劉彩文 姚夢齡 .內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 0005

2.內(nèi)蒙古自治區(qū)材料成型及控制工程重點實驗室 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051 3.內(nèi)蒙古自治區(qū)薄膜與涂層型重點實驗室 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051

1 課程簡介

塑料成型工藝與設(shè)備是本科材料成型與控制類專業(yè)的專業(yè)課。課程包括3個實驗即高聚物的溫度—形變曲線測定、注塑機工作原理及塑料的流動性測試、注塑模的拆裝。其中高分子聚合物的流動性能對于其加工成型來說具有重要的指導(dǎo)作用[1-3]，而工藝參數(shù)和阻燃劑的加入很明顯對其加工過程中的流動性能產(chǎn)生了不可忽視的影響，特別是無機阻燃劑的添加對其流動性能的破壞就更加嚴(yán)重[4-7]，對其產(chǎn)品必將造成形貌與性能上的影響。對于研究高聚物在加工過程中流動性能表征，宏觀的表示方法就是熔體流動速率，是指熱塑性材料在一定溫度與標(biāo)準(zhǔn)壓力下，熔體每10 min通過標(biāo)準(zhǔn)尺寸口模的質(zhì)量，這最能表征高分子材料的流動性能。

2 科研促進塑料成型工藝與設(shè)備課程的實驗教學(xué)

2.1 科研成果可呈現(xiàn)工藝參數(shù)對塑料流動性能的直觀影響

在理論教學(xué)中，溫度和壓力是影響塑料流動性能的主要參數(shù)，也是塑料加工成型過程需要合理制定的兩大工藝參數(shù)。要進一步了解塑料流動性的概念及塑料流動性的測試方法，只有通過實驗。進一步了解成型溫度和成型壓力對塑料流動性的影響。結(jié)合科研試驗結(jié)果，是課程實驗更加科學(xué)與豐富的補充。采用XNR-400B熔體流動速率儀如圖1所示，對塑料的熔體流動速率進行測試。圖2表示的是不同溫度下的LLDPE熔體流動速率與壓力關(guān)系的曲線[8]。這樣將更加科學(xué)直觀的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給學(xué)生。在相同的壓力下，隨著溫度的增加熔體流動速率也在增加。壓力為0.04 kg時，隨著溫度的增加熔體流動速率從0左右增加到了1.213 g/10 min，在壓力為2.64 kg時，熔體流動速率從1.209 g/10 min增加到了12.603 g/10 min。在理論教學(xué)中，溫度越高熔體的流動性就越好，但結(jié)合科研結(jié)果可以看出，流動性越好并不代表加工成型就越佳，因為當(dāng)溫度過高時，LLDPE處于流體狀態(tài)，不利于成型，塑料試樣給出有力的證明。

圖1 XNR-400B熔體流動速率儀

圖2 LLDPE的熔體流動 速率

同樣，學(xué)生也能看到，在相同的溫度下，隨著壓力的增加，熔體流動速率在增加。溫度為168 ℃壓力低于1.24 kg時，LLDPE的熔體流動速率幾乎不變近似為0；當(dāng)壓力大于1.24 kg時，隨著壓力的增加熔體流動速率也在增加；壓力達到2.64 kg時，熔體流動速率為1.204 g/10 min。當(dāng)溫度為172 ℃，壓力從0.04 kg增加到2.64 kg時，熔體流動速率從1.198 g/10 min增加到了12.603 g/10 min。雖然壓力越大，熔體的流動性越好，但是當(dāng)壓力過大時，LLDPE的分子鏈段的運動過快，熔體容易堆積，產(chǎn)生較大的氣孔，很難制備出均勻的制品，這一點可從科研結(jié)果試樣表觀直接看出。

2.2 科研成果可呈現(xiàn)氫氧化鎂的添加量對塑料表面直觀影響

在理論教學(xué)中，會提到氫氧化鎂的添加量對塑料表面是有影響的，但學(xué)生并不會直觀體會到影響的結(jié)果是什么？科研試驗結(jié)果則可直觀體會到這種影響。圖3是添加了不同含量的氫氧化鎂后制備出的LLDPE切段表觀圖[8]，從圖中可以看出隨著氫氧化鎂含量的增加，切斷的透明度逐漸降低，表面光滑度也逐漸變差。在含量達到40%時，切段表面有明顯的突起，但無法觀察到切斷內(nèi)部的氣泡與氣孔，這是因為切斷呈現(xiàn)乳白色，所以氣泡與氣孔從圖片中無法看出來。但在實際操作中，當(dāng)氫氧化鎂的含量在30%以內(nèi)時，隨著氫氧化鎂含量的增加，氣泡與氣孔在一定程度上減少了，這是因為LLDPE基體材料本身就存在一定的氣泡與氣孔，隨著氫氧化鎂含量的增加，氣泡逐漸被氫氧化鎂所填充，此時氫氧化鎂在充當(dāng)阻燃劑的同時還起填充作用，減小了氣泡與氣孔的數(shù)量。當(dāng)氫氧化鎂的含量大于30%時，隨著氫氧化鎂含量的增加，氫氧化鎂的團聚現(xiàn)象越來越嚴(yán)重[9,10]，使得LLDPE大分子間的空隙增加，導(dǎo)致氣泡與氣孔的數(shù)量又逐漸增加，表觀上看不出來是因為此時的切斷為乳白色，無法看到氣泡與氣孔。由以上分析可知，隨著阻燃劑氫氧化鎂含量的增加，熔體流動速率也在逐漸降低，LLDPE切段表觀形貌也發(fā)生了較大的變化，嚴(yán)重影響了材料的流動性能，這對塑料加工成型性能造成了嚴(yán)重影響，所以需要對產(chǎn)品的工藝條件也做出新的調(diào)整。為此在提高其阻燃性能的同時為了保證LLDPE熔體流動性，氫氧化鎂的添加量不宜過大，這一點不再停留在文字上，科研結(jié)果給出了更科學(xué)直觀的數(shù)據(jù)和圖片。

圖3 LLDPE加入不同含量氫氧化鎂后的切段

3 結(jié)語

將科學(xué)研究過程創(chuàng)新思維和技術(shù)技能與本科生實驗教學(xué)相結(jié)合，通過將氫氧化鎂阻燃劑添加對塑料的流動性影響等科研成果應(yīng)用于塑料成型工藝與設(shè)備課程的實驗教學(xué)，的確增強了教學(xué)的深度、拓展了教學(xué)的廣度，豐富了教學(xué)的手段，提高了教學(xué)的質(zhì)量，是課程實驗更加科學(xué)與直觀的補充。

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