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腾华化学（宁波）有限公司

邻苯二甲酸二辛酯（DOP）

上海东方化工厂

增塑剂

硬脂酸钙

天津市福晨化学试剂厂

润滑剂

三盐基硫酸铅,

工业级,河北保定化工厂

稳定剂

二盐基亚磷酸铅

三氧化二锑

阻燃剂

Al（OH）3

Mg（OH）2

1.2.2主要仪器设备

表1-2实验仪器设备及生产厂家一览表

仪器设备

型号生产厂家

氧指数仪

JF-3南京江宁分析仪器厂

高速混合机

SHR10型

开放式混炼机

SK-160，江苏明珠试验机械

有限公司

平板硫化机

XLB,青岛鑫城一鸣橡胶有限公司

万能拉伸试验机

美特斯工业系统（中国）有限公司

扫描电子显微镜

SEM3200，北京中科科仪股份有限公司

1.2.3PVC复合材料生产配方

表1-3PVC复合材料生产配方一览表

质量（g）

500

150

变量（20、30

40、50、60）

2.5

5

1.2.4阻燃PVC材料制备工艺路线

将PVC树脂与增塑剂（DOP）、稳定剂（三盐、二盐）、润滑剂（硬脂酸钙）、阻燃剂（Sb2O3）共混。

混合均匀后,用混炼机在160℃~165℃下混炼5~8min,后移入平板硫化机上在160℃~165℃之间,10MPa~12MPa压力下热压5~8min,取出再冷压,制成150mm×

4mm×

10mm的样品，测试性能；

变化阻燃剂的量，按照上述的方法重复实验制得PVC复合材料并测试性能。

1.2.5性能测试

1.2.5.1氧指数的测定

极限氧指数（LOI）是在氮气和氧气混合气体中，维持样品燃烧所需的最小氧气百分数，其数值越大，阻燃性能越好。

它是评价各种材料相对燃烧性的一种方法，这一方法操作简单，重现行好，是各个国家普遍采用的一种方法。

1.2.5.2力学性能测试

拉伸强度:

按GB104O一79标准制成标准样条，在电子万能试验机上进行拉伸实验，拉伸速度为10mm/min。

1.2.5.3热性能测试

样品的TG曲线是在以α－Al2O3为参比，空气气氛，升温速率为10℃/min条件下完成。

1.3实验原始记录

1.3.1阻燃性能和力学性能数据

PVC样品

Sb2O3（g）

氧指数（LOI）

拉伸强度

抗冲强度

1

20

2

30

3

40

4

50

60

根据各项数据，分别对三氧化二锑的改性的PVC的氧指数、拉伸强度和抗冲强度用origin作图并分析，找出最佳比例。

1.3.2TG数据

将不同样品（1-5）热重曲线用origin作在一个图中，比较其初始分解温度（失重率5%时代为温度）和剩炭率（600℃）的变化，进行讨论。

1.4结论

总结本实验的结论和收获

参考文献

[1]李斌.聚氯乙烯（PVC）的抑烟与阻燃[M].哈尔滨：

东北林业大学出版社，2000

[2]田春明等.金属配合物对软聚氯乙烯的阻燃消烟作用.中国塑料，2003，

[3]黄小藏阻燃抑烟剂对软聚氯乙烯材料燃烧性能的影响，现代化工，2000，

[4]李永峰,王万绪,杨效益.煤矸石煅烧活化研究[J].化工矿物与加工,2006.

[5]欧育湘，陈宇，王筱梅阻燃高分子材料国防工业出版社，2001，

二、聚合物材料熔体流变曲线测定

2.1实验目的

1．了解高分子材料熔体流动变形特性以及随温度、应力、材料性质塑化性能变化规律；

2．掌握由高分子材料流变特性拟定成型加工工艺的方法；

3．熟悉毛细管流变仪测定高分子材料流变性能的原理及操作。

2.2实验原理

毛细管流变仪测试的基本原理是：

设定在一个无限长的圆形毛细管中，塑料熔体在管中的流动为一种不可压缩的黏性流体的稳定层流流动；

毛细管两端的压力差为△P，由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，通过粘滞阻力应与推动力相平衡等流体力学过程原理的推导，可得到管壁处的剪切应力（ζw）和剪切速率（γw）与压力、熔体流率的关系。

图2-1

ζw=

式中R——毛细管的半径（cm）

L——毛细管的长度（cm）

△P——毛细管两端的压力差（Pa）

γw=4Q/∏R3

式中Q——熔体容积流率（cm3/s）

由此，在温度和毛细管长径比（L/D）一定的条件下，测定在不同的压力下塑料熔体通过毛细管的流动速率（Q），由流动速率和毛细管两端的压力差△P，可计算出相应的ζw和γw值，将一组相应的ζw和γw在双对数座标纸上绘制流动曲线图，即可求得非牛顿指数（n）和熔体表现粘度（ηa）。

但是，对大多数塑料熔体来说都属于非牛顿液体，而且实验中毛细管长度有限，因此，必须进行“非牛顿改正”和“入口改正”，才可得毛细管壁上的真实剪切速率和剪切应力。

2.3实验仪器设备

XLY—III型流变仪、吉林大学科教仪器厂

2.3实验原料

表2-1实验原料一览表

原料生产厂家

聚丙烯（PP）中国石化

聚苯乙烯（PS）中国石化

2.4实验参数与操作

2.4.1实验参数

表2-2PS流变实验参数一览表

参数对应值

聚苯乙烯（PS）质量2-3g

试验温度180oC

升温方式快速升温

实验负荷20kg；

40kg；

60kg；

80kg；

100kg

砝码重量1kg；

2kg；

3kg；

4kg；

5kg

毛细管长度40mm

毛细管直径1mm

表2-3PP流变实验参数一览表

聚苯乙烯（PP）质量2-3g

试验温度185oC

升温方式快速升温

实验负荷20kg；

砝码重量1kg；

4kg

毛细管长度40mm

毛细管直径1mm

2.4.2实验操作

1.实验样品准备及装入

（1）实验样品建议用微小颗粒状，这样可以保证投入样品炉后，样品之间的空隙最小，方便随后试验时空气的排出；

（2）拧紧炉体底部的大螺丝，保证毛细管和投料区能紧密相连，防止实验后样品从两者空隙外流出；

（3）装入实验样品，不要太多也不要太少，样品距离炉体上侧一厘米；

（4）将活塞压入投料区中，此时可先给活塞施加一下很大的压力，保

证投料区中实验样品之间的空气基本排出即可;

（5）重新调整活塞的位置，使得活塞能与压力杆紧密接触，待稳定后即可开启下位机开关，进行实验。

2.实验操作步骤

（1）按照6.1节所述的准备过程结束后，开启下位机开关后，电源指示灯亮，同时液晶屏显示欢迎信息；

（2）开启XLY一工II型流变仪软件“流变仪实验系统”。

等待几秒钟，软件会提示串口通讯是否正常，如果正常，转（3），否则在菜单栏中选择“设置”一串口设置一通讯端选项里面选择一个其他端口；

（3）点击菜单栏中的“设置”，选择“实验参数”，对本次实验进行参数设置;

（4）点击菜单栏中的“设置”，选择“温度设置”，对本次实验的升温方式进行设置，如果是进行等速升温，转（5），否则转（6）;

（5）在等速升温中，起始温度设置比当前温度略高2-3摄氏度，结束温度设置为实验所需的结束温度，升温速率设置成实验需要的升温速率（不能是0），点击确定后，实验开始，转（7）；

（6）在快速升温中，恒温温度设定为实验所需要的温度，点击确定后实验开始;

（7）实验开始后，设备自动运行，温度曲线和位移曲线会实时显示，此时不需要人工操作；

（8）在快速升温时，试验机面板电流指示表应为2A左右，在恒温或等速升温时，电流指示表应随触发电流摆动，以此可以观测试验机是否正常工作。

（9）如果欲在实验过程中查看曲线详细信息，可以点击菜单栏中的“查看”，选择“数据视图”查看TXT格式的数据信息，也可以选择“实时数据”，在当前实验界面中的曲线任何一点处用鼠标查看数据信息；

（10）达到结束温度后，实验员可以改变祛码的重量，进而改变对活塞的负荷。

操作步骤如下:

点击菜单栏中的“设置”，选择“实验参数”，在重量选项里面修改成需要的负荷，然后在主机的加压系统加入相应的祛码即可；

（11）实验结束后，需耍您对本次实验得到的数据和图像进行保存。

保存的数据和图像就可以帮助您做下一步的研究了，数据保存为.lby格式，也可以点击菜单栏中的“查看”，选择“数据视图”保存成TXT格式的文件，数据处理软件LBYD可以对保存的LBY格式的文件进行数据分析及处理，这样一个完整实验基本完成。

3.塑化、固化曲线的测试方法

（1）炉体在室温状态下，打开PC机及试验机。

（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-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，同时打开PC计算机中的，XLY一工II型流变仪软件“流变仪实验系统”LBY。

参考2实验操作步骤，进行等速升温设置，将温度定值选定在所需温度及选定所需的升温速率，则等速升温开始，仪器进入测试状态，至压杆到底则测试状态结束，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表面进行清理，准备下次实验用。

若再要做塑化固化曲线则需使炉体降温冷却至室温。

（4）若试料为易高温分解的试料，则温度定值不应定高，以防试料分解产生危险。

4.流动曲线的测试方法

（1）打开下位试验机和上位PC计算机，打开XLY一III型流变仪软件“流变仪实验系统”LBY。

参考2实验操作步骤，进行快速升温设置。

（2）温度达到实验温度并平衡15分钟后，加料、压实、加挂所需祛码。

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。

5.负荷（砝码）

标志重量（kg）数量

A0.54

B14

C41

D53

负荷相加法

该仪器最小压力为10kg/cm2。

当将挂负荷的滑轮架摘下时，即为10kg/cm2，当将滑轮架挂上后，压力为20kgf/cm2，以后每加0.5kg重的祛码，系统可增加10kgf/cm2，增加lkg重祛码，系统增加20kgf/cm2压力。

其加法如下:

压力值（kg/cm2）砝码

10无挂架和祛码

20挂架不加祛码

30+1A

40+1B

100+1C

120+lD

6、加砝码，在同一温度，不同实验负荷下，重复上述实验操作，所加砝码重量共5组：

1kg；

5kg。

7.实验结束，记录数据。

8.清理毛细管口模，为再次实验做好准备。

2.4.3实验数据记录

所选材料：

重量：

试验温度：

升温速率：

压力值（Kg/cm2）

参数

剪切应力

剪切速率

表观黏度

10

.........

根据计算机所绘图，填写数据，用origin作图并分析材料的流动行为。

[1]吴大诚.高聚物加工流变学.成都科技大学出版社,1994

[2]周彦豪.聚合物加工流变学原理.西安交通大学出版社,1985

[3]王东等.聚丙烯/无规聚丙烯共混物的流变行为与力学性能研究.中国塑料.2003,17（8）:

21

[4].许文耀，岑运福.流变学在注塑成型加工中的应用.塑料,2003,32

（2）

三、聚丙烯/超细碳酸钙复合材料的制备与表征

3.1实验目的

熟悉注射成型的基本原理；

掌握热塑性复合材料注射成型的操作过程以及注射成型工艺对注射制品质量的影响，学会注塑工艺条件设定的基本方法。

掌握复合材料拉伸强度的测定方法并学会由被测材料的应力-应变曲线判断材料的类型。

3.2实验原理

3.2.1PP复合材料注射成型

注射成型适用于热塑性和热固性复合材料，是高聚物的一种重要的成型方法。

注射成型的设备是注塑机和注塑模具。

它是使固体树脂在注塑机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑化成黏流态，后经移动，螺杆以很高的压力和较快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压、冷却固化后，脱模取出制品。

热塑性复合材料注射时，模具温度比注射料低，制品是通过冷却而定型的；

热固性复合材料注射时，其模具温度要比注射料高，制品是要在一定温度下发生交联固化而定型的。

本实验主要介绍热塑性复合材料的注射成型。

3.2.2PP复合材料拉伸强度的测定

1.实验原理

复合材料的拉伸性能是复合材料力学性能中最重要、最基本的性能之一。

几乎所有的复合材料都要考核拉伸性能的各项指标，这些指标的高低很大程度地决定该种复合材料的使用场合。

拉伸性能的好坏，可以通过拉伸试验进行检验。

如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。

从这些测试值的高低，可对复合材料的拉伸性能作出评价。

拉伸试验测出的应力、应变对应值，可绘制应力-应变曲线。

从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值。

曲线下放所包括的面积代表材料的拉伸破坏能。

它与材料的强度和韧性有关。

强而韧的材料，拉伸破坏能大，使用性能也佳。

拉伸试验可为质量控制，按技术要求验收或拒收产品。

研究、开发与工程设计及其他目的提供数据。

所以说，拉伸性能测试是非常重要的一项试验。

图3-1

2.实验工艺参数

试样宽度：

10mm；

试样厚度4mm；

取向引伸标距115mm；

拉伸速率50.00mm/min；

破坏条件30%；

3.2.3PP复合材料冲击强度的测定

冲击性能实验是在冲击负荷的作用下测定材料的冲击强度。

在实验中，对聚合物试样施加一次冲击负荷使试样破坏，记录下试样破坏时或过程中试样单位截面积所吸收的能量，即得到冲击强度。

由于聚合物的制备方法和本身结构的不同，它们的冲击强度也各不相同。

在工程应用上，冲击强度是一项重要的性能指标，通过抗冲击试验，可以评价聚合物在高速冲击状态下抵抗冲击的能力或判断聚合物的脆性和韧性程度。

冲击试验的方法很多，根据实验温度可分为常温冲击、低温冲击和高温冲击三种，依据试样的受力状态，可分为摆锤式弯曲冲击（包括简支梁冲击GB1043和悬臂梁冲击GB1843、拉伸冲击、扭转冲击和剪切冲击;

依据采用的能量和冲击次数，可分为大能量的一次冲击（简称一次冲击试验或落锤冲击实验GB11_548）和小能量的多次冲击实验（简称多次冲击实验）。

不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验方法，由于各种试验方法中试样受力形式和冲击物的几何形状不一样，不同的试验方法所测得的冲击强度结果不能相互比较。

摆锤式弯曲冲击实验方法由于比较简单易行，在控制产品质量和比较制品韧性时是一种经常使用的测试方法。

2.试样要求

试样材料可采用PP,PE,PS、硬质PVC等;

简支梁冲击试样类型及尺寸和缺口类型与尺寸参照GB/T1043-93执行;

悬臂梁冲击试样类型及尺寸和缺口类型与尺寸参照GB/T1843-96执行。

本次实验采用多型腔模具注射成型的PP长条试样作为无缺口试样，在PP长条试样厚度方向上用机械加工方法铣出缺口作为缺口冲击试样。

每组试样不少于5个。

试样要求表面平整，无气泡、裂纹、分层、伤痕等缺陷。

3.3实验流程

PP

力学性能测试

CaCO3

偶联剂

高速混合

注塑

3.4实验仪器设备

表3-1实验仪器设备及生产厂家一览表

仪器型号、厂家

高速混合机SHR10型

注塑机宁波市金星塑料机械有限公司

电子万能试验机美特斯工业系统（中国）有限公司

冲击试验机承德建德检测仪器有限公司

3.5实验原料及配方

表3-2实验原料及配方一览表

原料质量（g）

聚丙烯（PP）200

偶联剂与CaCO3以一定质量比变化

Na-noCaCO3以PP为100份依次增大

3.7实验数据记录

PP（g）偶联剂（g）CaCO3（g）拉伸强度（Mpa）冲击强度（KJ/m2）

200

3.8用origin作图分析。

[1]张玉澎,宁晓燕,付卫东.我国纳米CaCO3粒子对塑料的增强增韧研究现状[J].现代塑料加工应用,2001,13（6）:

44~49.

[2]廖凯荣,陈学信,郑臣谋.轻质碳酸钙/聚丙烯共混物中聚丙烯β-晶的成核结晶研究[J].高学

校化学学报,1995,16

（1）:

143~145.

[3]梁基照,王丽.PP/纳米CaCO3复合材料的抗冲击性能[J].合成树脂及塑料,2005,

（1）:

19~21

四、壳聚糖/铝氧化物复合材料的制备及对金属离子的吸附

1、实验目的

1、掌握高分子/无机氧化物复合材料的制备方法；

2、熟悉高分子复合材料的各种表征方法，如IRSEM,TG等。

二、实验原理

重金属具有毒性大，生物富集性强，不可自然降解及来源复杂等特点，对生态环境造成了严重的伤害，因此含重金属废水的治理已越来越受到人们的关注。

去除工业废水中重金属离子的方法主要有化学沉淀法、微电解混凝沉淀法、吸附法等方法，其中尤以吸附法较为引人注意。

吸附剂的基质材料可以是无机物（如氧化铝、氧化硅、活性炭等），也可以是高聚物（如聚丙烯酰胺、聚羟乙基甲基丙烯酸酯、壳聚糖等）。

壳聚糖是自然界中储量仅次于纤维素的天然高分子材料甲壳素脱乙酰化反应后得到的产物，分子链上存在大量的羟基和氨基，因此可作为良好的吸附剂用于废水中重金属离子的吸附。

但是天然壳聚糖作吸附剂有一定的局限性，主要是壳聚糖在酸性溶液中会部分溶解造成吸附剂的损失；

并且由于壳聚糖分子链间和分子链内部氢键的存在而限制了吸附能力；

壳聚糖的机械强度、热稳定性和化学稳定性也都待进一步提高。

Al2O3等无机物表面含有丰富的羟基，也可以作为吸附剂用于废水中重金属离子的处理，但它们在水溶液中容易失活、不易沉降、吸附能力有限并且难以在回收利用，因此限制了其应用。

有机高分子化合物/无机化合物复合材料兼有高分子化合物和无机化合物的优点。

本实验利用铝化合物具有路易斯酸、壳聚糖上的羟基和氨基具有路易斯碱的性质，以壳聚糖和异丙醇铝为原料，采用化学键和方法在壳聚糖分子链单元上引入金属氧化物，制备了壳聚糖-铝氧化物复合材料，通过FTIR、SEM和TG对其表面复合情况进行了标表征，发现这种复合材料对Cu2+、Hg2+等金属离子具有较好的吸附作用，与壳聚糖和氧化铝相比，吸附性能得到了较大改善，稳定性得到了提高。

3、主要试剂和仪器

试剂：

壳聚糖（脱乙酰度90%）；

异丙醇（化学纯）；

乙二胺四乙酸二钠（EDTA）；

六次亚甲基四胺，乙酸铵，无水乙酸钠，冰乙酸，盐酸，硝酸，甲苯，无水乙醇，均为分析试剂。

仪器：

磁力搅拌器，干燥箱，真空干燥箱，电子天平，真空泵。

4、实验步骤

1.壳聚糖--铝氧化物复合材料的制备

在装有回流冷凝管的氮气保护的250ml三口烧瓶中依次加入100mL干燥甲苯和3g异丙醇铝，50℃下磁力搅拌30min后，再加入10g壳聚糖，升温至120℃，回流5h。

停止反应，过滤后依次用无水甲苯、无水乙醇、蒸馏水分别洗涤产物三次。

最后将产品放入80℃烘箱中干燥，得壳聚糖--铝氧化物复合材料。

用煅烧法测量复合材料中铝氧化物的质量分数。

2.壳聚糖--铝氧化物复合材料的表征

壳聚糖及复合材料的红外光谱采用美国Nicolet公司的Nexus470红外光谱仪表征（KBr）压片；

形貌利用JEOL26700F（FE-SEM）型场发射扫描电镜直接观察；

热稳定性采用德国NETZSCHTGA209型热失重分析仪在N2保护下进行测试，升温速率10℃/min。

3.吸附试验

取一定量的Cu（NO3）2或Hg（NO3）2放入烧杯中溶解后，再转入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀