混合與壓制成型

混合與壓制成型第1頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子材料成型加工原理螺桿擠出熔融紡絲等加工方法的特點進行討論。第五章注射成型：注射機的結構與作用；注射成型過程原理；橡膠注射成型；熱固性塑料注射成型；反應注射成型；氣體輔助注射成型。第六章壓延成型：壓延設備；壓延成型原理。

第2頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章

混合設備

為了滿足不同的使用要求，高分子材料制品很少采用單一品種的聚合物或純聚合物生產(chǎn)，大部分是由聚合物與其他物料（聚合物、填料、著色劑、增塑劑、改性劑等）混合，進行配料后才能成型加工。加入其他物料的目的是改善高分子材料制品的使用性能和成型工藝性能以及降低成本。第3頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1混合與分散理論2.1.1混合機理混合是一種趨向于減少混合物非均勻性的操作，是在整個系統(tǒng)的全部體積內各組分在基本單元沒有本質變化的情況下的細化和分布過程。1、擴散混合過程中組分非均勻性的減少和組分的細化是通過各組分的物理運動（即擴散）來完成的。第4頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備擴散有三種形式：分子擴散、渦流擴散和體積擴散。①分子擴散

是由濃度梯度驅使自發(fā)發(fā)生的一種過程。分子擴散一般發(fā)生在氣體和低粘度液體中，在固體與固體間，分子擴散極慢，因此聚合物熔體與熔體的混合不是靠分子擴散實現(xiàn)的，但若混合物中有低分子組分（如抗氧劑、發(fā)泡劑、顏料等），則分子擴散可能也是一個重要因素。第5頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備②渦流擴散

即紊流擴散。在聚合物加工過程中由于物料的運動速度達不到紊流，而且聚合物熔體的粘度很高，故很少發(fā)生渦流擴散。如通過提高流速來達到紊流狀態(tài)，勢必要對聚合物施加很高的剪切速率，容易引起聚合物的降解。第6頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備③體積擴散

即對流混合。是指流體質點、液滴或固體粒子由系統(tǒng)的一個空間位置向另一空間位置的運動，兩種或多組分在相互占有的空間內發(fā)生運動，以期達到各組分的均勻分布。在聚合物加工中，這種混合占支配地位。對流混合通過兩種機理發(fā)生：一種是體積對流混合，另一種是層流對流混合。前者通過塞流對物料進行第7頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備體積重新排列，而不需要物料連續(xù)變形，這種重復的重新排列可以是無規(guī)的，也可是有序的。而層流對流混合是通過層流而使物料變形，它是發(fā)生在熔體之間的混合，在固體粒子之間的混合不發(fā)生層流混合。在層流混合中，物料要受到剪切、伸長（拉伸）和擠壓（捏合）。

第8頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備2、

混合過程要素粘性流體混合三要素：剪切、分流和位置交換?；鞜捜兀簤嚎s、剪切和分配置換

第9頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.1.2混合的分類1.

按混合形式分類：分布混合，分散混合。分布混合：在混合中僅增加粒子在混合物中分布均勻性，而不減少粒子初始尺寸的過程稱為分布混合（非分散混合）或簡單混合。分散混合是指在混合過程中發(fā)生粒子尺寸減少到極限值，同時增加相界面。第10頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合的分類

和提高混合物組分均勻性的混合過程在實際混合過程中分散混合與分布混合一般不會截然分開，分散混合過程中存在分布混合，反之亦然。第11頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2混合的分類2.

按物料狀態(tài)分類固體與固體混合：主要是固體聚合物與其他固體組分的混合。這種混合通常是無規(guī)則分布性混合。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，另一種是參與混合的是高粘第12頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2混合的分類度的聚合物熔體，這兩種情況的混合機理是不同的。在聚合物加工中，發(fā)生在熔體之間的是層流混合。固體與液體混合：有兩種形式：一種是液態(tài)添加劑與固態(tài)聚合物的摻混，而不把固態(tài)轉變成液態(tài)；另一種是將固態(tài)添加劑混到熔態(tài)聚合物中，而固態(tài)添加劑的熔點在混合溫度之上。第13頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2混合的分類3.

按混合溫度或剪切強度大小分類混合：溫度低（一般低于聚合物熔點），剪切速率??；混煉：溫度高（一般高于聚合物熔點），剪切速率大。

第14頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2混合設備2.2.1混合設備的分類混合設備根據(jù)其操作方式，一般可分為間歇式和連續(xù)式兩大類；根據(jù)混合過程特征，可分為分布式和分散式兩類；根據(jù)混合強度大小，又可分為高強度、中強度和低強度混合設備。第15頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備的分類1.

間歇式和連續(xù)式間歇式混合過程是不連續(xù)的?；旌线^程主要有三個步驟：投料、混合、卸料，此過程完成后，再進行下一個循環(huán)。間歇式混合設備有：捏合機、開煉機、密煉機等。第16頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備的分類連續(xù)式混合設備的混合過程是連續(xù)的，由于是連續(xù)操作，所以生產(chǎn)能力提高，易實現(xiàn)自動控制，減少了能耗，混合質量穩(wěn)定，降低操作人員的勞動強度。連續(xù)混合設備有：單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、行星螺桿擠出機和FCM連續(xù)混煉機。

2.

分布式和分散式第17頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備的分類3.

高強度、中強度和低強度混合設備通常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第18頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月混合設備的分類在高分子材料加工過程中，間歇混合設備用得最多的是Z形捏合機、高速混合機、開煉機和密煉機。第19頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.2間隙式混合設備1.

Z形捏合機（1）基本結構：帶有加熱（冷卻）夾套的鞍形混合室、一對Z形攪拌器、電氣傳動裝置等。捏合機除了通過夾套加熱和冷卻外，還可在攪拌器中心開設通道，通加熱或冷卻載體，以便準確及時地控制捏合時物料的溫度。第20頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月Z形捏合機（2）工作原理：混合時，物料借助于相向轉動的一對攪拌器沿著混合室的側壁上翻而后在混合室的中間下落，再次為攪拌器所作用。這樣重復循環(huán)，物料得到重復折疊和撕捏作用，從而得到均勻混合。（3）用途：適用于固態(tài)與固態(tài)物料（非潤性）和固態(tài)與液態(tài)物料（潤性）的混合，是一種常用的初混設備。捏合機混合物料，一般需要較長時間，約半小時至數(shù)小時。第22頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

高速混合機

（1）基本結構：附有加熱或冷卻夾套的圓筒形混合室、一個裝在混合室底部的高速轉動的攪拌葉輪、排料裝置、折流板（擋板）以及電氣傳動裝置等。第23頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月高速混合機（2）工作原理：高速混合機工作時，高速旋轉的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動。同時，由于離心力的作用物料被拋向混合室內壁，并且沿內壁面爬升，當升到一定高度后，由于重力的作用，第26頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月高速混合機物料又落回到葉輪中心，接著又被拋起。使物料的表面不斷得到更新，由于葉輪的轉速很高，物料運動速度很快，快速運動的物料粒子之間相互碰撞、摩擦，使得團塊破碎，物料因摩擦升溫，同時迅速地進行著交叉混合，這些作用促進了各組分的均勻分布和對液態(tài)添加劑的吸收。第27頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月高速混合機（4）折流板的作用：改變混合時物料的流型；內部安裝測溫傳感器,測試物料的溫度。（5）高速混合機內物料的熱量來源：摩擦熱；夾套外加熱。通常開機時夾套加熱，隨著剪切作用增強，物料摩擦生熱，溫度升高，有時要通過夾套冷卻，冷卻時葉輪應減速。第28頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月高速混合機（6）規(guī)格型號：GH200，GH表示高速混合機，200工作容量200升。實際加料量為工作容量的50～75％。第29頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

開煉機（1）基本結構：兩個輥筒、輥距調節(jié)裝置、安全裝置、加熱冷卻系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)等。輥筒為中空結構，內部可通加熱或冷卻載體，也可直接放置電加熱棒加熱。第30頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月開煉機（2）工作原理：開煉機工作時，兩個輥筒相向旋轉，且速度不等。放在輥筒上的物料由于與輥筒的摩擦和粘附作用以及物料之間的粘結力而被拉入輥隙之間，在輥隙內物料受到強烈的擠壓和剪切，這種剪切使物料產(chǎn)生大的形變，從而增加了各組分之間的界面，產(chǎn)生了分布混合。該剪切也使物料受到大的應力，當應力大于物料的許用應力時，物料會分散開，所以提高剪切作用就能提高混合塑煉效果。第33頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月開煉機（3）用途：用于橡膠的塑煉和混煉；塑料的塑化和混合；填充與共混改性物料的混煉；為壓延機連續(xù)供料；母料的制備等。（4）開煉機正常工作時的兩個條件：一是物料與輥筒的摩擦角應大于接觸角；二是兩個輥筒之間存在速比。減小輥筒間距和加大輥筒速比，可以加大剪切作用。（5）被混物料熱量的來源：輥筒外加熱，物料之間的摩擦熱。第34頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月開煉機（6）規(guī)格型號：SK－160；SK塑料開煉機，160輥筒直徑160mm。X橡膠，K雙輥開煉機（7）使用維護注意事項。第35頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.密煉機（1）基本結構：一對表面有螺旋形凸棱的轉子、密煉室、加料裝置（上頂栓）、卸料裝置（下頂栓）、傳動系統(tǒng)等。密煉室?guī)в袏A套，夾套內可通加熱（冷卻）介質進行控溫，轉子內部也設有加熱冷卻系統(tǒng)。第36頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月密煉機（2）工作原理：密煉機中各種物料在轉子的作用下進行強烈的混合，其中大的團塊被粉碎，逐步細化，這一過程稱為分散過程；在混合過程中，粉狀與液體添加劑附在聚合物表面，直到被聚合物包圍，這一過程稱為浸潤過程；混合物中各組分在密煉室中進行位置更換，形成第39頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月密煉機各組分均勻分布狀態(tài)，該過程稱為分布過程；混合中由于剪切、擠壓作用，聚合物逐步軟化或塑化，達到一定流動性，這一過程稱為塑煉過程。這四個過程在混合中不是獨立的，而是相互伴隨著存在于混合過程的始終，并且相互影響。第40頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月密煉機（3）用途：常用于橡膠的混煉與塑煉，也用于塑料的混合。（4）規(guī)格型號：SM50/70塑料密煉機；S（X）塑料（橡膠），M密閉式煉膠機，50工作容量（單位升），70轉子轉速（單位rpm)（5）密煉機的發(fā)展以上為間歇式混合設備，捏合機與高速混合機常用于混合，開煉機與密煉機用于混煉。第41頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.3連續(xù)混合設備

連續(xù)混合設備主要有單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、行星螺桿擠出機和連續(xù)混煉機。1.

單螺桿擠出機單螺桿擠出機是聚合物加工中應用最廣泛的設備之一，主要用來成型板、管、異型材、絲、膜、中空制品等產(chǎn)品，也用于造粒和混合過程。第42頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月singlescrewextruderFeedingcoolingSensorports

(2standard,othersoptional)Screwback-pressure

sensor(optional)collarsforheatingandcooling第43頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月單螺桿擠出機（1）基本結構：螺桿、料筒、加熱冷系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等。（2）工作過程：物料自加料斗落入到料筒中，隨著螺桿的旋轉,經(jīng)固體輸送區(qū)、熔融區(qū)和熔體輸送區(qū)輸送至機頭，由機頭擠出造?；虺尚蜑橹破?。在固體輸送區(qū)和熔融區(qū)，固體粒子之間不發(fā)生混合；只是在熔體輸送區(qū)，第44頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月單螺桿擠出機由于產(chǎn)生環(huán)流，才會發(fā)生混合。因此，普通單螺桿擠出機混合能力不是很強。由于普通單螺桿擠出機剪切力小，分散強度較弱，同時分布能力也有限，因而不能有效地完成要求較高的混合任務。為了改進混合性能，可以對螺桿和料筒的結構進行改進。如：在螺桿上加混合元件和剪切元件，形成屏障型螺桿、分離型螺桿、銷釘?shù)?5頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月單螺桿擠出機型螺桿等新型混煉型螺桿；在料筒上也可加銷釘，增強擠出機的混合性能；也有在螺桿和機頭之間設置靜態(tài)混合器，以增強分布混合。（3）用途：采用以上這些改進措施，單螺桿擠出機已廣泛用于共混改性、填充改性及反應性加工等方面。第46頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

雙螺桿擠出機

雙螺桿擠出機是非常有效的連續(xù)混合設備，可用作粉狀料（特別是粉狀PVC料）的熔融混合、填充改性、纖維增強改性、共混改性以及反應性擠出等。雙螺桿擠出機的主要作用是將聚合物及各種添加劑熔融、混合、塑化、定量、定壓、定溫地由口模擠出。雙螺桿擠出機的種類：第47頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月雙螺桿擠出機（1）嚙合異向旋轉雙螺桿擠出機：用于擠出成型和配料造粒；（2）嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機：用于聚合物的物理改性－共混、填充和纖維增強等；（3）非嚙合相切型雙螺桿擠出機：用于反應擠出、著色、玻璃纖維增強等。第49頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

行星螺桿擠出機這是一種應用越來越廣泛的混煉機械。（1）基本結構和工作原理：該擠出機有兩根結構不同、作用各異、串聯(lián)在一起的螺桿。第一根螺桿為常規(guī)螺桿起供料作用；第二根為行星螺桿，起混煉塑化作用。第二根螺桿第50頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月行星螺桿擠出機末端呈齒輪狀，螺桿套筒上有特殊螺旋齒。在螺桿和套筒的齒間嵌入12只帶有螺旋齒的特殊幾何形狀行星式齒柱，當螺桿轉動時，這些齒柱既能自轉，又能圍繞螺桿轉動。當物料通過嚙合的齒側間隙時，形成0.2～0.4mm的薄層，其表面不斷更新，這非常有利于塑化熔融。第51頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月行星螺桿擠出機（2）用途：特別適于聚氯乙烯的混煉，如作為壓延機的供料裝置，其具有混煉和塑化雙重作用。第52頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

FCM連續(xù)混煉機FCM（FarrelContinuousMixer）連續(xù)混煉機既保持了密煉機的優(yōu)異混合特性，又使其轉變?yōu)檫B續(xù)工作。第53頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月FCM連續(xù)混煉機（1）基本結構和工作原理：兩根轉子、料筒、傳動裝置和加熱冷卻系統(tǒng)等，其外形像雙螺桿擠出機，但喂料、混煉和卸料的方式與擠出機不同。轉子的工作部分由加料段、混煉段和排料段組成，兩根轉子作相向運動，但速度不同。加料段像異向旋轉相切型雙螺桿擠出機，在分開的料筒孔中回轉，混煉段的形狀很像Banbury密煉第54頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月FCM連續(xù)混煉機機轉子，它有兩段螺紋，在混煉段，混合料受到捏合、輥壓，發(fā)生混合。（2）用途：用于各種類型的塑料和橡膠的混合。連續(xù)混合設備還有雙階擠出機、傳遞式混煉擠出機，Buss-kneader連續(xù)混煉機以及隔板式連續(xù)混煉機等。第55頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章

壓制成型壓制成型是高分子材料成型加工技術中歷史最久的成型方法，也是熱固性塑料和橡膠制品最重要的成型方法之一。熱塑性塑料也有采用此方法成型，如聚氯乙烯層壓板的成型。熱塑性塑料與熱固性塑料、橡膠壓制成型最大的區(qū)別是成型過程中熱塑性塑料不發(fā)生化學變化，而后兩者有物理和化學變化。第56頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1壓制成型原理壓制成型是依靠外壓的作用，實現(xiàn)成型物料造型（成型）的一次成型技術。壓制成型分類：模壓成型和層壓成型。模壓成型：包括熱固性塑料的模壓成型（即壓縮模塑）、橡膠的模壓第57頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓制成型成型（即模型硫化）和增強復合材料的模壓成型（如：玻璃鋼制品成型）。層壓成型：包括復合材料的高壓和低壓壓制成型。壓制成型的主要特點是需要較大的壓力，加壓的目的是為了加速熱固性塑料和橡膠成型時的物理化學第58頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓制成型變化，防止制品出現(xiàn)氣泡，保證制品的質量。但對于有些不飽和聚酯樹脂的壓制成型，因為成型過程中沒有低分子物析出，一般不用加壓或僅需加較低的壓力即可，這樣的壓制稱為低壓成型或接觸成型。第59頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2模壓成型和層壓成型3.2.1熱固性塑料的模壓成型（1）熱固性塑料的模壓成型工藝過程模壓成型通常稱壓縮模塑，是將模塑塑料在已加熱到指定溫度的模具中加壓，使物料熔融

流動并均勻地充滿模腔，在加熱和加壓的條件下，經(jīng)過一定的時間，使其發(fā)生化學交聯(lián)反應而變成具有三維體型結構的熱固性第60頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓制成型塑料制品。熱塑性塑料模壓成型時，必須將模具冷卻到塑料固化溫度以下才能定型為制品，為此需交替加熱與冷卻模具，生產(chǎn)周期長，故生產(chǎn)中很少采用。目前，對有些熔體粘度較大的熱塑性塑料或成型較大平面的制品時，也采用壓縮模塑法。第61頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓制成型（2）模壓成型的特點模壓成型是間歇操作，工藝成熟，生產(chǎn)控制方便，成型設備和模具較簡單，所得制品的內應力小，取向程度低，不易變形，穩(wěn)定性好。

第62頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓制成型

缺點是：生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，較難實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，勞動強度大，且由于壓力傳遞和傳熱與固化的關系等因素，不能成型形狀復雜和較厚的制品。第63頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）模壓成型的設備和模具

A

壓機第64頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓機模壓成型的主要設備是壓機，壓機是通過模具對塑料施加壓力，在某些場合下壓機還可以開啟模具或頂出制品。目前常用的是液壓式壓機，液壓機的結構形式很多，主要是上壓式和下壓式兩種。上壓式壓機的工作油缸設在壓機的上方，柱塞由上往下壓，下壓板是固定的。模具的陽模和陰?？梢苑謩e固定在上下壓板上，靠上壓板的升降來完成模具的啟閉和對塑料施加壓力。下壓式壓機的工作油缸設在壓機的下方，柱塞由下往上壓。第65頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓機B

模具模具主要有溢式、半溢式和