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1、红外与拉曼光谱1本讲稿第一页，共五十四页研究聚合物流变行为的目的研究聚合物流变行为的目的 w绝大多数聚合物成型加工都是对聚合物流体的加工绝大多数聚合物成型加工都是对聚合物流体的加工w聚合物流体可能是：聚合物流体可能是：聚合物熔体聚合物熔体预聚体预聚体 聚合物浓溶液聚合物浓溶液2023/1/252本讲稿第二页，共五十四页研究聚合物流变行为的目的w高聚物熔体在流动中都伴随中形变，所以聚合物材料熔融态时的流变性能直接影响其加工性能，从而最终影响着产品的外观及使用性能。w流变性能是制定工艺条件的核心问题。w流变性能也是设计配方时必须考虑的问题。2023/1/253本讲稿第三页，共五十四页1、测定聚合物
2、流动性的仪器、测定聚合物流动性的仪器w落球粘度计落球粘度计 w旋转粘度计旋转粘度计 w毛细管粘度计（毛细管粘度计（Capillary RheometerCapillary Rheometer）w转距流变仪转距流变仪2023/1/254本讲稿第四页，共五十四页1.1 落球粘度计落球粘度计 2023/1/255本讲稿第五页，共五十四页1.2 旋转粘度计旋转粘度计2023/1/256本讲稿第六页，共五十四页（1 1）同轴圆筒式）同轴圆筒式2023/1/257本讲稿第七页，共五十四页（2）平行平板粘度计）平行平板粘度计 2023/1/258本讲稿第八页，共五十四页（3）锥板流变仪）锥板流变仪 2023
3、/1/259本讲稿第九页，共五十四页1.3 毛细管流变仪毛细管流变仪2023/1/2510本讲稿第十页，共五十四页1.3.1仪器结构图仪器结构图2023/1/2511本讲稿第十一页，共五十四页1.3.2 1.3.2 毛细管流变仪的应用毛细管流变仪的应用2023/1/2512本讲稿第十二页，共五十四页（1 1）流变性质与分子结构的关系流变性质与分子结构的关系指导合成指导合成 w分子质量分布：ABd2d1a/Pa.s/S-12023/1/2515本讲稿第十五页，共五十四页炭黑粒径对物料粘度的影响曲线规律：同种炭黑，用量相同时，粒径越小，粘度越大。原因：炭黑粒子表面能吸附分子链形成缠结点，炭黑与胶料
4、形成包容胶和网状结构，使流动困难，粘度增加，从而使流动阻力变大。2023/1/2516本讲稿第十六页，共五十四页炭黑含量对物料粘度的影响/S-1a/Pa.s2023/1/2517本讲稿第十七页，共五十四页炭黑含量对物料粘度的影响w现象：炭黑分数增加，体系粘度随之上升w原因：也是由于炭黑粒子吸附的分子链数增多而使体系的流动阻力升高。2023/1/2518本讲稿第十八页，共五十四页（3）聚合物粘弹性的研究）聚合物粘弹性的研究 w挤出胀大效应（Barus效应）w熔体破裂效应（不稳定流动）2023/1/2519本讲稿第十九页，共五十四页挤出胀大效应（Barus效应）挤出胀大比：2023/1/2520本
5、讲稿第二十页，共五十四页挤出胀大比的测定wB值可以通过照相法、激光扫描法测定。2023/1/2521本讲稿第二十一页，共五十四页挤出胀大现象产生的原因w高分子熔体最突出的特征是分子链在分子水平上的缠结，所以分子链越长，弹性越好，挤出胀大效应就越明显。2023/1/2522本讲稿第二十二页，共五十四页挤出胀大现象带来的问题w挤出胀大效应会导致制品变形或者扭曲，影响产品的尺寸稳定性及表面光滑状况，还可能在制品内引起内应力，降低产品的机械性能。2023/1/2523本讲稿第二十三页，共五十四页避免挤出胀大现象的方法w为了保证产品的质量，应该尽量减少挤出胀大现象。研究B值可以指导挤出机口型设计及流道设
6、计。如挤出机头设计成喇叭口型等，就是为了减少出口压力。2023/1/2524本讲稿第二十四页，共五十四页熔体破裂现象不稳定流动熔体破裂现象不稳定流动 w波浪形 w鲨鱼皮状w竹节状 w不规则破碎 2023/1/2525本讲稿第二十五页，共五十四页熔体破裂的影响w物料的不稳定流动会影响加工性能，导致产品外观缺陷及使用性能下降。2023/1/2526本讲稿第二十六页，共五十四页1.4 转矩流变仪转矩流变仪w可以模拟密炼、挤出等工艺过程2023/1/2527本讲稿第二十七页，共五十四页仪器结构示意图仪器结构示意图 2023/1/2528本讲稿第二十八页，共五十四页工作原理工作原理 w物料被加到混炼室中
7、，受到转速不同，转速相反二个转子所施加的作用力，使物料在转子与室壁间进行混炼剪切，物料对转子凸棱施加反作用力，这个力由测力传感器测量，再经过机械分级的杠杆力臂转换成克米(gm)读数。其转矩大小反应了物料粘度的大小。2023/1/2529本讲稿第二十九页，共五十四页转矩流变曲线转矩流变曲线 t1:物料受热压实时间 t2:塑化时间（熔融软化）t3:达到平衡转矩时间（物料动态热稳定）t4:物料分解时间M1:最小转矩 M2:最大转矩 M3:平衡转矩2023/1/2530本讲稿第三十页，共五十四页转矩流变曲线各段意义（转矩流变曲线各段意义（1）wOA：在给定温度和转速下，物料开始粘连，转矩上升到A点。w
8、AB：受转子旋转作用，物料很快被压实（赶气），转矩下降到B点。（有的样品没有AB段）2023/1/2531本讲稿第三十一页，共五十四页转矩流变曲线各段意义（转矩流变曲线各段意义（2）wBC：物料在热和剪切力的作用下，开始塑化（软化或熔融），物料即由粘连转向塑化，转矩上升至C点。wCD：物料在混合器中塑化，逐渐均匀。达到平衡，转矩下降到D。2023/1/2532本讲稿第三十二页，共五十四页转矩流变曲线各段意义（转矩流变曲线各段意义（3）wDE：维持恒定转矩，物料平衡阶段。（90秒以上）wE：继续延长塑化时间，导致物料发生分解，交联，固化，使转矩上升或下降。2023/1/2533本讲稿第三十三页，
9、共五十四页由转矩流变曲线获得的信息w判断可加工性w确定加工时间（物料在成型之前的时间）w确定加工温度w评价材料的热稳定性2023/1/2534本讲稿第三十四页，共五十四页（1）判断可加工性w由于M的大小直接反映了物料的粘度和消耗的功率。可以看出此配方是否具有加工的可能性。w若M太大，则在加工中需要消耗许多电力，或在更高的温度下，才能降低M，成本提高，这时应考虑改变配比，下调M。2023/1/2535本讲稿第三十五页，共五十四页（2）加工时间（物料在成型之前的时间）w热塑性材料：要求t4不能太短，否则还未成型就已分解、交联。w热固性材料：若t4太长，效率低，需等很长时间才能固化、脱模，周期长；若
10、t4太短，来不及出料已固化在螺杆或模具中。2023/1/2536本讲稿第三十六页，共五十四页（3）加工温度w可以测定不同温度下（T）的转矩流变曲线，得到MT关系。2023/1/2537本讲稿第三十七页，共五十四页（4）材料的热稳定性w以分解时间（t4）的长短来表征。2023/1/2538本讲稿第三十八页，共五十四页1、研究原材料的可加工性、研究原材料的可加工性2023/1/2539本讲稿第三十九页，共五十四页三种PVC原料的转矩流变曲线 2023/1/2540本讲稿第四十页，共五十四页1：t3最长，M3最高，最不宜加工3：t3最短，M3最低，最宜加工 2023/1/2541本讲稿第四十一页，共
11、五十四页2、测试聚合物热稳定性、测试聚合物热稳定性2023/1/2542本讲稿第四十二页，共五十四页PVC加工中常用的稳定剂wCaCO3wCaSO4wSiO2wTiO2 w高岭土w红泥w碳黑w滑石粉2023/1/2543本讲稿第四十三页，共五十四页CaCO3，红泥 对PVC热稳定性的影响2023/1/2544本讲稿第四十四页，共五十四页红泥（RM2）w铝土矿中提取Al2O3后的残渣，含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等。2023/1/2545本讲稿第四十五页，共五十四页红泥添加量对PVC热稳定性的影响2023/1/2546本讲稿第四十六页，共五十四页3、增塑剂吸收情况研究、增塑剂吸收情况研究
12、 2023/1/2547本讲稿第四十七页，共五十四页增塑剂吸收情况观察w反应增塑剂的分散快慢;w增塑剂与聚合物的相互作用情况。2023/1/2548本讲稿第四十八页，共五十四页增塑剂吸收过程的流变曲线2023/1/2549本讲稿第四十九页，共五十四页不同类型增塑剂吸收过程的流变曲线邻苯二甲酸二辛酯 邻苯二甲酸二丁酯 邻苯二甲酸二异辛酯 2023/1/2550本讲稿第五十页，共五十四页3种增塑剂吸收情况分析wDIOP：达到平衡的时间（t3)最长，但是达到平衡时的转矩值(M3)最低。（说明吸收完全，增塑效果最好）2023/1/2551本讲稿第五十一页，共五十四页5、生胶或混炼胶塑化性能、生胶或混炼胶塑化性能w天然橡胶胶料在使用前都需要经过有效的塑化w如在开炼机或密炼中进行塑化，要达到塑化完全，必须保证有充足的塑化时间，安全的加工时间是既可达到塑化效果良好，又不会引起材料的焦烧或其它的化学变化。2023/1/2552本讲稿第五十二页，共五十四页生胶或混炼胶塑化性能的研究生胶或混炼胶塑化性能的研究 2023/1/2553本讲稿第五十三页，共五十四页通常的经验值是：0.05-0.07物料塑化状况较好;值过大表示物料脱辊打滑，物料不宜混匀值过小表示物料粘辊，也不宜混匀。2023/1/2554本讲稿第五十四页，共五十四页