第一章 混合与混炼PPT讲稿.ppt

第一章 混合与混炼1第1页，共156页，编辑于2022年，星期二n主要内容主要内容n混合与混炼原理混合与混炼原理n混合与混炼设备混合与混炼设备n高分子材料的混合与混炼工艺过程高分子材料的混合与混炼工艺过程2第2页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1混合与混炼原理混合与混炼原理n1.1.1 共混方法及目的共混方法及目的n1.1.2聚合物共混的基本概念聚合物共混的基本概念n1.1.3聚合物共混物的形态结构聚合物共混物的形态结构n1.1.4共混原则共混原则n1.1.5共混体系的类型及特征共混体系的类型及特征n1.1.6共混过程的要求共混过程的要求3第3页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.1.1共混目的和效果共混目的和效果 单一材料很难胜任人们对材料提出的要求，例如单一材料很难胜任人们对材料提出的要求，例如高强、高韧、功能性要求（阻燃、抗静电等）；而通高强、高韧、功能性要求（阻燃、抗静电等）；而通过聚合方法开发新产品需要大量的资金投入，新型共过聚合方法开发新产品需要大量的资金投入，新型共聚产品的开发需要几千万甚至上亿美金，而共混产品聚产品的开发需要几千万甚至上亿美金，而共混产品资金需要量则小得多。资金需要量则小得多。4第4页，共156页，编辑于2022年，星期二n目的和效果目的和效果n提高聚合物的使用性能提高聚合物的使用性能n改善聚合物的加工性能改善聚合物的加工性能n降低成本降低成本5第5页，共156页，编辑于2022年，星期二提高聚合物的使用性能提高聚合物的使用性能nPVC/CPE共混体系共混体系PVC/MBS共混体系共混体系PVC 聚氯乙烯；聚氯乙烯；MBS 甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物CPE 氯化聚乙烯氯化聚乙烯6第6页，共156页，编辑于2022年，星期二降低成本降低成本nABS/PVCABS（丙烯腈（丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物）；苯乙烯共聚物）；PVC 聚氯乙烯。聚氯乙烯。n13000元元/吨吨/7500元元/吨吨nPE（聚乙烯）（聚乙烯）/PA（尼龙）（尼龙）n12000元元/吨吨/40000元元/吨吨7第7页，共156页，编辑于2022年，星期二改善聚合物的加工性能改善聚合物的加工性能nLLDPE/LDPEnLLDPE线性低密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，LDPE 低密度聚乙烯低密度聚乙烯n丁基橡胶丁基橡胶/OPEn加工速度提高加工速度提高15nPVC增塑体系增塑体系nPVC润滑剂润滑剂8第8页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.1.2共混方法共混方法n机械共混法机械共混法 采用共混设备进行混合采用共混设备进行混合 常用的设备如常用的设备如高速搅拌机、挤出机、密炼机、开炼机等。物理共高速搅拌机、挤出机、密炼机、开炼机等。物理共混法、反应机械共混法。混法、反应机械共混法。n液体共混法液体共混法 n溶剂法，首先找到共溶剂溶剂法，首先找到共溶剂 例如例如HDPE/LDPE 甲甲苯作为溶剂进行共混；苯作为溶剂进行共混；PVC/NBR（丙烯腈（丙烯腈-丁二丁二烯共聚橡胶）烯共聚橡胶）四氢呋喃作为溶剂进行共混。四氢呋喃作为溶剂进行共混。n乳液法，聚合物乳液共混，共沉淀。乳液法，聚合物乳液共混，共沉淀。9第9页，共156页，编辑于2022年，星期二共聚共聚-共混法共混法n 接枝共聚共混法，嵌段共聚共混法接枝共聚共混法，嵌段共聚共混法 先制备一种聚合物，然后将其溶于另一先制备一种聚合物，然后将其溶于另一种单体中，形成均匀溶液再引发与第一种单体中，形成均匀溶液再引发与第一种聚合物发生接枝反应，形成共聚物。种聚合物发生接枝反应，形成共聚物。例如，例如，ABS（丙烯腈（丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯）。苯乙烯）。以顺丁橡胶为骨架，将苯乙烯、丙烯腈以顺丁橡胶为骨架，将苯乙烯、丙烯腈接枝的方法，生产接枝的方法，生产ABS。10第10页，共156页，编辑于2022年，星期二互穿网络聚合物制备技术互穿网络聚合物制备技术(IPN)(IPN)n 所谓互穿网络技术是先制备一种交所谓互穿网络技术是先制备一种交联聚合物，将其在含有活化剂和交联剂联聚合物，将其在含有活化剂和交联剂的第二种聚合物单体中溶胀，然后再进的第二种聚合物单体中溶胀，然后再进行聚合。行聚合。11第11页，共156页，编辑于2022年，星期二n 例如例如(聚丙烯酸乙酯），丙烯酸乙酯交联聚丙烯酸乙酯），丙烯酸乙酯交联剂为二甲基丙烯酸四甘醇酯经光引发生成交联剂为二甲基丙烯酸四甘醇酯经光引发生成交联PEA，用苯乙烯溶胀，再将苯乙烯聚合交联，用苯乙烯溶胀，再将苯乙烯聚合交联，即得到即得到PS/PEA互穿网络聚合物。环氧树脂互穿网络聚合物。环氧树脂/聚聚氨酯互穿网络聚合物。氨酯互穿网络聚合物。12第12页，共156页，编辑于2022年，星期二聚氨酯聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物环氧树脂互穿网络聚合物 加入少量的环氧树脂加入少量的环氧树脂(5份份)时，产生了复合损耗因子峰值，而时，产生了复合损耗因子峰值，而随着环氧树脂含量的增加，每个体系的复合损耗因子峰值所对应随着环氧树脂含量的增加，每个体系的复合损耗因子峰值所对应温度趋向一个定值。从宏观来看，聚氨酯组分和环氧组分形成了温度趋向一个定值。从宏观来看，聚氨酯组分和环氧组分形成了均相产物。均相产物。(1学时学时)13第13页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.2 共混的基本概念共混的基本概念n1.1.2.1共混物的组成及共混比表示方法共混物的组成及共混比表示方法na 基体树脂基体树脂100份，其它组分的重量分数份，其它组分的重量分数n例如：例如：PVC 100 n 稳定剂稳定剂 5 n 润滑剂润滑剂 1 n 抗冲改性剂抗冲改性剂 8n 填料填料 10 n再如：再如：HDPE 100 发泡剂发泡剂 2 交联剂交联剂 0.2这种表示共混物组成这种表示共混物组成的方法很适合工业化的方法很适合工业化生产，主要是因为聚生产，主要是因为聚合物一般为合物一般为2525公斤一公斤一个包装，所以比较便个包装，所以比较便于计量。于计量。14第14页，共156页，编辑于2022年，星期二橡胶配方例橡胶配方例NR/SBR配方例配方例(天然橡胶天然橡胶/丁苯橡胶）丁苯橡胶）NR+SBR 100NR/SBR 70/30炭黑炭黑 50S 1.5（硫化剂）（硫化剂）TT 0.3（硫化促进剂）（硫化促进剂）CZ 1.0（硫化促进剂）（硫化促进剂）15第15页，共156页，编辑于2022年，星期二b b 质量分数质量分数对于双组分对于双组分m1,m2分别为第一组分和第二组分的质量分别为第一组分和第二组分的质量w1,w2分别为第一组分和第二组分的质量分数分别为第一组分和第二组分的质量分数16第16页，共156页，编辑于2022年，星期二uc 体积分数体积分数u对于双组分对于双组分V1,V2分别为第一组分和第二组分的体积分别为第一组分和第二组分的体积1,2分别为第一组分和第二组分的体积分数分别为第一组分和第二组分的体积分数添加型导电高分子材添加型导电高分子材料，其中永久抗静电料，其中永久抗静电剂碳黑必须达到一定剂碳黑必须达到一定的体积分数，材料才的体积分数，材料才能导电。能导电。17第17页，共156页，编辑于2022年，星期二nd d 摩尔分数摩尔分数n对于双组分对于双组分x1,x2分别为第一组分和第二组分的摩尔数分别为第一组分和第二组分的摩尔数n1,n2分别为第一组分和第二组分的摩尔分数分别为第一组分和第二组分的摩尔分数18第18页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.2.2 共混物的均匀性与分散程度共混物的均匀性与分散程度l均匀性均匀性 是指被分散物质在共混体内浓度分布的均一性，是指被分散物质在共混体内浓度分布的均一性，或者说分散相浓度变化的大小。或者说分散相浓度变化的大小。a ba a 均匀性差均匀性差 b b 均匀性好均匀性好19第19页，共156页，编辑于2022年，星期二n分散程度分散程度 n是指被分散物质破碎程度如何，或者说分是指被分散物质破碎程度如何，或者说分散相在基体树脂中的破碎程度，一般用分散相在基体树脂中的破碎程度，一般用分散相的平均粒径和分布来表示。散相的平均粒径和分布来表示。20第20页，共156页，编辑于2022年，星期二平均算术直径平均算术直径平均面积直径平均面积直径21第21页，共156页，编辑于2022年，星期二a b分散相平均粒径接近，但分布不同的共混物分散相平均粒径接近，但分布不同的共混物a a 粒径分布宽粒径分布宽 b b 粒径分布窄粒径分布窄22第22页，共156页，编辑于2022年，星期二分散相平均粒径分布示意图分散相平均粒径分布示意图23第23页，共156页，编辑于2022年，星期二橡胶塑料增韧橡胶塑料增韧d橡胶含量高，材料的强度就会降低如橡胶含量高，材料的强度就会降低如何尽量降低橡胶的用量，使材料的韧何尽量降低橡胶的用量，使材料的韧性提高？性提高？dc 临界距离临界距离24第24页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.3聚合物共混物的形态结构聚合物共混物的形态结构n概念：概念：n相相 共混体系中具有相同物理性质和化学性质共混体系中具有相同物理性质和化学性质的任何均匀部分称为相。的任何均匀部分称为相。n连续相连续相 共混物中连续而不间断的相称为连共混物中连续而不间断的相称为连续相。续相。n分散相分散相 间断而分散在连续相中的组分称为分间断而分散在连续相中的组分称为分散相。散相。25第25页，共156页，编辑于2022年，星期二n聚合物共混物形态结构的基本特征：聚合物共混物形态结构的基本特征：n 一种聚合物组分（作为分散相）分散于一种聚合物组分（作为分散相）分散于另一种聚合物组分（基体）中，或者两组分另一种聚合物组分（基体）中，或者两组分构成的两相以相互贯穿的连续形式存在。聚构成的两相以相互贯穿的连续形式存在。聚合物共混物两相（分散相和基体）之间一般合物共混物两相（分散相和基体）之间一般存在相互浸润的过渡层，称为界面层，它对存在相互浸润的过渡层，称为界面层，它对共混物的性能起着十分重要的作用。共混物的性能起着十分重要的作用。26第26页，共156页，编辑于2022年，星期二界面层的形成界面层的形成两相相互接触，两种聚合物大分子链之间两相相互接触，两种聚合物大分子链之间的相互扩散。的相互扩散。界面层的作用界面层的作用两相之间的粘合，传递应力。两相之间的粘合，传递应力。27第27页，共156页，编辑于2022年，星期二界面层的厚度界面层的厚度界面层厚度约为数十埃至数百埃，界面层厚度约为数十埃至数百埃，根据根据Helfand理论，当分子量很大时，理论，当分子量很大时，l=2（k/12）1/2 式中：式中：k常数，常数，12相互作用参数，相互作用参数，12=（12）2/RT基体相基体相分散相分散相界面界面28第28页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.3.1非结晶聚合物共混物的形态结构非结晶聚合物共混物的形态结构n单连续结构单连续结构n两相互锁或交错结构两相互锁或交错结构n两相连续（双连续）结构两相连续（双连续）结构29第29页，共156页，编辑于2022年，星期二n单连续结构单连续结构n分散相结构分散相结构 球形球形 层片状层片状 不规则不规则 细胞状细胞状羧基丁腈橡胶增韧环氧树脂（球形）羧基丁腈橡胶增韧环氧树脂（球形）30第30页，共156页，编辑于2022年，星期二分散相为层片状分散相为层片状 31第31页，共156页，编辑于2022年，星期二分散相为不规则形状（分散相为不规则形状（HIPS)32第32页，共156页，编辑于2022年，星期二分散相为细胞状分散相为细胞状33第33页，共156页，编辑于2022年，星期二n两相交锁或交错结构（两相共连续）两相交锁或交错结构（两相共连续）n包括层片状结构和互锁结构包括层片状结构和互锁结构n嵌段共聚物中易产生这种结构嵌段共聚物中易产生这种结构SBS(丁二烯含丁二烯含量量60）的）的TEM照片照片34第34页，共156页，编辑于2022年，星期二n两相连续结构两相连续结构n聚合物网络相互贯穿，整个聚合物形成一个交聚合物网络相互贯穿，整个聚合物形成一个交织的网络，两个相都是连续的。一般出现在互织的网络，两个相都是连续的。一般出现在互穿网络聚合物中。穿网络聚合物中。聚丁二烯聚丁二烯/聚苯乙烯聚苯乙烯电镜照片电镜照片35第35页，共156页，编辑于2022年，星期二n结构表征方法结构表征方法n透射电镜法透射电镜法 分散相进行染色分散相进行染色 或者刻蚀的方法或者刻蚀的方法n扫描电镜扫描电镜 刻蚀的方法镀金刻蚀的方法镀金n光学显微镜光学显微镜n相差显微镜相差显微镜36第36页，共156页，编辑于2022年，星期二对于非晶聚合物共混材料对于非晶聚合物共混材料 大量的研究结果表明：在大多数情况下呈现大量的研究结果表明：在大多数情况下呈现单连续结构，单连续结构，也称也称“海岛海岛”结构。连续相称为结构。连续相称为“海相海相”，分散相称为，分散相称为“岛相岛相”。连续相体现材。连续相体现材料的基本性能，如拉伸强度等，而分散相对共混料的基本性能，如拉伸强度等，而分散相对共混物的某些性能如阻隔性、冲击强度等贡献明显。物的某些性能如阻隔性、冲击强度等贡献明显。37第37页，共156页，编辑于2022年，星期二郭宝华等MBS对聚碳酸酯的增韧作用及其增韧机理的探讨,橡塑技术与装备,2006,32(7)：2327(1学时学时)其中黑色颗粒为 OsO4 染色的 MBS。由图可知，低螺杆转速下 MBS 小颗粒形成聚集体，一簇一簇的分散在 PC 基体中。高螺杆转速下 MBS 颗粒聚集体小于低螺杆转速下 MBS颗粒聚集体尺寸。38第38页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.3.2含结晶聚合物共混物的形态结构含结晶聚合物共混物的形态结构n共混物中某一组分为结晶聚合物共混物中某一组分为结晶聚合物n共混物中两相均为结晶聚合物共混物中两相均为结晶聚合物39第39页，共156页，编辑于2022年，星期二n共混物中某一组分为结晶聚合物共混物中某一组分为结晶聚合物a bc d晶粒分晶粒分散在非散在非晶区中晶区中球晶分散球晶分散在非晶区在非晶区中中非晶相非晶相分散于分散于球晶中球晶中相畴较大相畴较大非晶相分非晶相分散在球晶散在球晶中中40第40页，共156页，编辑于2022年，星期二n共混物中两相均为结晶聚合物共混物中两相均为结晶聚合物a b共混后原来结晶的两种材料形成非晶态的共混体系共混后原来结晶的两种材料形成非晶态的共混体系a 为相容性好时形态；为相容性好时形态；b为相容性不好时形态为相容性不好时形态PBT/PET熔融共混熔融共混 发生酯交换形成嵌段共聚物发生酯交换形成嵌段共聚物41第41页，共156页，编辑于2022年，星期二c d共混后两结晶聚合物分别结晶共混后两结晶聚合物分别结晶,两种晶体分散在非晶态中两种晶体分散在非晶态中n共混物中两相均为结晶聚合物共混物中两相均为结晶聚合物42第42页，共156页，编辑于2022年，星期二e fn共混物中两相均为结晶聚合物共混物中两相均为结晶聚合物共混后两结晶聚合物分别形成球晶共混后两结晶聚合物分别形成球晶 e 球晶中有非晶区球晶中有非晶区 f 共结晶共结晶43第43页，共156页，编辑于2022年，星期二对于结晶聚合物共混材料对于结晶聚合物共混材料 应依据制品对材料性能的要求决定其结构。应依据制品对材料性能的要求决定其结构。如要求高强、高耐热、耐冲击的共混材料，最如要求高强、高耐热、耐冲击的共混材料，最好形成一相为连续的晶体，而另一项分散在其好形成一相为连续的晶体，而另一项分散在其中，或两相形成共晶结构。如何对两相形成共中，或两相形成共晶结构。如何对两相形成共晶结构进行表征？晶结构进行表征？例如例如LLDPE/LDPE。44第44页，共156页，编辑于2022年，星期二1.4共混原则共混原则聚合物共混聚合物共混聚合物与填充增强剂的共混聚合物与填充增强剂的共混45第45页，共156页，编辑于2022年，星期二聚合物共混聚合物共混p相容性原则相容性原则p流变学原则流变学原则p表面张力原则表面张力原则p分子扩散动力学原则分子扩散动力学原则46第46页，共156页，编辑于2022年，星期二n相容性原则相容性原则n根据热力学第二定律，两种化合物等温混合时根据热力学第二定律，两种化合物等温混合时自由能变化自由能变化热焓变化热焓变化熵变化熵变化n混合才能自动发生。混合才能自动发生。47第47页，共156页，编辑于2022年，星期二混合物摩尔混合物摩尔体积体积组分组分1的溶的溶解度参数解度参数组分组分2的溶解度参的溶解度参数数溶解度参数为单位体积内聚能密度的平方根溶解度参数为单位体积内聚能密度的平方根48第48页，共156页，编辑于2022年，星期二密度摩尔吸引常数或者G-凝聚能常数链节相对分子量聚合物溶解度参数计算方法聚合物溶解度参数计算方法49第49页，共156页，编辑于2022年，星期二50第50页，共156页，编辑于2022年，星期二51第51页，共156页，编辑于2022年，星期二52第52页，共156页，编辑于2022年，星期二53第53页，共156页，编辑于2022年，星期二组分组分1的分子数的分子数组分组分1的体积分数的体积分数组分组分2的分子数的分子数组分组分2的体积分数的体积分数波尔兹曼常数波尔兹曼常数54第54页，共156页，编辑于2022年，星期二很小很小55第55页，共156页，编辑于2022年，星期二56第56页，共156页，编辑于2022年，星期二聚合物相容性的判断聚合物相容性的判断注意上式溶解度参数的单位是注意上式溶解度参数的单位是(cal/cm(cal/cm3 3)1/2 1/2，如换算，如换算成（成（J/cmJ/cm3 3)1/2 1/2，则应乘以，则应乘以2.042.04，为：，为：57第57页，共156页，编辑于2022年，星期二对于不相容聚合物如何进行共混对于不相容聚合物如何进行共混添加增容剂的方法添加增容剂的方法增容剂分类增容剂分类非反应型非反应型反应型反应型58第58页，共156页，编辑于2022年，星期二非反应型增容剂：对于聚合物非反应型增容剂：对于聚合物A、B二者相容二者相容性差，其增容剂为性差，其增容剂为A与与B的接枝或嵌段共聚物。的接枝或嵌段共聚物。例例PP/PE（EPDM)。此外，此外，A与与C（与（与B相容性好）聚合物相容性好）聚合物PS/PVDF(PS/PMMA嵌段共聚物嵌段共聚物)、D（与（与A相容性好）与相容性好）与E（与（与B相容性好）聚合物（相容性好）聚合物（SAN/SBR 聚丁二聚丁二烯与烯与PMMA共聚物共聚物)。聚偏二聚偏二氟乙烯氟乙烯59第59页，共156页，编辑于2022年，星期二EVA-g-MAH作为作为EVA/PA的反应增容剂的反应增容剂(1学时）学时）60第60页，共156页，编辑于2022年，星期二n流变学原则流变学原则n 等粘点或等粘区原则：组成共混体等粘点或等粘区原则：组成共混体系的聚合物的粘度越接近，越能混合均系的聚合物的粘度越接近，越能混合均匀。除了分子结构因素外，聚合物的粘匀。除了分子结构因素外，聚合物的粘度受到剪切速率和温度的影响。度受到剪切速率和温度的影响。61第61页，共156页，编辑于2022年，星期二平板平板V2压力压力压力压力e剪切速率剪切速率剪切粘度剪切粘度聚合物聚合物剪切应力剪切应力平板平板V162第62页，共156页，编辑于2022年，星期二聚合物的熔体粘度聚合物的熔体粘度聚合物的熔体粘度聚合物的熔体粘度毛细管流变曲线毛细管流变曲线63第63页，共156页，编辑于2022年，星期二n表面张力相近原则表面张力相近原则n 为使聚合物之间有足够的粘结力，两相间应有为使聚合物之间有足够的粘结力，两相间应有良好的接触和相互浸润作用。两相之间的浸润状良好的接触和相互浸润作用。两相之间的浸润状况取决于两相间的表面张力差。聚合物之间的表况取决于两相间的表面张力差。聚合物之间的表面张力差越小，聚合物分子之间越容易扩散，两面张力差越小，聚合物分子之间越容易扩散，两相间的粘结强度越高，共混物的性能越优良。相间的粘结强度越高，共混物的性能越优良。64第64页，共156页，编辑于2022年，星期二材料的表面张力材料的表面张力65第65页，共156页，编辑于2022年，星期二n分子扩散动力学原则分子扩散动力学原则n 即分子链段渗透相近原则。当两种聚合物相互即分子链段渗透相近原则。当两种聚合物相互接触时，会发生链段之间的相互扩散。若两种聚合接触时，会发生链段之间的相互扩散。若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两种大分子的链段物大分子具有相近的活动性，则两种大分子的链段就以相近的速度相互扩散，形成模糊的界面层，界就以相近的速度相互扩散，形成模糊的界面层，界面层的厚度越宽，共混物的性能越好。面层的厚度越宽，共混物的性能越好。66第66页，共156页，编辑于2022年，星期二聚合物与填充增强剂的共混聚合物与填充增强剂的共混n聚合物填充增强剂体系的相态结构聚合物填充增强剂体系的相态结构n填料与聚合物的相容性填料与聚合物的相容性n填充剂粒径对聚合物性能的影响填充剂粒径对聚合物性能的影响67第67页，共156页，编辑于2022年，星期二 多数纤维状、颗粒状填料填充的聚合物共混多数纤维状、颗粒状填料填充的聚合物共混物，其微观相态为聚合物呈连续相，填料为分散物，其微观相态为聚合物呈连续相，填料为分散相。连续相与分散相之间有一界面层，两相通过相。连续相与分散相之间有一界面层，两相通过界面层结合在一起。界面层间的作用力强，粘合界面层结合在一起。界面层间的作用力强，粘合性好，则增强效果明显。性好，则增强效果明显。聚合物填充增强剂体系的相态结构聚合物填充增强剂体系的相态结构68第68页，共156页，编辑于2022年，星期二n纤维增强聚合物纤维增强聚合物n纤维品种纤维品种:玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维、硼纤维、芳纶纤维等。硼纤维、芳纶纤维等。n从性能价格上比较，目前国内外主要使从性能价格上比较，目前国内外主要使用玻璃纤维增强聚合物。用玻璃纤维增强聚合物。69第69页，共156页，编辑于2022年，星期二n玻璃纤维的表面有机修饰玻璃纤维的表面有机修饰n偶联剂：例如硅烷，原理：利用硅烷的烷氧基与玻璃偶联剂：例如硅烷，原理：利用硅烷的烷氧基与玻璃纤维表面的羟基反应，玻璃纤维表面形成接枝有机物，纤维表面的羟基反应，玻璃纤维表面形成接枝有机物，大大提高了玻纤与聚合物的粘接强度。大大提高了玻纤与聚合物的粘接强度。n反应增容：采用反应增容的方法也取得了一定反应增容：采用反应增容的方法也取得了一定的进展。如用的进展。如用HDPE-g-MAH，EAA增容。增容。70第70页，共156页，编辑于2022年，星期二玻璃纤维的偶联剂修饰玻璃纤维的偶联剂修饰71第71页，共156页，编辑于2022年，星期二HDPE-g-MAH与碳酸钙反应增容机理与碳酸钙反应增容机理填料的反应增容机理填料的反应增容机理72第72页，共156页，编辑于2022年，星期二n无机填料填充增强无机填料填充增强n为了改善聚合物的刚性，常使用许多无为了改善聚合物的刚性，常使用许多无机物和有机物填充在聚合物中，如碳酸机物和有机物填充在聚合物中，如碳酸钙、云母、滑石粉等。钙、云母、滑石粉等。n改性工艺通常采用一步法或二步法改性工艺通常采用一步法或二步法n一步法：所谓一步法即将聚合物与填料、一步法：所谓一步法即将聚合物与填料、改性剂通过混合均匀后，通过双螺杆挤改性剂通过混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒后即得到改性产品。出机挤出造粒后即得到改性产品。73第73页，共156页，编辑于2022年，星期二n二步法二步法n 即聚合物与改性母粒混合后通过造即聚合物与改性母粒混合后通过造粒得到改性产品。粒得到改性产品。n 采用填充改性后的产品可显著提高采用填充改性后的产品可显著提高材料的拉伸屈服强度、弯曲模量，降低材料的拉伸屈服强度、弯曲模量，降低成型收缩率，但材料的粘度增加，在加成型收缩率，但材料的粘度增加，在加工过程中需要提高加工温度，材料的表工过程中需要提高加工温度，材料的表观质量也会下降。观质量也会下降。74第74页，共156页，编辑于2022年，星期二 除了填料的表面化学活性对高聚物的填充补除了填料的表面化学活性对高聚物的填充补强效果明显外，粒径的大小也起重要作用。如纳强效果明显外，粒径的大小也起重要作用。如纳米级的碳酸钙、纳米级粘土米级的碳酸钙、纳米级粘土(其粒子尺寸等无机其粒子尺寸等无机填料对塑料的增强、增韧效果非常明显。填料对塑料的增强、增韧效果非常明显。填料粒径填料粒径1m；对聚合物方有补强效果；对聚合物方有补强效果；平均粒径平均粒径 10m；很难作为聚合物的填料；平很难作为聚合物的填料；平均粒径在均粒径在110m之间的填料，只能起增容作用。之间的填料，只能起增容作用。填充剂粒径的影响填充剂粒径的影响75第75页，共156页，编辑于2022年，星期二目数目数粒度粒度,m,m目数目数粒度粒度,m,m目数目数粒度粒度,m,m5390014010416001010200017089180081611902007420006.5208402306125005.5257102705330005305903254435004.5355004003840003.4404204603050002.7453505402660002.5502976502170001.25602508001980178900151001501100131201241300111 1学时学时76第76页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.5共混体系的类型及特征共混体系的类型及特征n固体固体/固体混合固体混合 n固体聚合物与其它固体组分的混合固体聚合物与其它固体组分的混合(体积扩散体积扩散,对流混对流混合机理合机理)。n液体液体/液体混合液体混合n主要是小分子液体与聚合物及聚合物熔体进行混合主要是小分子液体与聚合物及聚合物熔体进行混合(分子扩散机理、体积扩散机理对流混合机理）。分子扩散机理、体积扩散机理对流混合机理）。n固体固体/液体混合液体混合n聚合物熔体与固体添加剂，三个步骤：润湿、分散、聚合物熔体与固体添加剂，三个步骤：润湿、分散、均化。均化。77第77页，共156页，编辑于2022年，星期二润湿润湿剪切分散剪切分散均化均化78第78页，共156页，编辑于2022年，星期二1.1.6共混过程要求共混过程要求n混炼的要素：剪切、分配置换、压缩、混炼的要素：剪切、分配置换、压缩、拉伸、聚集。拉伸、聚集。79第79页，共156页，编辑于2022年，星期二剪切应力剪切应力分散相与分散相与连续介质连续介质的粘度比的粘度比界面张力系数界面张力系数液珠直径液珠直径聚合物临界破碎条件聚合物临界破碎条件80第80页，共156页，编辑于2022年，星期二81第81页，共156页，编辑于2022年，星期二分流、合并和置换分流、合并和置换 利用器壁，对流动进行分流，即在流道中设置利用器壁，对流动进行分流，即在流道中设置剪切片，进行分流。分流后，有的在流动下游再合剪切片，进行分流。分流后，有的在流动下游再合并为原状态，有的在各分流束内循环流动后再合并，并为原状态，有的在各分流束内循环流动后再合并，有的在各分流束进行相对位置交换后再合并，还有有的在各分流束进行相对位置交换后再合并，还有上述几种过程一起作用的情况。上述几种过程一起作用的情况。82第82页，共156页，编辑于2022年，星期二a b相邻两股束流分流后合并时距离尽量远，才能相邻两股束流分流后合并时距离尽量远，才能实现置换的作用。实现置换的作用。分流、合并和置换示意图分流、合并和置换示意图83第83页，共156页，编辑于2022年，星期二1.2混合与混炼设备混合与混炼设备n混合与混炼工艺的区别混合与混炼工艺的区别n 前者物料的分散通常不受外界压力作前者物料的分散通常不受外界压力作用，物料的状态也不产生变化；而后者物用，物料的状态也不产生变化；而后者物料是在挤压的状态进行的，当物料承受外料是在挤压的状态进行的，当物料承受外力作用时，不仅密度提高，而且产生剪切力作用时，不仅密度提高，而且产生剪切流动，这样可以增强对物料的剪切作用，流动，这样可以增强对物料的剪切作用，提高分散效果。提高分散效果。84第84页，共156页，编辑于2022年，星期二n1.2.1初混合设备初混合设备n物料在非熔融状态下（粉料、粒料、液体添物料在非熔融状态下（粉料、粒料、液体添加剂）进行混合所用的设备。加剂）进行混合所用的设备。n主要有：转鼓式混合机、螺带混合机、主要有：转鼓式混合机、螺带混合机、nZ型捏合机、高速混合机。型捏合机、高速混合机。85第85页，共156页，编辑于2022年，星期二转鼓式混合机转鼓式混合机组成：传动装置、混合组成：传动装置、混合室室原理：物料在粘结及物原理：物料在粘结及物料与侧壁间的摩擦力作料与侧壁间的摩擦力作用下随鼓升起，离心力用下随鼓升起，离心力使物料与侧壁间的压力使物料与侧壁间的压力增加，摩擦力增大。升增加，摩擦力增大。升到一定高度，在重力作到一定高度，在重力作用下，落到低部，实现用下，落到低部，实现物料的物料的分配置换分配置换。86第86页，共156页，编辑于2022年，星期二n操作工艺操作工艺n转速：转速：3-30r/minn填充率：填充率太小，影响生产效率。填充填充率：填充率太小，影响生产效率。填充率太大时，物料流动分布区间受到限制，置率太大时，物料流动分布区间受到限制，置换和对流区域减小，不利于混合效果。对于换和对流区域减小，不利于混合效果。对于粉状物料，填充率粉状物料，填充率0.3-0.4；对于粒状物料，；对于粒状物料，填充率填充率0.7-0.8。87第87页，共156页，编辑于2022年，星期二螺带式混合机螺带式混合机组成：传动装置、组成：传动装置、螺带、混合室（带螺带、混合室（带有加热冷却套）。有加热冷却套）。混合机理：双螺带的混合机理：双螺带的旋转使物料轴向运动旋转使物料轴向运动方向相反，实现轴向方向相反，实现轴向的的分配置换分配置换。卧式双螺带混合机卧式双螺带混合机88第88页，共156页，编辑于2022年，星期二原理原理：在螺带运动下，将在螺带运动下，将物料沿壁提起，在物料沿壁提起，在两筒相交处进行交两筒相交处进行交错混合，实现错混合，实现分配分配置换。剪切作用。置换。剪切作用。立式双螺带混合机立式双螺带混合机89第89页，共156页，编辑于2022年，星期二Z型混合机型混合机组成：组成：双转子、混合室、驱双转子、混合室、驱动装置。动装置。原理：原理：相交式（同速）、相相交式（同速）、相切式（具有速比切式（具有速比1.5:1、2:1、3:1)相交式利于物料的分布置相交式利于物料的分布置换，同向旋转相切式剪切速换，同向旋转相切式剪切速率更大。转子与混合室之间率更大。转子与混合室之间的间隙较小。的间隙较小。90第90页，共156页，编辑于2022年，星期二91第91页，共156页，编辑于2022年，星期二高速混合机高速混合机92第92页，共156页，编辑于2022年，星期二高速混合机高速混合机组成：组成：搅拌装置、传动装置、搅拌装置、传动装置、挡板、机筒。挡板、机筒。原理：原理：在搅拌装置（快速叶轮）在搅拌装置（快速叶轮）的作用下，物料沿筒壁上升，的作用下，物料沿筒壁上升，上升到一定高度在重力作用下上升到一定高度在重力作用下落下，然后循环上述过程，实落下，然后循环上述过程，实现重叠和置换。剪切产生的热现重叠和置换。剪切产生的热量使塑料升温，有利于增塑剂量使塑料升温，有利于增塑剂的吸收和润滑剂的熔化。的吸收和润滑剂的熔化。一般具有快速和慢速两档。一般具有快速和慢速两档。生产中一般配有热混合机和生产中一般配有热混合机和冷混合机。规格：以体积计冷混合机。规格：以体积计，如如GH 100。1 1学时学时93第93页，共156页，编辑于2022年，星期二1.2.2混炼设备混炼设备n开炼机n密炼机n连续混炼机94第94页，共156页，编辑于2022年，星期二开炼机开炼机n开放式炼胶机和开放式炼塑机，属间歇开放式炼胶机和开放式炼塑机，属间歇设备。设备。n结构：辊筒、轴承、机架、横梁、传动结构：辊筒、轴承、机架、横梁、传动装置、润滑装置、加热冷却装置、紧急装置、润滑装置、加热冷却装置、紧急制动装置。制动装置。n用途：塑炼、混炼、塑化等用途：塑炼、混炼、塑化等n规格型号：前辊筒工作部分直径规格型号：前辊筒工作部分直径后辊筒后辊筒工作部分直径工作部分直径辊筒工作部分长度辊筒工作部分长度95第95页，共156页，编辑于2022年，星期二工作原理工作原理96第96页，共156页，编辑于2022年，星期二接触角接触角97第97页，共156页，编辑于2022年，星期二密炼机密炼机n1.密炼机的基本结构密炼机的基本结构n密炼机主要由密炼机主要由5个部分和个部分和5个系统组成。个系统组成。5个部分是密炼室；转子及密封装置；加个部分是密炼室；转子及密封装置；加料及压料机构；卸料机构；传动装置；料及压料机构；卸料机构；传动装置；机座。机座。5个系统是：加热冷却系统；气动个系统是：加热冷却系统；气动控制系统；液压传动系统；润滑系统；控制系统；液压传动系统；润滑系统；电控系统。电控系统。98第98页，共156页，编辑于2022年，星期二n2.用途和种类用途和种类n橡胶的塑炼，橡胶的混炼，制备塑炼胶或混炼橡胶的塑炼，橡胶的混炼，制备塑炼胶或混炼胶。塑料的混炼、塑化胶。塑料的混炼、塑化 。n密炼机的分类，一般可分成下列几种：密炼机的分类，一般可分成下列几种：n按机器工作方式分为：间歇式和连续式密按机器工作方式分为：间歇式和连续式密炼机；炼机；n按密炼机的结构分为：整体翻转式、前后按密炼机的结构分为：整体翻转式、前后组合式、上下开放式三种；组合式、上下开放式三种；99第99页，共156页，编辑于2022年，星期二n按转子的转速分为：慢速密炼机（转子转速在按转子的转速分为：慢速密炼机（转子转速在20r/min20r/min以下）、中速密炼机（转子转速在以下）、中速密炼机（转子转速在30r/min30r/min左左右）和快速密炼机（转子转速在右）和快速密炼机（转子转速在40r/min40r/min以上），此外以上），此外还有双速、变速密炼机等；还有双速、变速密炼机等；n按卸料方式分为侧面卸料和下面卸料，按卸料门结构按卸料方式分为侧面卸料和下面卸料，按卸料门结构又有滑动式和摆动式；又有滑动式和摆动式；n按转子的横截面几何形状分有三角形、圆筒型和椭按转子的横截面几何形状分有三角形、圆筒型和椭圆型密炼机；圆型密炼机；n按上顶栓对被加工物料施加的压力分为：低压、按上顶栓对被加工物料施加的压力分为：低压、高压和变压三类。高压和变压三类。100第100页，共156页，编辑于2022年，星期二 工艺过程工艺过程101第101页，共156页，编辑于2022年，星期二工作原理工作原理102第102页，共156页，编辑于2022年，星期二连续混炼机双阶挤出机连续混炼机双阶挤出机103第103页，共156页，编辑于2022年，星期二104第104页，共156页，编辑于2022年，星期二FCM 混炼机（连续混炼机）混炼机（连续混炼机）105第105页，共156页，编辑于2022年，星期二传递式混炼挤出机传递式混炼挤出机106第106页，共156页，编辑于2022年，星期二行星螺杆挤出机行星螺杆挤出机107第107页，共156页，编辑于2022年，星期二FMVX混炼机组（混合、排气、挤出机组）混炼机组（混合、排气、挤出机组）加实验加实验2 2学时学时108第108页，共156页，编辑于2022年，星期二1.3高分子材料的混合及混炼工艺高分子材料的混合及混炼工艺n高分子材料的混合和混炼过程高分子材料的混合和混炼过程n高分子材