第4章混合與塑化

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)2、聚合物共混物的制備方法機(jī)械共混法干粉式物料共混，熔融共混物料共混法，反應(yīng)-機(jī)械法液體共混法共聚-共混法接枝共聚-共混法，嵌段共聚-共混法HIPS，ABS互穿網(wǎng)絡(luò)（IPS）聚合物制備技術(shù)二、混合機(jī)理1、一般物料的混合機(jī)理分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散（紊流擴(kuò)散）體積擴(kuò)散2、混煉三要素壓縮、剪切、置換3、聚合物物理改性過程中的混合機(jī)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(jī)、密煉機(jī)、開煉機(jī)有較強(qiáng)的剪切場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3）擠壓增加了物料密度，提高了剪切作用、有利于輸送，有利于傳熱熔融擠壓時(shí)，產(chǎn)生了流動(dòng)剪切4）拉伸5）聚集4、混合效果的評價(jià)

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均勻程度：分散相濃度分布的變化大小從混合物中隨機(jī)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)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)唤M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)粒徑分布4.2混合與塑化設(shè)備間歇式混合設(shè)備間歇操作：投料，混合或混煉，卸料連續(xù)式混合設(shè)備一、間歇式混合與塑化設(shè)備靜態(tài)混合設(shè)備、滾筒類和轉(zhuǎn)子類混合設(shè)備初混設(shè)備：物料在非熔融態(tài)下進(jìn)行混合混煉混合設(shè)備螺帶式混合機(jī)，多用于高速混合或、捏合后對物料的冷卻方面，也叫冷混合機(jī)

Z形捏合機(jī)，效率較前兩者高，但混合時(shí)間長，均勻性差，

高速混合機(jī)（高混機(jī)），混合效率高。高、低速并用，高速達(dá)860rpm，也可對干性物料進(jìn)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(jī)組。高速混合機(jī)組開煉機(jī)擠出機(jī)4.3高分子材料的混合與塑化橡膠、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(huì)出現(xiàn)：

A、各種配合劑無法在生膠中分散均勻

B、大部分機(jī)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(zhǔn)

所以必須使生膠由強(qiáng)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。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(shí)也有利于膠料進(jìn)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(dāng)，過度塑煉會(huì)影響膠料的加工性能、制品的物理機(jī)械性能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(jī)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(jī)械力、氧、塑解劑3）影響塑煉的因素

主要受到機(jī)械力、氧、熱、電和塑解劑等因素的作用，其中機(jī)械力、氧和塑解劑起主要作用機(jī)械力作用當(dāng)橡膠的黏度越大，剪切速率越大，分子受力越大相對分子量越大，受力越大，分子鏈越容易被切斷當(dāng)外力作用的機(jī)械功大于化學(xué)鍵能時(shí)，斷裂概率上升作用結(jié)果：平均分子量降低、分子量分布變窄氧的作用高溫塑煉時(shí)的氧化降解作用明顯溫度的作用溫度較低時(shí)，生膠黏度大，機(jī)械力作用顯著高溫下，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4）塑煉工藝準(zhǔn)備：烘膠、切膠、破膠開煉機(jī)塑煉工藝分為：薄通塑煉（輥距0.5-1mmm)、一次塑煉、分段塑煉同時(shí)可加入化學(xué)塑煉劑影響因素：輥溫、時(shí)間、輥距、兩輥速比、裝膠量、塑解劑開煉機(jī)屬于低溫機(jī)械塑煉，溫度越低，塑煉效果越好輥筒速比：1:1.25-1:1.274）塑煉工藝密煉機(jī)塑煉工藝步驟：稱量生膠、投料、關(guān)上頂栓，加壓塑煉、排膠、壓片、冷卻影響因素：溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)速、裝膠容量、上頂栓壓力、塑解劑密煉機(jī)屬于高溫塑煉，溫度越高，塑煉效果越好，溫度一般在140-160℃應(yīng)選擇合適的裝膠容量化學(xué)塑解劑在密煉機(jī)塑煉中較開煉機(jī)中更有效螺桿擠出機(jī)（塑煉機(jī)）塑煉2、混煉與混煉工藝混煉就是將各種配臺(tái)劑與可塑度合乎要求的生膠或塑煉膠在機(jī)械作用下混合均勻，制成混煉膠的過程。1）混煉機(jī)理剪切、破碎、潤濕、擠壓、拉伸、分流、合并、置換、聚集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(jī)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2）混煉工藝A、開煉機(jī)的混煉工藝混煉過程：包輥、吃粉、翻煉、薄通包輥：關(guān)鍵是調(diào)整輥溫，使膠料的彈性/塑性比處于適當(dāng)值，形成光滑無隙的包輥膠吃粉：在輥距之上保留適當(dāng)?shù)亩逊e膠翻煉：均勻混合，斜刀法、三角包法、搗膠法A、開煉機(jī)的混煉工藝影響開煉機(jī)混煉的工藝因素裝膠容量、輥距、輥速及速比、溫度、時(shí)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(jìn)劑最后加入B、密煉機(jī)的混煉工藝優(yōu)點(diǎn)：容量大、混煉時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、環(huán)境衛(wèi)生條件好，混煉膠性能更穩(wěn)定缺點(diǎn)：混煉溫度高，熱敏材料容易焦燒，一般不在密煉機(jī)里加硫磺和促進(jìn)劑，而是先將料排出至壓片機(jī)上冷卻再加入；更換顏色不方便；需配壓片機(jī)壓片補(bǔ)充加工；投資大工藝方法：一段混煉法、分段混煉法影響密煉機(jī)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(shí)間、加料順序連續(xù)混煉二、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(jìn)行簡單混合步驟預(yù)處理或預(yù)加工：破碎、粉碎、去雜質(zhì)、干燥、表面處理等稱量：手動(dòng)計(jì)量，自動(dòng)計(jì)量+自動(dòng)輸送混合：間歇混合，連續(xù)混合；影響因素：加料順序、混合溫度2、塑化與混合（共混）在高于樹脂流動(dòng)溫度下、較強(qiáng)混合作用下進(jìn)行塑化或熔融混合聚合物原料塑化的同時(shí)與助劑混合塑化與混合工藝開煉機(jī)工藝密煉機(jī)工藝擠出機(jī)：單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、多螺桿擠出機(jī)3、造粒、粉碎粒料和粉料的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用三、高分子溶液的配制

有些時(shí)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(shí)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(shí)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

δ=（ΔE/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，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(kuò)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(tuán)塊。4、配制溶液所用的設(shè)備，一般都用附有強(qiáng)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。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(dāng)溶劑升溫而恢復(fù)活性時(shí)，就能使已經(jīng)分散的聚合物很快溶解。用上述方法配制的溶液均須經(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(yàn)指標(biāo)主要是固體含量與粘度。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(dòng)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(jī)溶膠

塑性凝膠

有機(jī)凝膠2、分散體各組分及作用

1）樹脂

樹脂應(yīng)具有成糊性能。對其粒度較小：直徑約0.02～2.0μm；顆粒太大時(shí)，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(shí)，在室溫下常會(huì)因過度的溶劑化而使溶膠塑料的粘度偏高，同時(shí)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。

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(diǎn)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(jī)質(zhì)膨潤土，使用量約為樹脂的3％～5％。5）填充劑

填充劑顆粒的直徑應(yīng)為5～lOμm，用量一般不超過樹脂的20％。

6）表面活性劑

這類物質(zhì)是用來降低或穩(wěn)定溶膠塑料的粘度的。常用的有三乙醇胺、羥乙基化的脂肪酸類和各種高分子量的烷基磷酸鈉等。表面活性劑的用量一般不超