于弹性体增韧聚丙烯体系，成为一类“强而韧〞的材料，有利于材料综合力学性能的提高。参考文献[1]李泉、曾广斌、席时全.化学学报；[2]刘立敏、乔放、漆宗能.髙分子学报，1998；[3]李强、赵竹第、欧玉春.高分子学报，1997；[4]王德禧，聚丙烯实用化技术进展，塑料工业，2004；[5]丁杨柳,张广平，反响改性纳米CaCO3/PP复合材料的力学性能研究，塑料工业，2007；[6]章自寿,林志丹,黄雪英等，母料制备纳米CaCO3/PP复合材料的结晶性能，材料科学与工程学报2007；[7]韩琛,汪家宝,沈玉海等，纳米CaCO3/PP复合材料的制备与性能研究，塑料工业，2021；[8]周椒芬,扬其,朱红等，填料对PP结晶行为的影响，塑料科技2021；[9]贺鹏，填充剂对PP力学性能的影响，橡塑资源利用.2021；[10]梁基照,吴成宝，PP/纳米碳酸钙复合材料冲击强度与断口外表分维关系的研究，材料工程，2021(10)；[11]邹燕,纪彬彬,温变英等，滑石粉、碳酸钙填充聚丙烯复合材料非等温结晶行为的比照研究，中国塑料，2021；[12]W.C.J.Zuiderduin,C.Westzaan,J.Huetink,etal.Tougheningofpolypropylenewithcalciumcarbonateparticles，Polymer，2003；[13]J.Z.Liang.Evaluationofdispersionofnano-CaCO3Particlesinpolypropylenematrixbasedonfractalmethod.CompositesPartA:AppliedScienceandManufacturing，2007；双氰胺改性酚醛泡沫塑料及其性能的测定〔华北科技学院材料科学与工程专业〕摘要:本论文采用多聚甲醛和苯酚为原料合成酚醛树脂，并以此树脂制备了酚醛泡沫保温材料，针对酚醛泡沫掉沫的缺陷，用双氰胺进行改性研究。由前人做出的大量实验得出：双氰胺与苯酚质量比为1：50时改性效果最正确，得到的改性酚醛泡沫综合性能最好。本次实验主要测定双氰胺改性泡沫的表观密度、氧指数、吸水率、掉渣性、抗冲击性、微观结构、红外光谱等性能的测试得出双氰胺改性泡沫性能最正确。关键词:酚醛泡沫；多聚甲醛；双氰胺改性；阻燃前言作为第三代保温材料的酚醛泡沫具有阻燃性能好、烟浓度和烟毒性低、燃烧时无熔化液滴落、热稳定性好、对化学试剂和有机溶剂有高的耐性,可广泛应用于绝缘材料,还可用于其他工业应用。由于酚醛泡沫保温材料脆性大、易粉化,因此本实验针对双氰胺改性酚醛树脂泡沫增韧这一问题，通过对树脂的合成研究、工艺控制，以及发泡配方和工艺的探讨，得到一种较好的树脂合成工艺条件和韧性增强的酚醛泡沫塑料。本工程利用多聚甲醛中不含水的特性与苯酚合成了一种适合于制备酚醛泡沫的可发性树脂，采用酚醛树脂与双氰胺化学改性来提高其韧性，减小其掉渣率，并测得改性泡沫的性能最正确。试验１.1试验材料原料：苯酚、多聚甲醛；改性剂：双氰胺；氢氧化钠溶液、冰醋酸、正戊烷发泡剂、酸固化剂、吐温80〔活化剂〕，以上试剂均为分析纯。１.2合成工艺双氰胺改性树脂的合成路线如下：首先双氰胺与体系中甲醛进行羟基化反响，形成羟甲基双氰胺：羟甲基双氰胺可进行水解反响及分子间脱水缩聚成柔性的双氰胺树脂分子链：此柔性链中的氨基与酚醛树脂中的羟基通过脱水反响引入到刚性的酚醛树脂结构中，从而使酚醛树脂的韧性增强。双氰胺改性酚醛泡沫树脂是在酚醛树脂合成第一阶段参加定量的改性剂〔双氰胺〕，其他反响流程不变，制得改性树脂。具体流程：⑴取100g熔融的苯酚参加到250ml的烧瓶中，升温至55℃，参加第一批28.5g多聚甲醛，参加一定量(15%)的NaOH溶液，调pH值至8.5左右，搅拌15min；⑵参加2g双氰胺改性剂，升温至70℃保温20min；⑶升温至95℃保温60min。参加第二批多聚甲醛21g,调温度至93℃，保温60min；⑷用冰醋酸调pH至7.0经自然冷却出料。１.3发泡工艺取改性酚醛树脂20g，取正戊烷发泡剂1g、吐温-80活化剂1g，搅拌均匀，再参加酸固化剂2g迅速搅拌均匀，置于95℃保温箱中发泡30性能表征与测试方法2.1酚醛泡沫表观密度的测定测定标准：按标准ASTMD1662测定。方法：取具有代表性的泡沫样品，去皮。切成30×30×30mm3的式样四个，在分析天平上称取重量，用卡尺测量样品的尺寸，每个样品测量三次。密度=式中：M-式样重量，gV-式样体积，cm3表1双氰胺改性泡沫表观密度组数1234平均值表观密度(Kg/m3)3230.13432.732．22.2酚醛泡沫氧指数的测定测定标准：按照国家标准GB9352制备式样。按照国家标准GB/T2406-93测定酚醛泡沫的氧指数。点燃火源是丁烷火焰。样品尺寸：100×12×12㎜测试仪器：JF-3氧指数测定仪，南京市江宁区分析仪器厂。表2改性酚醛泡沫氧指数序号1234平均值氧指数37.335.52.3酚醛泡沫吸水率的测定测定标准参照GB/T8810-88。泡沫吸水率越低说明泡沫的闭孔率高，反之泡沫的开孔率就高。闭孔率的上下决定泡沫的应用。做将泡沫体切成30×30×30㎜3立方的样品4组，一组5个至10个，先把待测样品在50℃的烘箱放置一天，取出后自然冷却至室温，称样品的质量Gb(g)，再将样品浸渍入25℃水中(样品上外表距离水面5mm)保存96h。取出样品并用滤纸吸去样品外表的水分，称样品的质量Ga(g)。泡沫体的吸水率按照下式计算。泡沫体吸水率=[L(Ga-Gb)/Ga]×100%Ga-样品的质量Gb-样品吸水后的质量表3改性酚醛泡沫吸水率组数1234平均值吸水率〔%〕2.293.443.872.553.042.4酚醛泡沫掉渣性的测定测定标准为GB/T12812-1991，即?硬质泡沫塑料滚动磨损试验方法?。将泡沫体切成30×30×30㎜3立方的样品4组，分别称重，记录原泡沫试样总质量M1，然后采用标准P320目砂纸来回均匀打磨30次，称重，记录试验后泡沫试样总质量M2，再按下面公式计算质量磨耗率：Mf=Mf――质量磨损率，%；Ｍ１——原试样总质量，g；M2－－试验后试样总质量，g；计算结果需保存两位有效数字[37]。表4改性酚醛泡沫掉渣性序数1234平均值掉渣率〔%〕27.428.125.620.325.352.5酚醛泡沫的抗冲击性测定制作100×12×12㎜的样品，利用抗冲击检测器进行检测，抗冲击检验机主机摆动梁上装有拉力传感器，摆梁升高时得到重力势能，实验过程中试样受到横摆的作用力折断横摆的重力势能消耗即为酚醛泡沫的抗冲击性能，打印相关数据。表5改性酚醛泡抗冲击性序号1234平均值抗冲击性〔KJ/m2〕52.0758.1250.7850.6052.98由表5中数据可以看出，双氰胺的参加使酚醛泡沫的抗冲击能力得到明显改善，最高上升到5.08KJ/m2，到达了预期的效果。2.6酚醛泡沫的微观结构通过前面对双氰胺的用量，采用上述配方，将双氰胺改性的树脂发泡，得到改性酚醛泡沫，采用HITACHIS-4700型扫描电子显微镜观测改性前后泡沫孔结构的变化。图1纯酚醛泡沫SEM图(×500)图2双氰胺改性酚醛泡沫SEM图(×500)改性后酚醛泡沫的SEM图与纯酚醛泡沫的SEM图形成强烈比照，其泡孔分布更加均匀、细密，且孔径比纯酚醛泡沫小得多且多为闭孔，一个泡孔又由许多小的多边形结构单元组成，孔结构相对稳定。从改性前后酚醛泡沫的SEM图比照结果来看，双氰胺改性后的酚醛泡沫泡孔均匀、细密、孔径小、闭孔率高，加上其相对优良的韧性和稳定的结构，比纯酚醛泡沫更加适合用作保温材料。2.7酚醛泡沫的红外光谱利用傅立叶红外光谱测试仪将制得的样品进行红外光谱检测，观察波长与吸光度的关系，找出相关官能团，分析改性前后官能团的变化及对泡沫增韧的影响。图3纯酚醛泡沫的红外光谱图图4双氰胺改性酚醛泡沫的红外光谱图与纯酚醛泡沫红外光谱图比拟，在波数为2300cm-1处，有-NCO的吸收峰，而在1680cm-1处碳氧吸收峰比纯酚醛树脂较弱应该是增韧剂与树脂中的羟基发生反响所致，到达其韧性目的。结论通过前人测定不同量的双氰胺改性酚醛泡沫后泡沫的各项性能，最终确定双氰胺改性酚醛泡沫的最正确工艺条件，双氰胺与苯酚质量比为1：50时改性效果最正确，得到的改性酚醛泡沫综合性能最好。通过综合实验性能的研究，得到如下结论：⑴当双氰胺与苯酚质量比为1：50时，改性酚醛泡沫的密度为32.2kg/m3；吸水率最低为3.04%，符合国家标准规定的＜4%；渣率平均值为25.35%；抗冲击强度为52.98KJ/m2相对纯酚醛泡沫均得到明显改善。⑵改性酚醛泡沫的各项性能均比纯酚醛泡沫明显改观。利用此配方得到的双氰胺改性酚醛泡沫，与纯酚醛泡沫作了微观孔结构比照，发现双氰胺改性酚醛泡沫的泡孔分布更加均匀、细密，且孔径比纯酚醛泡沫小得多；其精细结构与纯酚醛泡沫相比有很大不同，几乎全部为闭孔，，孔结构十分稳定。⑶利用双氰胺，采取化学改性方法对酚醛泡沫进行增韧，制得的改性泡沫韧性好、致密度高、抗冲击性能好。说明用双氰胺改性酚醛泡沫,具有较好的增韧效果，并对增韧机理进行了阐述。参考文献[1]黄发荣,焦扬声.酚醛树脂及其应用[M].化学工业出版社,北京,2003,24～25[2]王军晓,刘新民,潘炯玺.酚醛泡沫塑料的研究进展.现代塑料加工应用,2004,16(5):54～55[3]钱志屏主编.泡沫体塑料[M].北京:中国石油出版社,1996,232-241[4]殷荣忠,等.酚醛树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,1990,53-125[5]黄建文.我国酚醛泡沫市场开展探讨[J].新型建筑材料,2001(6):32-33[6]殷宜初.国内外酚醛泡沫的开发与应用[J].新型建筑材料,2004(10):46-48[7]FengYihwang,ChenchiMMa,HewDerWu.HydrogenbondinginpolyamideToughenedNovolactypephenolicresin[J].JournalofAppliedPolymerScience.1999,74(9):2283-2289[8]ofcross-linkingonthedegreeofmolecularlevelmixinginapolymer[J].Maromolecules,1987,(20):226-232[9]llyungKim,,.MiscibilitycontrolbyhydrogenbondinginpolymerblendsandInterpenetratingnetworks[J].Maromolecules,1989，(22):3374-3380[10],.Blendandinterpenetratingnetworksofphenolicresinandpolyamides[J].JournalofAppliedPolymerscience,1990,(41):1327-1332橡胶的硫化工艺〔华北科技学院环境学院材料科学与工程B101班〕一、实验目的1、掌握硫化的本质和影响硫化的因素。2、掌握硫化条件确实定和实施方法。3、掌握平板硫化机的操作方法。4、了解硫化设备之一平板硫化机的结构。二、硫化设备及实验原理硫化是在一定温度、时间和压力下，混炼胶的线型大分子进行交联，形成三维网状结构的过程。硫化使橡胶的塑性降低，弹性增加，抵抗外力变形的能力大大增加，并提高了其他物理和化学性能，使橡胶成为具有使用价值的工程材料。硫化是橡胶制品加工的最后一个工序。硫化的好坏对硫化胶的性能影响很大，因此，应严格掌握硫化条件。1．硫化机两热板加压面应相互平行。2．热板采用蒸汽加热或电加热。3．平板在整个硫化过程中，在模具型腔面积上施加的压强不低于3.5MPa。4.无论使用何种型号的热板，整个模具面积上的温度分布应该均匀。同一热板内各点间及各点与中心点间的温差最大不超过1℃；相邻二板间其对应位置点的温差不超过1℃。在热板中心处的最大温差不超过±技术规格最大关闭压力200吨柱塞最大行程250平板面积503毫米×工作层数两层总加热功率27千瓦三、硫化实验的操作1、胶料的准备混炼后的胶片应按GB/T2941-2006规定停放2—24小时，方可裁片进行硫化。其裁片的方