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PVC/纳米TiO2复合材料的制备及力学性能测试

发布时间:2015-11-17 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:612

1.实验目的

1)了解无机纳米材料改性PVC塑料的原理。

2)掌握纳米TiO2/PVC复合材料的制备方法。

3)掌握塑料力学性能的测试方法。

2.实验原理

凡通过物理的、化学的或者物理、化学相结合的方法,促使塑料材料的性能得到改善,或发生变化,或赋予树脂材料具有新的功能的新塑料材料,都可称之为塑料改性。塑料改性的方法很多,如共混改性、填充改性、增强改性、复合改性、交联改性、发泡改性、表面改性、添加改性、嵌段共聚改性及接枝共聚改性等。

填充改性是指在树脂基材中,添加一定量的无机或有机填充料、助剂等添加剂,通过热一机械物理共混,促使填料、助剂等添加剂均匀地混炼,并均匀地分散在聚合物基材的母体中,从而改变塑料基材的性能,或降低塑料制品的原料成本,达到预期效果或增量的目的。

从断裂力学的角度来看,塑料的拉伸断裂过程是裂纹的生成和扩展的过程,因此塑料的拉伸强度和断裂伸长率的改变与塑料中裂纹的扩展和消失有关。塑料在外力或外界能量作用下,由于结构缺陷或结构不均匀性产生应力集中而产生银纹,银纹的形成要额外消耗大量能量。在外力继续作用下,银纹进一步发展为裂缝而使塑料断裂。当塑料在外力作用下形成裂缝时,如果有纳米无机粒子存在,则在裂缝区的纳米无机粒子的活性表面会与裂缝两端的高分子链作用,形成“丝状连接”结构,使产生的裂缝又回到银纹状态,从而使裂缝终止并转化为银纹,延迟了塑料的破裂,要使塑料断裂需要消耗更多的外界能量或更大的应力,即提高了塑料的冲击韧性和拉伸强度。当然,纳米无机粒子的加入量不是越多越好。纳米无机粒子粒径小、比表面积大、活性高,有团聚的倾向,当含量过多形成团聚体至一定尺寸时,由于其体积超过裂缝体内部空隙,不能使裂缝转换为银纹,此时纳米无机粒子反而起到应力集中作用,使基体韧性和强度降低。

3.仪器和药品

(1)仪器

转矩流变仪;扣压摇摆式小型粉碎机;冲片机;压片机;万能拉力机;哑铃型标准裁刀;游标卡尺;电热鼓风干燥箱。

(2)药品

PVC树脂纳米TiO2;邻苯二甲酸二辛酯(DOP);三碱式硫酸铅;二碱式硬脂酸铅;硬脂酸铅硬脂酸钙硬脂酸

4.实验步骤

1)按100份PVC、40份DOP、三碱式硫酸铅2.5份、二碱式硬脂酸铅1.5份、硬脂酸铅0.5份、硬脂酸钙0.5份、硬脂酸0.5份、纳米TiO24份的顺序依次加入到扣压摇摆式小型粉碎机中,高速搅拌混合5min。

2)混合料在烘箱中85℃预塑化2h。

3)预塑化后的粉料在转矩流变仪中熔融混合塑化,工艺条件见表3-3-1。

4)将从转矩流变仪中密炼后拿出的PVC塑料趁热压成片状。

5)在压片机上将片状PVC塑料压延成约lmm厚度的PVC薄膜,工艺条件见表3-3-2。

6)用哑铃形标准裁刀在冲片机上将lmm左右厚度的PVC薄片冲取成符合GB/T1040.3-2006要求的测力学性能的试样,沿横向和纵向各取4条,精确测量试样细颈处的宽度和厚度,并在细颈部分划出长度标记。

7)在万能拉力机上测量PVC塑料的拉伸强度和断裂伸长率。

5.数据记录及结果分析

(1)实验数据记录填入表3-3-3

(2)实验结果处理

计算测试样的平均拉伸强度和平均断裂伸长率。

6.注意事项

1)PVC树脂和添加剂在转矩流变仪中密炼时,当转矩对时间的曲线走平时结束密炼。

2)用哑铃形标准裁刀在冲片机冲取薄片测试样时,细颈处测量部分的厚度和宽度要求均匀,并且不能有缺口、缝隙和塑化不均匀等缺陷。

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