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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-06-28 20:48
聚苯乙烯是一種通用樹脂，生產(chǎn)工藝主要為聚合工藝，苯乙烯單體在反應器中發(fā)生聚合反應最終形成高分子聚合物樹脂。聚苯乙烯分為通用聚苯乙烯（GPPS）,高抗沖聚苯乙烯（HIPS），本項目產(chǎn)品包括以上兩種。
高抗沖聚苯乙烯（HIPS）原料
其中通用聚苯乙烯的特性是透明度高，材料硬而脆，主要用途為光學材料，建筑外墻保溫材料等；高抗沖聚苯乙烯的特點是添加丁二烯橡膠以后材料韌性強，主要用途作為冰箱、空調(diào)等大家電的外殼，抽屜，熱水器，打印機等的主要結(jié)構(gòu)件。
PS為剛性無定型塑料，熔融溫度范圍較寬，熱穩(wěn)定性較好；但在注塑過程中，易形成內(nèi)應力并引起開裂，殘余應力問題較為突出。為減小內(nèi)應力，加工時往往需要較高的料溫、模溫，以使熔體緩慢冷卻，取向的分子得到松弛。
PS材料的力學性能在某種程度上可以直觀反應其制品如冰箱抽屜產(chǎn)品的力學性能，在PS制品批量生產(chǎn)前，可以以材料性能為快速評價的手段，對PS材料進行實驗，探究其最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)，提高制品批量生產(chǎn)時的生產(chǎn)效率，為此，國高材分析測試中心探究結(jié)果如下。
1 試驗
原理探究
影響塑料性能指標的因素有很多，主要可歸納成兩大方面主要因素。一方面是內(nèi)在的原因，如塑料本身的分子量大小及其分布、結(jié)晶性、粒徑和粒度分布、成型過程中的取向、內(nèi)在缺陷等；另一方面是外在的因素，如試樣的制備、試驗環(huán)境、試驗方法及條件等。
注塑成型是試樣制備的常用方法，是一個復雜的物理和化學變化過程。一方面，非牛頓流體的高溫塑化熔體在壓力作用下，注入溫度較低的模具型腔中；另一方面，由于熔體和模具型腔的溫差使得注入的熔體快速冷卻，同時伴隨著固化、體積收縮及可能出現(xiàn)的結(jié)晶過程。因此，成型過程的工藝參數(shù)直接決定了熔體在型腔中的流動狀態(tài)，對制品質(zhì)量有著最直接、最深遠的影響。
測試標準
沖擊強度按GB/T 1843—2008測定，彎曲性能按GB/T 9341—2008測定，密度按GB/T 1033.1-2008測定，拉伸性能按GB/T 1040.1-2006、GB/T 1040.2-2006測定。
2 試驗結(jié)果分析
五種注塑工藝參數(shù)對力學性能的影響
主要考察五個注塑工藝參數(shù)，分別是射膠壓力、射膠速度、保壓壓力、保壓時間和冷卻時間，采用正交實驗法，對每個參數(shù)取四個水平，根據(jù)正交表L16（45）進行正交實驗，得表1。再檢測不同注塑工藝參數(shù)下得到的制件力學性能，包括缺口沖擊強度、彎曲強度、彎曲模量、拉伸屈服應力等力學性能，得表2。
表1 注塑工藝參數(shù) L16（45）正交因素水平表
表2 正交試驗結(jié)果
由表2可知，密度的變動很小，故認為本次實驗工藝參數(shù)變化對樣條密度沒有影響，也不做進一步數(shù)據(jù)分析。
其余性能采用極差分析的方法，數(shù)據(jù)處理如表3~8：
表3 沖擊強度（kJ/m2）影響因素分析
表4 彎曲強度（MPa）影響因素分析
表5 彎曲模量（MPa）影響因素分析
表6 拉伸屈服應力（MPa）影響因素分析
表7 拉伸屈服應變（%）影響因素分析
表8 拉伸模量(MPa）影響因素分析
其中K代表某水平下性能指標的求和，k代表某水平下性能指標的平均值。取平均值的意義是：對于任意兩組，各因素都在同時變動，因而結(jié)果不具有可比性，但對各水平分別取平均值后，其它因素進行了平等的變動，因而不同水平的平均k具有綜合可比性。R為k的極差，極差大小反映了某因素對性能的影響大小。
以沖擊強度的分析為例，各因素中射膠壓力的極差最大，其次為保壓壓力、射膠速度、保壓時間、冷卻時間，可以認為沖擊強度主要受射膠壓力和保壓壓力影響。就趨勢來看，射膠壓力越小，沖擊強度越高；保壓壓力越大，沖擊強度越高；保壓時間、射膠速度、冷卻時間均在取第三水平時沖擊強度最高。以最大極差2.78kJ/m2除以全部沖擊強度的平均值13.13 kJ/m2得0.21，即射膠壓力對沖擊強度的影響可達平均值的約21%，由此認為沖擊強度受到參數(shù)變動影響，尤其是射膠壓力的變動對沖擊強度的影響非常顯著。
其余性能指標，影響最大的兩個因素基本上也主要是射膠壓力和保壓壓力。
為了驗證保壓壓力與射膠壓力對樣條性能（以沖擊為例）的影響趨勢，進一步采用單因素變量進行試驗。
首先以保壓壓力為變量，從1.5MPa取到7.5MPa，間隔1.5MPa，固定因素射膠壓力4.0MPa，射膠速度40%，保壓時間10s，冷卻10s，沖擊強度隨保壓壓力增大而增大，變化趨勢見圖1：
圖1 保壓壓力對沖擊強度的影響
其次以射膠壓力為變量，從3.5MPa變動到8.0MPa，固定參數(shù)保壓壓力7.5MPa，射膠速度40%，保壓時間10s，冷卻10s，沖擊強度隨射膠壓力增大而減小，變化趨勢見圖2。
圖2 射膠壓力對沖擊強度的影響
其中，高沖擊強度的沖擊試樣斷面呈現(xiàn)凹凸狀，而非平整面，見圖3，其余低沖擊強度的沖擊試樣斷面為平整面。
圖3 高沖擊試樣斷面示意圖
3 總結(jié)
1）通過正交實驗和單因素變量實驗發(fā)現(xiàn)，射膠壓力、保壓壓力對高抗沖聚苯乙烯力學性能有顯著影響，特別是缺口沖擊強度和拉伸屈服應力，而射膠速度、保壓時間和冷卻時間對高抗沖聚苯乙烯力學性能影響較小，另外，密度不受注塑工藝參數(shù)影響。
2）低射膠壓力和高保壓壓力導致高抗沖聚苯乙烯橡膠相集中，核殼顯示出不同的相態(tài)，沖擊斷裂處可見凹凸狀，非平整斷面。
來源：國高材分析測試中心
