高分子材料成型加工第五章精选文档.ppt

高分子材料成型加工第五章本讲稿第一页，共三十五页本章讨论高分子材料混合的机理、设备以及橡胶混炼胶和塑料的配制，对聚合物共混也将论及本讲稿第二页，共三十五页一、混合与分散1、混合机理混合是使用一种有效的手段将多组分原料加工更均匀、更实用的物料的过程。（1）扩散混合种组分非均匀性的减少和组分是通过各组分的物理运动来完成的。混合涉及到三种扩散的基本运动形式，既分子扩散、涡旋扩散和体积扩散。本讲稿第三页，共三十五页2、混合过程要素混合的目的就是使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料从一种物料按照可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到组分均匀的混合物。粘性流体的混合要素有剪切、分流和位置交换，按分散体系的流变特性，混炼操作可分为搅拌、混合和混炼。本讲稿第四页，共三十五页1、剪切剪切的作用是把高粘度分散相的粒子或凝聚体分散于其他分散介质中。2、分流合并和置换利用器壁对流体进行分流，分流后径置换在合并时，希望在分流后相邻流束合并时尽可能离得远一些，而分流后相距较远的流束合并时尽可能接近些，也就是分流时任取两股流苏的相对距离和合并时同样的本讲稿第五页，共三十五页两股流束的相对距离的差别尽可能地大3、挤压如果物料在承受剪切前先经受压缩，使物料密度提高，这样剪切应力大尽可能提高剪切效率，当物料被压缩时物料内部会发生流动，产生由于压缩引起的剪切流动。本讲稿第六页，共三十五页4、拉伸拉伸可以使物料产生变形，减少料层厚度，增加界面有利于混合。5、已破碎的分散相在热运动和微粒间相互吸引的作用下，重新聚集在一起。本讲稿第七页，共三十五页二、混合的类型1、非分散混合和分散混合（1）非分散混合在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减少粒子初始尺寸的过程称为非分散混合（2）分散混合指的是混合过程中发生粒子尺寸较少到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。本讲稿第八页，共三十五页分散混合主要靠剪切应力和拉伸应力的作用实现的。分散混合过程是一个复杂的过程，可以发生各种物理-机械和化学的作用 讨论分散混合时，主要讨论固相在液相熔体中的分散，把液相视作层流混合，把液相的粘性拖拽对固相施加的力视作剪切力。本讲稿第九页，共三十五页剪切应力的大小应与物料的黏度有关，黏度越大，局部剪切应力越大，粒子或结块易破裂，而黏度又与温度有关，温度越高，黏度越低，因此希望在较低的温度下进行分散混合。本讲稿第十页，共三十五页2、混合物料的状态混合可分为固体与固体混合，液体与液体混合和液体与固体混合三种情况。固体与固体混合主要是固体聚合物与其他固体组分混合。聚合物通常是粉状、粒状和片状，而添加剂通常也为粉状本讲稿第十一页，共三十五页液体与液体混合这种混合有两种情况，一种是参与混合的液体是低粘度的单体、中间体或非聚合物添加剂，混合机理是靠流体內产生的紊流扩散机理。另一种是参与混合的是高粘度的聚合物熔体，为体积扩散即对流混合机理。本讲稿第十二页，共三十五页液体与固体混合1、液体添加剂与固态聚合物的掺混，不把固态转为液态2、固态添加剂混到熔态聚合物中本讲稿第十三页，共三十五页三、混合状态的判定物料各组分是否混合均匀，质量是否达到预期要求，生产中混合终点的判定都涉及到混合状态的判定混合状态直接描述法1、均匀程度2、分散程度本讲稿第十四页，共三十五页混合状态的间接判断混合状态的间接判断指不检查混合物各组分的混合状态，而是检测与混合物的状态密切相关的制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等。聚合物共混物的玻璃化温度与两种聚合物组分分子级的混合均匀程度有直接关系本讲稿第十五页，共三十五页二、混合设备由于混合物的种类及性质各不相同，混合的质量指标也有不同，所以出现了具有不同性能特征的混合设备。1、混合设备的分类混合设备据其操作方式，一般可分为连续适和间歇式两大类；据混合特征可分为分布式和分散式；据聚合物强度的大小可分为中强度低强度与高强度三种本讲稿第十六页，共三十五页间歇式和连续式间歇式混合设备混合过程是不连续的。主要分为三个步骤：投料、混炼和卸料再周而复始连续式混合设备的混合过程是连续的，如单、双螺杆挤出机和各种连续混合设备。由于连续操作故可提高生产能力，易实现自动控制，减少能量消耗，混合质量稳定本讲稿第十七页，共三十五页分布式和分散式分布混合设备主要使混合物中组分扩散、位置扩散、形成各组分在混合物中浓度趋于均匀的能力。分散混合设备主要有使聚合物中粒度减小，既具有分散混合的能力。分散混合设备主要有使物料施加剪切力、挤压力而达到分散的目的，如开炼机、密炼机等。本讲稿第十八页，共三十五页高强度、中强度和低强度混合设备以物料所受的剪切力大小或剪切变形程度来决定混合强度的高低2、间歇混合设备间歇式混合设备就其基本结构和运转特点可分为静式混合设备、滚筒混合设备和转子类混合设备本讲稿第十九页，共三十五页间歇式混合设备中另外两种最主要的设备是开炼机与密炼机，从结构角度看应属于转子类其用途广泛混合强度很高，主要用于橡胶的塑练与混炼、塑料的混炼、高浓度母料的制备。1、开炼机通过两个转动的滚筒将物料混合或使物料达到规定状态。主要工作部分是两个辊筒本讲稿第二十页，共三十五页两个辊筒并列在一个平面上，分别以不同的转速作向心运动，辊距可以调节，辊筒为中空结构，其内可通过介质加热或冷却2、密炼机密炼机即时密闭式塑练机或炼胶机，是在开炼机基础上发展起来的一种高强度间歇混合设备。密炼机工作部件是一对表面有螺旋形突棱本讲稿第二十一页，共三十五页的转子和一个密炼室。两个转子以不同的速度相向旋转，转子在密炼室里，密炼室由室壁由上顶栓、下顶栓组成。室壁外和转子内部有加热或冷却系统。密炼机的核心部件。转子的形状、转速、速比、物料温度的控制、填充率、混合时间、上顶栓压力、加料次序等是影响密炼机混合质量的主要因素。本讲稿第二十二页，共三十五页3、连续混合设备连续混合设备主要有单螺杆混合挤出机、双螺杆挤出机、星型螺杆挤出机以及由密炼机发展而成的各种连续混炼机。本讲稿第二十三页，共三十五页三、橡胶的塑练与混炼橡胶制品成型前的准备工艺包括原材料的处理、生胶的塑炼、配料和胶料的混炼等过程。1、生胶的塑炼 塑炼的目的主要是为了获得适合各种加工工艺要求的可塑性，即降低生胶的弹性，增加可塑性，获得适当的流动性。本讲稿第二十四页，共三十五页塑炼机理橡胶经塑炼以增加其可塑性，其实质是橡胶分子链断裂，相对分子质量的降低，从而橡胶的弹性下降。1、机械塑炼机理橡胶的机械塑炼是力化学反应过程，即已机械力作用及在氧或其他自由基受体存在下进行的。本讲稿第二十五页，共三十五页1、机械力作用非晶态橡胶分子的构想是卷曲的，分子间以范德华力相互作用着。由于受到机械的剧烈摩擦、挤压和剪切使卷曲缠结的大分子链相互牵扯，以使机械应力局部集中，当应力大分子链某一个键的断裂能时，则造成大分子链断裂，相对分子质量降低，因而可获得可塑性。本讲稿第二十六页，共三十五页氧的作用氧是橡胶分子活性自由基受容体，起阻聚作用温度的作用随着塑炼温度的升高，开始塑炼效果是下降的，温度继续升高，塑炼效果不断升高。本讲稿第二十七页，共三十五页化学塑炼机理在低温和高温塑炼过程中，加入化学增塑剂能加强氧化作用，促进橡胶分子断裂，从而增加塑炼效果。化学增塑剂主要有三大类：自由基接受型、引发性、混合型或链转移性本讲稿第二十八页，共三十五页3、塑炼工艺开炼机塑炼密炼机塑炼螺杆塑炼机塑炼本讲稿第二十九页，共三十五页2、胶料的混炼 混炼理论混炼过程是各种配合剂在生胶中的均匀分散过程，为了获得配合剂在生胶中的均匀混合分散程度，必须借助炼胶机的强烈机械作用进行混炼配合剂的性质在混炼过程中，配合剂与橡胶混合首先是本讲稿第三十页，共三十五页配合剂粒子表面与橡胶接触，所以配合及表面性质与混炼效果关系密切。结合橡胶的作用结合橡胶的生成有助于配合剂粒子的分散，对改善橡胶的性能有好处2、混炼工艺目前混炼加工主要用间歇混炼和连续混炼，属间歇混炼方法的开炼机混炼和密炼机混炼应用最广泛本讲稿第三十一页，共三十五页四、塑料的混合与塑化合成树脂粉状配合剂液状配合剂过筛、吸附筛选过滤配料混合塑化粉碎粉状热固性塑料粉状热塑性塑料本讲稿第三十二页，共三十五页五、聚合物溶液、分散体和乳胶的配制高分子材料成型加工的必要条件是流动性，某些制品的成型方法常使用聚合物的溶液和分散体作为原料来获得流动性。分为：塑料溶液的配制 溶胶塑料的配制 乳胶的配制本讲稿第三十三页，共三十五页六、聚合物共混聚合物共混种类很多主要有塑料与塑料共混，橡塑共混以及橡胶并用聚合物共混物的制备方法有物理方法和化学方法。本讲稿第三十四页，共三十五页3、共混物制备方法及相关设备干粉共混法熔融共混法溶液共混法乳液共混发共聚-共混法IPN法本讲稿第三十五页，共三十五页