第4章混合與塑化

1、聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心第4章 混合與塑化4.1 混合與塑化原理4.2 混合與塑化設(shè)備4.3 高分子材料的混合與塑化聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心4.1 混合與塑化原理一、混合與塑化的方法1、聚合物混合或共混中的物料狀態(tài)聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心2、聚合物共混物的制備方法n機械共混法干粉式物料共混，熔融共混物料共混法，反應(yīng)-機械法n液體共混法n共聚-共混法接枝共聚-共混法，嵌段共聚-共混法HIPS，ABSn互穿網(wǎng)絡(luò)（IPS）聚合物制備技術(shù)聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備

2、備國國家家工工程程研研究究中中心心二、混合機理1、一般物料的混合機理分子擴散渦流擴散（紊流擴散）體積擴散2、混煉三要素壓縮、剪切、置換聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心3、聚合物物理改性過程中的混合機理1）剪切：在混煉三要素中是最重要的，在高黏度分散相的混煉操作中是最重要的黏性剪切分割剪切 平行同向雙螺桿擠出機、密煉機、開煉機有較強的剪切場聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心2）分流、合并和置換 如靜態(tài)混合器、銷釘螺桿段、齒形捏合盤聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心3）擠壓增加了物料密度，提高了

3、剪切作用、有利于輸送，有利于傳熱熔融擠壓時，產(chǎn)生了流動剪切4）拉伸5）聚集聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心4、混合效果的評價 衡量混合效果的辦法隨物料狀態(tài)的不同而不同1）對液體物料：混合物不同部分的組成與平均組成相差的情況2）對固體物料：分散程度和組成的均勻程度n均勻程度：均勻程度：分散相濃度分布的變化大小從混合物中隨機取樣分析測定，某一組分的百分含量與理論或總體百分含量的差值與取樣量或取樣的次數(shù)有關(guān)聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心n分散程度：分散相在共混體系中的破碎程度。用分散相的平均粒徑大小和分布表示平均粒徑 相鄰?fù)?/p>

4、組分間的距離越小分散得越好 共混物的性能與分散相的粒徑密切相關(guān)聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心粒徑分布聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心4.2 混合與塑化設(shè)備n間歇式混合設(shè)備間歇操作：投料，混合或混煉，卸料n連續(xù)式混合設(shè)備一、間歇式混合與塑化設(shè)備n靜態(tài)混合設(shè)備、滾筒類和轉(zhuǎn)子類混合設(shè)備n初混設(shè)備：物料在非熔融態(tài)下進行混合 混煉混合設(shè)備聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心螺帶式混合機，多用于高速混合或、捏合后對物料的冷卻方面，也叫

5、冷混合機聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心Z形捏合機，效率較前兩者高，但混合時間長，均勻性差，聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心高速混合機（高混機） ，混合效率高。高、低速并用，高速達860rpm，也可對干性物料進行加熱和干燥用。高速、低速、高溫、低溫冷卻多功能一體的混合機組。聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心高速混合機組聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心開煉機聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝

6、備備國國家家工工程程研研究究中中心心擠出機聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心4.3 高分子材料的混合與塑化n橡膠、塑料、溶液、膠乳一、橡膠的塑煉與混煉1、塑煉與塑煉工藝n一般來說，生膠（特別是天然橡膠）具有較大的彈性，彈性過大加工過程中會出現(xiàn)： A、各種配合劑無法在生膠中分散均勻 B、大部分機械能將消耗在彈性變形上，成型加工困難 C、彈性記憶效應(yīng)明顯，壓出各種形狀尺寸控制不準所以必須使生膠由強韌的彈性狀態(tài)變成柔軟而具有可塑性的狀態(tài)，這種增加橡膠的可塑性的工藝過程稱為塑煉。聚聚合合物物新新型型成

7、成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心1）塑煉目的 A、與配合劑在混煉過程中易于混合分散均勻； B、同時也有利于膠料進行壓延、壓型、壓出等各種成型操作； C、膠料性質(zhì)均勻，便于控制生產(chǎn)過程塑煉程度應(yīng)合適得當，過度塑煉會影響膠料的加工性能、制品的物理機械性能n天然橡膠在混煉前一般都要塑煉加工，而合成橡膠一般不需要塑煉加工2）塑煉機理使橡膠大分子斷裂，分子量降低，粘度下降，彈性下降，即相對可控降解低溫塑煉，高溫塑煉，機械力、氧、塑解劑聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心3）影響塑煉的因素 主要受到機械力、氧、熱、電和塑解劑等因素的作用，其中機械力、氧和塑解劑

8、起主要作用機械力作用n當橡膠的黏度越大，剪切速率越大，分子受力越大n相對分子量越大，受力越大，分子鏈越容易被切斷n當外力作用的機械功大于化學(xué)鍵能時，斷裂概率上升n作用結(jié)果：平均分子量降低、分子量分布變窄聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心氧的作用n高溫塑煉時的氧化降解作用明顯溫度的作用n溫度較低時，生膠黏度大，機械力作用顯著n高溫下，熱氧作用顯著靜電作用：放電產(chǎn)生臭氧和原子態(tài)氧化學(xué)塑解劑作用：苯硫酚、五氯硫酚等聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心4）塑煉工藝準備：烘膠、切膠、破膠開煉機塑煉工藝n分為：薄通塑煉（輥距0.5-1mmm

9、)、一次塑煉、分段塑煉n同時可加入化學(xué)塑煉劑n影響因素：輥溫、時間、輥距、兩輥速比、裝膠量、塑解劑n開煉機屬于低溫機械塑煉，溫度越低，塑煉效果越好n輥筒速比：1:1.25-1:1.27聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心n4）塑煉工藝密煉機塑煉工藝n步驟：稱量生膠、投料、關(guān)上頂栓，加壓塑煉、排膠、壓片、冷卻n影響因素：溫度、時間、轉(zhuǎn)速、裝膠容量、上頂栓壓力、塑解劑n密煉機屬于高溫塑煉，溫度越高，塑煉效果越好，溫度一般在140-160n應(yīng)選擇合適的裝膠容量n化學(xué)塑解劑在密煉機塑煉中較開煉機中更有效螺桿擠出機（塑煉機）塑煉聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家

10、工工程程研研究究中中心心2、混煉與混煉工藝n混煉就是將各種配臺劑與可塑度合乎要求的生膠或塑煉膠在機械作用下混合均勻，制成混煉膠的過程。1）混煉機理剪切、破碎、潤濕、擠壓、拉伸、分流、合并、置換、聚集n混煉是橡膠加工中最重要的工藝過程之一，要求混煉膠中各種配合劑混合均勻，保證橡膠制品具有良好的物理機械性能、良好的加工工藝性能。分散介質(zhì)多樣界面上的物理和化學(xué)作用混煉膠的熱力學(xué)不穩(wěn)定性不明顯聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心2）混煉工藝A、開煉機的混煉工藝混煉過程：包輥、吃粉、翻煉、薄通n包輥：關(guān)鍵是調(diào)整輥溫，使膠料的彈性/塑性比處于適當值，形成光滑無隙的包輥膠n吃

11、粉：在輥距之上保留適當?shù)亩逊e膠n翻煉：均勻混合，斜刀法、三角包法、搗膠法聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心A、開煉機的混煉工藝n影響開煉機混煉的工藝因素裝膠容量、輥距、輥速及速比、溫度、時間、加料方式及順序裝膠容量：V=K*D*L，K為裝填系數(shù)溫度，冷卻輥筒，控制輥溫50-60加料順序：用量少、難分散的配合劑先加入；用量大、易分散的后加；為了防止焦燒，硫磺和促進劑最后加入聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心B、密煉機的混煉工藝n優(yōu)點：容量大、混煉時間短、生產(chǎn)效率高、自動化程度高、勞動強度低、環(huán)境衛(wèi)生條件好，混煉膠性能更穩(wěn)定n缺點

12、：混煉溫度高，熱敏材料容易焦燒，一般不在密煉機里加硫磺和促進劑，而是先將料排出至壓片機上冷卻再加入；更換顏色不方便；需配壓片機壓片補充加工；投資大n工藝方法：一段混煉法、分段混煉法n影響密煉機混煉的工藝因素裝膠容量、上頂栓壓力、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、溫度、時間、加料順序n連續(xù)混煉聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心二、塑料的初混、塑化與混合、造粒與粉碎1、塑料的初混合將聚合物與各種粉狀、粒狀或液態(tài)助劑進行簡單混合步驟n預(yù)處理或預(yù)加工：破碎、粉碎、去雜質(zhì)、干燥、表面處理等n稱量：手動計量，自動計量+自動輸送n混合：間歇混合，連續(xù)混合； 影響因素：加料順序、混合溫度聚聚合合物物

13、新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心2、塑化與混合（共混）n在高于樹脂流動溫度下、較強混合作用下進行塑化或熔融混合n聚合物原料塑化的同時與助劑混合n塑化與混合工藝開煉機工藝密煉機工藝擠出機：單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、多螺桿擠出機聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心3、造粒、粉碎粒料和粉料的優(yōu)點及應(yīng)用聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家

14、家工工程程研研究究中中心心三、高分子三、高分子 溶液的配制溶液的配制 有些時候，流延法生產(chǎn)薄膜、膠片及某些澆鑄制品的生產(chǎn)的原料是高分子溶液。 成型中所用的高分子溶液，有些是在合成聚合物時特意制成的，如酚醛樹脂和聚酯等的溶液。而另一些則需在用時配制，如乙酸纖維素和氯乙烯一乙酸乙烯酯共聚物的溶液等。 1、溶劑的選擇原則： 相似相溶原理 溶解度參數(shù)相近 =（E / V）1/2 2、結(jié)晶高分子的溶解 3、高分子溶液與低分子溶液的區(qū)別聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心A、慢加快攪法a、溶劑升溫：先將選定的溶劑在溶解釜內(nèi)加熱至一定溫度b、逐次加料：然后在快速攪拌和一定溫下

15、，緩緩加入粉狀或片狀的聚合物，直至投料完畢， 投料的速率應(yīng)以不出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象為度，快速攪拌則既有加速分散和擴散作用，又借攪拌槳葉與擋板間的剪切力來撕裂可能產(chǎn)生的團塊。4、配制溶液所用的設(shè)備，一般都用附有強力攪拌和加熱夾套的釜、釜內(nèi)加設(shè)各式擋板的。兩種具體配制方法。聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心B、低溫分散法a、分散：先將溶劑加入溶解釜內(nèi)，并保持較低的溫度使溶劑對聚合物失去溶解活性，然后將粉狀物或片狀物一次投入釜中，并使它很好地分散在溶劑中b、邊攪拌邊升溫：再不斷攪拌并將混合物逐漸升溫。這樣當溶劑升溫而恢復(fù)活性時，就能使已經(jīng)分散的聚合物很快溶解。 用上述方法配

16、制的溶液均須經(jīng)過濾、脫泡后方能使用。配制過程中的生產(chǎn)控制和質(zhì)量檢驗指標主要是固體含量與粘度。聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心四、分散體、膠乳或乳液的配制四、分散體、膠乳或乳液的配制 分散體（溶膠塑料）又稱塑料糊，它是常溫下可以流動的固液混合物（懸浮體或乳液），主要應(yīng)用于人造革、地板革、鑄塑、滾塑、搪塑。1、分散體的組成和分類（1）組成：樹脂+分散劑（非良溶劑）+助劑（2）分類：塑性溶膠 有機溶膠 塑性凝膠 有機凝膠聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心2、分散體各組分及作用1）樹脂樹脂應(yīng)具有成糊性能。對其粒度較?。褐睆郊s0.02

17、2.0m；顆粒太大時，容易在所配制的分散體中下沉，體系不穩(wěn)定，而且在加熱處理后不易得到質(zhì)量均勻的制品，顆粒太小時，在室溫下常會因過度的溶劑化而使溶膠塑料的粘度偏高，同時還不耐存放。如乳液聚合法生產(chǎn)的PVC樹脂合適，懸浮聚合的PVC樹脂顆粒太大，不易直接成糊，需要特殊的“沖糊工藝”才可使用。聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心2）分散劑分散劑包括增塑劑和揮發(fā)性溶劑兩類，這要求分散劑對樹脂的溶劑化能力較小。增塑劑的粘度對所配溶膠塑料的粘度有直接的影響，即粘度高的，所配溶膠塑料的粘度也高。3）稀釋劑稀釋劑用于降低溶膠塑料的粘度和削弱分散劑的溶劑化能力。稀釋劑一般為烴類，它們的沸點亦應(yīng)低于分散劑。4）膠凝劑膠凝劑的作用是使溶膠體變成凝膠體。常用的膠凝劑有金屬皂類和有機質(zhì)膨潤土，使用量約為樹脂的35。聚聚合合物物新新型型成成型型裝裝備備國國家家工工程程研研究究中中心心5）填充劑填充劑顆粒的直徑應(yīng)為5lOm，用量一般不超過樹脂的20。6）