塑料的混合与塑化工艺

1、1,第三节 塑料的混合与塑化工艺,塑料制品生产厂所需要的大多数塑料品种，均由树脂生产厂，直接提供粉料或粒料； 塑料制品的生产按产品性能要求常需进行配方设计粉料或粒料； 粉料和粒料的制备过程是将聚合物和各种助剂通过混合设备进行初混合后而制成粉料，再经塑炼机进行塑炼，最后通过造粒机而制成粒料。,2,所谓配料，就是把各种组分互相混在一起，尽可能的成为均匀体系。 为此必须采用混合、捏合、塑炼等塑料配制中常用的混合过程，是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。 配制一般分为四步：原料的准备、初混合、初混物的塑炼、塑炼物的粉碎和粒化。,3,一、塑料的初混合,1.原料的准备 原料的准备主要包括预处理、称量及输

2、送。,(1)预处理 进行过筛和磁吸处理以除去杂质； 增塑剂应进行预热，加快扩散、溶胀； 稳定剂、填充剂、色料制成浆料或母料。 母料：系指事先配制成的含有高百分比助剂(如色料、填料等)的塑料混合物。,4,(2)称量是保证物料中各种原料组成比率精确的步骤。 相对误差的要求：手工操作为2%；自动化生产的为0.5%。,(3)原料的输送：液体、固体。,5,2.原料的混合,混合 利用设备的搅拌、振动、空气流态化、翻滚、研磨等作用来完成物料的分散和均化； (1)不加增塑剂的物料初混合的工艺程序,一般是先将称量好的树脂、稳定剂、色料、填料、润滑剂等顺序加入混合设备中； 随即开始混合，一定时间后将开始加热，使物

3、料升至规定的温度，以期润滑剂熔化并与聚合物得到均匀混合，热混合达到质量要求时即停止混合，关闭加热最后进行出料；,6,(2)加有增塑剂的物料初混合的工艺程序,将树脂加入设备内、开始混合加热，温度不超过100； 预热的增塑剂用喷射器喷到翻动的树脂中； 加入由稳定剂和增塑剂调制的浆料； 最后加入色料、填料及其他助剂； 混合到达时间后即停车出料。,7,pvc配料工艺要点,选用易吸收增塑剂的疏松型pvc； pvc粒子对增塑剂的吸收应均匀； 选用剪切速率较大且能变速的混合设备； 混合后的物料应冷至40-60存放。,8,3.初混合设备,(1)转鼓式混合机,类型,9,特点,依靠混合室的转动实现混合，混合作用较

4、弱，一般只用于非润性物料的混合。,10,转鼓式混合机,11,(2)螺带式混合机,内部结构,12,13,螺带式混合机,14,特点,此混合机可用于干、湿两种物料的混合； 槽体附夹套加热或冷却； 当螺带转动时两根螺带各以一定方向将混合室内的物料推动，以使物料各部分的位移发生错乱，从而达到混合的目的。,15,(3)捏合机,内部结构,16,17,捏合机,18,特点,捏合机兼用于干、湿两种物科的混合； 搅拌器的形状很多，最普通的是s型和z型； 槽壁附有夹套，可加热或冷却； 物料借搅拌器的转动，沿混合室的侧壁上翻而在混合室的中间下落，这样物料受到重复的折迭和撕捏作用，从而达到均匀混合。,19,(4)高速混合

5、机,内部结构,20,21,高速混合机,22,特点,兼用于干、湿两种物料的混合； 叶轮可装一到三组，装在同一转轴的不同高度上。每组叶轮通常为两片，有快、慢两档转速； 搅拌器的高速旋转，物料因离心力的作用抛向混合室壁下部，受室壁阻挡，由混合室底部器侧壁上升，至旋转中心部位时降落，然后再上升和下降； 循环过程中由于物料内部摩擦所产生的热量和来自外部加热套的热量而使物料温度升高； 挡板的作用是使物料产生流态化运动，更有利于混合均匀。,23,二、塑料的塑炼和混炼,1.塑料塑炼的目的 改变物料性质、状态，借助于加热和剪切力的作用使聚合物熔化、混合； 使混合物各组分分散更趋均匀； 除去其中的挥发物，以利于输

6、送和成型； 使混合物达到适当的柔软度和可塑性； 保证物料更有利于制得性能一致的制品。,24,2.初混合、捏和、塑炼,(1)初混合：是粉状固体物料之间的简单混合； (2)捏合(也称捏和)：是指液体与粉状固体物料的浸渍及混合； (3)塑炼：经初混合的塑性物料与液体或固体物料在加热和剪切力的作用下，经熔融、剪切混合等作用达到适当的柔软度和可塑性，使各种组分的分散更趋于均匀；,塑炼和混炼一般统称为塑化。,25,初混合及捏和是在树脂熔融温度以下和较缓慢的机械剪切力作用下完成的，混匀后物料各组分的性质基本上没有变化。 而塑炼和混炼是在树脂熔融温度以上和较高的剪切速度下进行的，塑炼后的物料中各组分在物理和化

7、学性质上会有一定的变化。 混合的目的是使两种或两种以上的组分互相分散，以获得一个组成均匀的混合物。,26,3.塑化过程的不利影响,(1)塑炼是在聚合物流动温度左右和较大的剪切速率下进行的，有可能造成聚合物分子的热降解、力降解、氧化降解而降低其质量； (2)塑化过程对助剂的稳定性有影响； (3)主要通过控制塑炼温度和时间获得合适的塑炼条件，针对不同的塑料品种应各有其相宜的塑炼条件。,27,4.塑化终点的判断,(1)塑炼的终点可用撕力机测定塑炼料的撕力来判断，但需要较长的时间，因此在生产中一般靠经验判断。 (2)常用的经验方法是，用刀切开塑炼料来观察其截面，如截面上不显毛粒，而且颜色和质量都很均匀

8、，即可认为合格。,28,5.物料混合机理,(2)混合机理 混合是凭借设备的搅拌、振动、翻滚、研磨等达到利用扩散、对流、剪切三种作用完成的。 塑料的混合主要靠剪切作用实现。 剪切作用是利用机械的剪切力使物料组成达到均一。,(1)混合一般包括两层含义：即混合和分散。,29,剪切作用（主要方式）： 利用剪切力使物料组成达到均一 ，适用于黏性物料。,扩散与对流：如粉料和液体添加剂,30,6.塑炼设备,(1)开炼机,31,32,通常两辊筒的转速不等，一般速比为l.051.20； 塑炼时辊筒间的物料中存在有速度梯度，这种剪切力可对塑料起到混合塑炼作用； 辊矩越小时剪切作用越强，塑化效果越好； 辊筒对物料的

9、作用是单方向剪切，对流作用较少；,33,操作不断地切开辊面物料使其交叉叠合，即“打三角包”后进行辊压，不断改变物料受剪切力的方向以提高混合效果； 慢速辊温度应比快速辊高一些，以便物料能包住，便于操作。,34,(2)密炼机,35,物料经加料斗进入混炼室，随着压料装置(上顶栓)的下降，以一定的压力作用于物料； 物料在具有一定速比、相向旋转、横截面为椭圆形并以螺旋的方式沿着轴向排列的转子作用下，在混炼室内得到混合塑化； 塑化好后即打开卸料装置的卸料门排出； 根据不同品种塑料混炼的需要，可对混炼室壁、上、下顶栓进行加热或冷却。,36,(3)挤出机,37,挤出机的主要部件是螺杆和料筒； 投料后，物料即被

10、螺杆卷入料筒，并绕着螺杆向前移动，在移动过程中受料筒壁的加热和受剪切产生的摩擦热而逐渐升温和熔化； 挤出机内物料的塑炼是在受热与受剪切的作用下完成的； 还可用双螺杆挤出机进行塑炼。优点是螺杆长径比较小，物料混合作用强，塑化好，受热时间短，降解作用较少。,38,造粒与粉碎,造粒和粉碎都是减小固体的尺寸； 一般造粒的颗粒较整齐且具有固定的形状，而粉碎的颗粒大小不等； 塑料大多是韧性或弹性物料，必须通过具有切割作用的专用设备使物料粒化或粉碎。,39,热塑性物料的造粒可分冷切法和热切法两大类。 冷切法又可分拉片冷切、挤片冷切、挤条冷切等几种； 热切法则可分干热切、水下热切、空中热切等几种。,40,拉片

11、冷切,通过捏合机或密炼机的物料经开炼机塑炼成片，冷却后切粒。 切粒设备为平板切粒机。 一定宽度的料片进入平板切粒机，经上、下圆辊刀纵向切割成条状，然后通过上、下侧梳板经压料辊送入回转甩刀与固定底刀之间，横向切断成颗粒状。 粒料经过筛斗，将长条及连粒筛去，落入料斗，风送至贮料斗，然后过秤、包装。,41,平板切粒机,42,挤片冷切,捏合好的物料经挤出机塑化，挤出成片再经风冷或自然冷却后进平板切粒机切粒； 对不宜采用开炼机塑炼拉片的树脂，如聚乙烯、聚酰胺等多用挤片冷切。,43,挤条冷切,挤条冷切是热塑性塑料最普遍采用的造粒方法，设备和工艺都较简单。 捏合料经挤出机塑化成两条状挤出，圆条经风冷或水冷后

12、。 通过切粒机切成圆柱形颗粒。 圆条切粒机的结构比平板切粒机少一对圆辊刀。,44,45,干热切 将旋转的切刀紧贴在机头模板上，直接将挤出的热圆条状料切成粒料。,水下热切 是聚烯烃塑料造粒的一种新技术，机头和切刀在循环温水中进行工作。 此种方法的优点：颗粒外形美观、均匀、不易粘结；多孔模板(出料板)孔数较多。,46,空中热切 空中热切和干热切相似，为了防止颗粒粘结，在切粒罩内通过鼓冷风或喷淋温水冷却粒料。,前者称风冷热切，后者称水冷热切； 风冷热切适用于pvc造粒，特别适用于硬pvc造粒，粒料不会互相粘结。 水冷热切适用于聚烯烃造粒，当挤出料后马上切断井喷水以防止粒料相互粘结或粘在机头上，水与粒

13、料一起落下，经脱水后进贮槽。,47,第四节 橡胶的塑炼和混炼工艺,一、橡胶的塑炼工艺,1.塑炼 将橡胶生胶在机械力、热、氧等作用下，从强韧的弹性状态转变为柔软而具有可塑性的状态，即增加其可塑性(流动性)的工艺过程。,48,2.塑炼的目的,(1)降低分子量、降低橡胶粘流温度、生胶具有足够的可塑性； (2)以便后续的混炼、压延、压出、成型等工艺操作的顺利进行； (3)同时通过塑炼也可以起到“调匀”作用，使生胶的可塑性均匀一致。,49,3.塑炼的设备 开炼机塑炼、密炼机塑炼、螺杆塑炼机。,4.塑炼过程,(1)可以是单纯塑炼，也可以加入塑解剂塑炼； (2)如果在密炼机里使用塑解剂，可节省塑炼时间和能量

14、。,50,5.橡胶的塑炼机理,按照现代对生胶塑炼过程的研究认为: 生胶的机械塑炼过程，既非纯粹的机械作用过程，又非单纯的化学过程,而是一个十分复杂的物理和化学的综合过程。 它包括机械断裂过程、热氧化降解过程和解聚过程，只是由于塑炼温度的不同，各自所起的程度不同而已。,51,(1)低温机械塑炼,低温机械塑炼时，主要是由于机械破坏作用，使橡胶大分子链变成活性自由基； 大分子自由基也可能产生结构化反应,重新结合; 由于空气中有氧，作为大分子自由基接受体，氧与自由基结合，继续反应成稳定的产物，分子链长度降低； 所以，由机械断裂产生的大分子自由基所引起的化学反应结果，可能导致橡胶大分子的降解和结构化两种

15、反应过程。,52,(2)高温机械塑炼,高温塑炼时，由于温度较高，橡胶分子和氧都很活泼，橡胶大分子主要以氧的直接氧化引发作用导致自动催化氧化裂解反应，使大分子降解； 因为氧化对相对分子质量最大和最小部分都起同样作用，所以高温塑炼并不发生相对分子质量分布变窄的情况； 机械的作用主要是翻动和搅拌生胶，以增加生胶与氧的接触机会，加快橡胶的氧化裂解过程； 随着塑炼温度的提高，塑炼效果迅速增大。,53,6.塑炼前的准备,(1)烘胶 即在切胶和塑炼之前，在专门的烘胶设备中预先对胶包进行加温。 烘胶不仅可使生胶软化，便于切割，还能解除结晶。 不烘胶会增加塑炼时间，消耗大量电能，甚至会导致机械设备损坏。,54,

16、(2)切胶 即生胶加温以后从烘胶房取出用切胶机切成小块的工序。 开炼机塑炼时切胶胶块最好呈三角棱形，以便破胶时顺利进入辊缝。 nr生胶一般切成10-20kg左右的小块，cr一般每块不超过10kg，其他合成橡胶一般每块10-15kg。 切胶以前应先清除表面的杂质、发霉胶，并按质量等级分别存放。,55,切条机,切块机,56,(3)破胶 nr和cr的切胶胶块，在塑炼前需用破胶机进行破胶，以提高塑炼效率。合成橡胶切胶胶块，一般无需破胶而直接进行塑炼(或混炼)。 破胶机的辊筒粗而短，表面有沟纹，两辊速比较大，辊距一般为2-3mm，辊温控制在45以下。破胶以后卷成25kg左右的胶卷，以备塑炼。 破胶时要连

17、续投料，不宜中断，以防胶料弹出伤人。 目前生产中，常将破胶和塑炼一起用开炼机连续进行，而不专门用破胶机破胶。 用开炼机破胶时，应将挡胶板适当调窄，并在靠大牙轮一端操作，以防损伤设备。,57,58,7.用开炼机时的塑炼工艺,(1)开炼机塑炼的原理 利用两个辊筒形成的相对速度差所引起的撕拉力(剪切力)，在逐渐缩小的辊距内对橡胶施以强烈的碾压和撕拉作用。 这种机械作用，扯断了橡胶分子链，在空气中塑炼还伴有热和氧的裂解作用等，降低了橡胶的分子量，降低了粘流温度，使其可塑性增大。,59,(2)开炼机塑炼的影响因素 有辊温、辊距、转速和速比、塑炼时间、炼胶容量、辊筒的工作长度、割刀次数和方式、胶料放置时间

18、等。,60,(3)开炼机工艺,薄通塑炼法 主要特点是辊距很小，一般为0.51.0mm。 胶料通过辊缝后不包辊而直接落在接料盘上。 薄通塑炼方法塑炼效果大，获得的可塑度大而均匀，胶料质量高。 对各种橡胶特别是用机械塑炼效果差的一些合成橡胶也都适用,61,一次塑炼法(称包辊塑炼法) 将生胶在较大辊距(510mm)下包辊后连续过辊进行塑炼，直至所规定的时间为止。 在塑炼过程中不经过停放，且多次割刀以利于散热及获得均匀的可塑性。 适用于并用胶的掺合及易包辊的合成橡胶。 优点：塑炼时间较短、操作方便、劳动强度低； 缺点：塑炼效果不够理想，表现在可塑性增加幅度小，塑炼胶可塑性不够均匀。,62,分段塑炼法

19、是当塑炼胶可塑性要求较高，用一次塑炼或薄通塑炼达不到目的时而采用的一种有效方法。 先将生胶塑炼一定时间(约15min)，然后下片冷却并停放4-8h，再进行第二次塑炼，这样反复塑炼数次，直至达到可塑度要求为止。 根据不同的可塑性要求，一般可分为两段塑炼或三段塑炼。,63,化学塑解剂塑炼法 是在上述的薄通塑炼和一次塑炼法的基础上，添加化学塑解剂进行塑炼的方法； 它能够提高塑炼效率，缩短塑炼时间，降低塑炼胶弹性复原和收缩； 一般塑解剂的用量为生胶量的0.51.0，塑炼温度为70 75； 为避免塑解剂飞扬损失和提高分散效果，通常先将塑解剂制成母炼胶，然后在塑炼开始时加入。,64,(4)影响开炼机塑炼的

20、工艺条件,开炼机塑炼就是要在低温下利用机械力将橡胶分子链扯断以获得可塑性； 因此，降低炼胶温度和增加机械作用力是提高开炼机塑炼效果的关键； 与温度及机械作用力有关的设备特性和工艺条件都是影响塑炼效果的重要因素。,65,辊温和塑炼时间 开炼机塑炼属于低温机械塑炼，塑炼温度一般在55以下。 温度愈低，塑炼效果愈大。所以在塑炼过程中必须尽可能加强对辊筒的冷却； 天然橡胶一般控制在4555以下，合成橡胶一般控制在3045以下。 采用薄通塑炼和分段塑炼的目的之一也是为了降低胶料温度。,66,辊距和速比 当辊筒的速比一定时，辊距愈小，胶料在辊筒之间受到的摩擦剪切作用愈大; 同时由于胶片较薄易于冷却，又进一

21、步加强了机械塑炼作用，因而塑炼效果也越大。,67,装胶胶量 开炼机装胶容量大小依机台规格大小及胶种而定，为提高产量，可适当增加装胶量； 但装胶量过大会使辊筒上面的积胶过多而难以进入辊缝，胶料热量亦难散发，从而降低机械塑炼效果，并会使劳动强度增大。,68,实际生产中的装胶容量： 如xk-450开炼机的一次装胶量为40-50kg； xk-550一次装胶量为50-60kg; 合成橡胶塑炼时生热性大，装胶容应比天然橡胶少20-25。,69,化学塑解剂 使用化学塑解剂塑炼能提高塑炼效果，缩短塑炼时间，减少弹性复原现象。 但塑炼温度应适当提高，如用促进剂作塑解剂时，炼胶温度一般以7075为宜。,70,8.

22、用密炼机时的塑炼工艺,密炼机的塑炼作用主要靠转子机械作用和热氧化裂解作用。 密炼机塑炼的影响因素有转子转速、密炼室温度、塑炼时间、容量和上顶压力等。,71,由于密炼机塑炼属高温塑炼，塑炼效果随温度升高而增大，但温度高会导致橡胶分子链过度降解，致使胶料物理机械性能下降。 而丁苯橡胶，用密炼机塑炼时如超过140还会产生支化、交联，形成凝胶，反而降低可塑性，在170下塑炼还会生成紧密型凝胶，即使用精炼方法也不能使它消除。 为了提高密炼机使用效率，通常对可塑性要求高的胶料需采用分段塑炼或加塑解剂塑炼。,72,塑解剂(又称化学增塑剂) 是通过化学作用增强生胶塑炼效果、缩短塑炼时间的物质。 它与一般物理增

23、塑剂相比，具有增塑效果强、用量少、且对橡胶制品物理机械性能几乎没有影响等特点。,73,塑解剂作用机理主要有两方面： a.是塑解剂在塑炼过程中受热、氧的作用，分解产生自由基，这些自由基能使橡胶大分子链发生氧化降解； b.是塑解剂能封闭塑炼过程中橡胶大分子链断裂生成的端基，并使其丧失活性，不再重新结合，从而使可塑性增加。,塑解剂的效能是随温度的升高而增强，在密炼机高温塑炼中使用塑解剂比在开炼机低温塑炼中更为有效果。,74,(1)密炼机塑炼塑炼方法 一段塑炼、分段塑炼、添加化学塑解剂塑炼。,一段塑炼 将生胶一次加入密炼室内，在一定的温度和压力条件下塑炼一定时间，直至达到所要求的可塑度为止。 在塑炼中

24、，要不断地对密炼室壁、辊筒和上、下顶栓进行冷却，以控制塑炼温度。 适用：可塑度要求不太高的塑炼胶(如轮胎胎面塑炼胶)。,75,分段塑炼 用于制备较高可塑性塑炼胶的一种工艺方法； 先将生胶置于密炼机中在某一转速下塑炼一定时间； 然后排胶、捣合、压片、下片、停放； 再进行第二段塑炼，以满足可塑性要求。 制备轮胎帘布胶时，常用分段塑炼法塑炼。,化学塑解剂塑炼法,76,(2)密炼机塑炼效果的主要影响因素 塑炼温度 时间 化学塑解剂 转子速度 装胶量 上顶栓压力,77,9.螺杆塑炼机塑炼,用螺杆与机筒间的机械剪切力、高温热作用使橡胶分子链断裂。 与开炼机、密炼机塑炼的差别是氧对生胶的作用较小。,优点：

25、生产能力大、节电效果明显、操作简单、容易掌握、可实现塑炼的连续化生产等。 使用时严格控制排胶温度在180以下，防止出胶后胶料表面氧化作用，并尽量避免产生夹生胶。,78,二、橡胶的混炼工艺,1.混炼目的 是将橡胶中的补强性填充剂分别微粒化，使混炼状态持续稳定。,2.混炼原理 填充剂吸附了橡胶后, 生成结合橡胶的中间体, 中间体具有与表面活性剂相同的作用，这样，橡胶和填充剂稳定下来，达到适合于后工序成型加工的要求。,79,3.混炼胶质量的影响 混炼不好会出现配合剂分散不均匀、胶料可塑度过低或过高、焦烧、喷霜等现象。 这不仅会使压延、压出、滤胶、硫化等后序加工难以正常进行，会导致成品性能下降。,80,4.开炼机混炼工艺 (1)可分为包辊、吃粉和翻炼三个阶段。,包辊：是开炼机混炼的前提；橡胶包辊后，为使配合剂尽快混入橡胶中，在辊缝上端应保留有一定的堆积胶。 吃粉阶段：将配合剂混入胶料的过程； 当加入配合剂时，由于堆积胶的不断翻转和更替，把配合剂带进堆积胶的皱纹沟中，进而带入辊缝中。,81,翻炼 翻炼的原因 橡胶的黏度大，胶料只沿转动方向产生周向流动，而没有轴向流动，沿周向流动的橡胶也仅为层流。 在紧贴前辊筒表面的胶层不能产生