高分子材料成型加工第五章

高分子材料成型加工第五章第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日本章討論高分子材料混合的機理、設(shè)備以及橡膠混煉膠和塑料的配制，對聚合物共混也將論及第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、混合與分散1、混合機理混合是使用一種有效的手段將多組分原料加工更均勻、更實用的物料的過程。（1）擴散混合種組分非均勻性的減少和組分是通過各組分的物理運動來完成的?；旌仙婕暗饺N擴散的基本運動形式，既分子擴散、渦旋擴散和體積擴散。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、混合過程要素混合的目的就是使原來兩種或兩種以上各自均勻分散的物料從一種物料按照可接受的概率分布到另一種物料中去，以便得到組分均勻的混合物。粘性流體的混合要素有剪切、分流和位置交換，按分散體系的流變特性，混煉操作可分為攪拌、混合和混煉。第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日1、剪切剪切的作用是把高粘度分散相的粒子或凝聚體分散于其他分散介質(zhì)中。2、分流合并和置換利用器壁對流體進(jìn)行分流，分流后徑置換在合并時，希望在分流后相鄰流束合并時盡可能離得遠(yuǎn)一些，而分流后相距較遠(yuǎn)的流束合并時盡可能接近些，也就是分流時任取兩股流蘇的相對距離和合并時同樣的第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日兩股流束的相對距離的差別盡可能地大3、擠壓如果物料在承受剪切前先經(jīng)受壓縮，使物料密度提高，這樣剪切應(yīng)力大盡可能提高剪切效率，當(dāng)物料被壓縮時物料內(nèi)部會發(fā)生流動，產(chǎn)生由于壓縮引起的剪切流動。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日4、拉伸拉伸可以使物料產(chǎn)生變形，減少料層厚度，增加界面有利于混合。5、已破碎的分散相在熱運動和微粒間相互吸引的作用下，重新聚集在一起。第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、混合的類型1、非分散混合和分散混合（1）非分散混合在混合中僅增加粒子在混合物中空間分布均勻性而不減少粒子初始尺寸的過程稱為非分散混合（2）分散混合指的是混合過程中發(fā)生粒子尺寸較少到極限值，同時增加相界面和提高混合物組分均勻性的混合過程。第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日分散混合主要靠剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的作用實現(xiàn)的。分散混合過程是一個復(fù)雜的過程，可以發(fā)生各種物理-機械和化學(xué)的作用討論分散混合時，主要討論固相在液相熔體中的分散，把液相視作層流混合，把液相的粘性拖拽對固相施加的力視作剪切力。第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日剪切應(yīng)力的大小應(yīng)與物料的黏度有關(guān)，黏度越大，局部剪切應(yīng)力越大，粒子或結(jié)塊易破裂，而黏度又與溫度有關(guān)，溫度越高，黏度越低，因此希望在較低的溫度下進(jìn)行分散混合。第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、混合物料的狀態(tài)混合可分為固體與固體混合，液體與液體混合和液體與固體混合三種情況。固體與固體混合主要是固體聚合物與其他固體組分混合。聚合物通常是粉狀、粒狀和片狀，而添加劑通常也為粉狀第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日液體與液體混合這種混合有兩種情況，一種是參與混合的液體是低粘度的單體、中間體或非聚合物添加劑，混合機理是靠流體內(nèi)產(chǎn)生的紊流擴散機理。另一種是參與混合的是高粘度的聚合物熔體，為體積擴散即對流混合機理。第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日液體與固體混合1、液體添加劑與固態(tài)聚合物的摻混，不把固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)2、固態(tài)添加劑混到熔態(tài)聚合物中第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、混合狀態(tài)的判定物料各組分是否混合均勻，質(zhì)量是否達(dá)到預(yù)期要求，生產(chǎn)中混合終點的判定都涉及到混合狀態(tài)的判定混合狀態(tài)直接描述法1、均勻程度2、分散程度第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日混合狀態(tài)的間接判斷混合狀態(tài)的間接判斷指不檢查混合物各組分的混合狀態(tài)，而是檢測與混合物的狀態(tài)密切相關(guān)的制品或試樣的物理性能、力學(xué)性能和化學(xué)性能等。聚合物共混物的玻璃化溫度與兩種聚合物組分分子級的混合均勻程度有直接關(guān)系第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、混合設(shè)備由于混合物的種類及性質(zhì)各不相同，混合的質(zhì)量指標(biāo)也有不同，所以出現(xiàn)了具有不同性能特征的混合設(shè)備。1、混合設(shè)備的分類混合設(shè)備據(jù)其操作方式，一般可分為連續(xù)適和間歇式兩大類；據(jù)混合特征可分為分布式和分散式；據(jù)聚合物強度的大小可分為中強度低強度與高強度三種第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日間歇式和連續(xù)式間歇式混合設(shè)備混合過程是不連續(xù)的。主要分為三個步驟：投料、混煉和卸料再周而復(fù)始連續(xù)式混合設(shè)備的混合過程是連續(xù)的，如單、雙螺桿擠出機和各種連續(xù)混合設(shè)備。由于連續(xù)操作故可提高生產(chǎn)能力，易實現(xiàn)自動控制，減少能量消耗，混合質(zhì)量穩(wěn)定第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日分布式和分散式分布混合設(shè)備主要使混合物中組分?jǐn)U散、位置擴散、形成各組分在混合物中濃度趨于均勻的能力。分散混合設(shè)備主要有使聚合物中粒度減小，既具有分散混合的能力。分散混合設(shè)備主要有使物料施加剪切力、擠壓力而達(dá)到分散的目的，如開煉機、密煉機等。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日高強度、中強度和低強度混合設(shè)備以物料所受的剪切力大小或剪切變形程度來決定混合強度的高低2、間歇混合設(shè)備間歇式混合設(shè)備就其基本結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)特點可分為靜式混合設(shè)備、滾筒混合設(shè)備和轉(zhuǎn)子類混合設(shè)備第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日間歇式混合設(shè)備中另外兩種最主要的設(shè)備是開煉機與密煉機，從結(jié)構(gòu)角度看應(yīng)屬于轉(zhuǎn)子類其用途廣泛混合強度很高，主要用于橡膠的塑練與混煉、塑料的混煉、高濃度母料的制備。1、開煉機通過兩個轉(zhuǎn)動的滾筒將物料混合或使物料達(dá)到規(guī)定狀態(tài)。主要工作部分是兩個輥筒第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日兩個輥筒并列在一個平面上，分別以不同的轉(zhuǎn)速作向心運動·，輥距可以調(diào)節(jié)，輥筒為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)可通過介質(zhì)加熱或冷卻2、密煉機密煉機即時密閉式塑練機或煉膠機，是在開煉機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高強度間歇混合設(shè)備。密煉機工作部件是一對表面有螺旋形突棱第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日的轉(zhuǎn)子和一個密煉室。兩個轉(zhuǎn)子以不同的速度相向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子在密煉室里，密煉室由室壁由上頂栓、下頂栓組成。室壁外和轉(zhuǎn)子內(nèi)部有加熱或冷卻系統(tǒng)。密煉機的核心部件。轉(zhuǎn)子的形狀、轉(zhuǎn)速、速比、物料溫度的控制、填充率、混合時間、上頂栓壓力、加料次序等是影響密煉機混合質(zhì)量的主要因素。第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、連續(xù)混合設(shè)備連續(xù)混合設(shè)備主要有單螺桿混合擠出機、雙螺桿擠出機、星型螺桿擠出機以及由密煉機發(fā)展而成的各種連續(xù)混煉機。第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、橡膠的塑練與混煉橡膠制品成型前的準(zhǔn)備工藝包括原材料的處理、生膠的塑煉、配料和膠料的混煉等過程。1、生膠的塑煉塑煉的目的主要是為了獲得適合各種加工工藝要求的可塑性，即降低生膠的彈性，增加可塑性，獲得適當(dāng)?shù)牧鲃有?。第二十四頁，共三十五頁?022年，8月28日塑煉機理橡膠經(jīng)塑煉以增加其可塑性，其實質(zhì)是橡膠分子鏈斷裂，相對分子質(zhì)量的降低，從而橡膠的彈性下降。1、機械塑煉機理橡膠的機械塑煉是力化學(xué)反應(yīng)過程，即已機械力作用及在氧或其他自由基受體存在下進(jìn)行的。第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日1、機械力作用非晶態(tài)橡膠分子的構(gòu)想是卷曲的，分子間以范德華力相互作用著。由于受到機械的劇烈摩擦、擠壓和剪切使卷曲纏結(jié)的大分子鏈相互牽扯，以使機械應(yīng)力局部集中，當(dāng)應(yīng)力大分子鏈某一個鍵的斷裂能時，則造成大分子鏈斷裂，相對分子質(zhì)量降低，因而可獲得可塑性。第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日氧的作用氧是橡膠分子活性自由基受容體，起阻聚作用溫度的作用隨著塑煉溫度的升高，開始塑煉效果是下降的，溫度繼續(xù)升高，塑煉效果不斷升高。第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日化學(xué)塑煉機理在低溫和高溫塑煉過程中，加入化學(xué)增塑劑能加強氧化作用，促進(jìn)橡膠分子斷裂，從而增加塑煉效果。化學(xué)增塑劑主要有三大類：自由基接受型、引發(fā)性、混合型或鏈轉(zhuǎn)移性第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、塑煉工藝開煉機塑煉密煉機塑煉螺桿塑煉機塑煉第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、膠料的混煉混煉理論混煉過程是各種配合劑在生膠中的均勻分散過程，為了獲得配合劑在生膠中的均勻混合分散程度，必須借助煉膠機的強烈機械作用進(jìn)行混煉配合劑的性質(zhì)在混煉過程中，配合劑與橡膠混合首先是第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日配合劑粒子表面與橡膠接觸，所以配合及表面性質(zhì)與混煉效果關(guān)系密切。結(jié)合橡膠的作用結(jié)合橡膠的生成有助于配合劑粒子的分散，對改善橡膠的性能有好處2、混煉工藝目前混煉加工主要用間歇混煉和連續(xù)混煉，屬間歇混煉方法的開煉機混煉和密煉機混煉應(yīng)用最廣泛第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日四、塑料的混合與塑化合成樹脂粉狀配合劑液狀配合劑過篩、吸附篩選過濾配料混合塑化粉碎粉狀熱固性塑料粉狀熱塑性塑料第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日五、聚合物溶液、分散體和乳膠的配制高分子材料成型加工的必要條件是流動性，某些制品的成型方法常使用聚合物的溶液和分散體作為原料來獲得流動性。分為：塑料溶液的配制溶膠塑料的配