高分子成型加工原理 第三章成型用的物料及其配制

1、第三章第三章 成型用的物料及其配制成型用的物料及其配制3.1 概述概述 工业上用作成型的塑料有粉料、粒料、溶液和工业上用作成型的塑料有粉料、粒料、溶液和分散体等几种。完成配制的方法大都靠混合，使它分散体等几种。完成配制的方法大都靠混合，使它们形成均匀的复合物。们形成均匀的复合物。3.2 粉料及粒料粉料及粒料 将加入各种助剂的树脂复合物制成粉料或粒料将加入各种助剂的树脂复合物制成粉料或粒料的目的主要是为了装卸、计量和成型等操作提供方的目的主要是为了装卸、计量和成型等操作提供方便。便。3.2.1 粉料和粒料的组成粉料和粒料的组成 由由聚合物聚合物和和助剂助剂两类物质组成，聚合物为主要两类物质组成，

2、聚合物为主要成分。成分。助剂：为使复合物或其制品具有某种特性而加入的助剂：为使复合物或其制品具有某种特性而加入的一些物质（包括增塑剂、阻燃剂、防霉剂、着色剂一些物质（包括增塑剂、阻燃剂、防霉剂、着色剂等）。等）。一、聚合物（树脂）一、聚合物（树脂） 塑料的塑料的主要成分主要成分，决定制品的，决定制品的基本性能基本性能。 压制品中，聚合物应成为均一相，其作用在于压制品中，聚合物应成为均一相，其作用在于将各种助剂混合粘结成一个整体，从而具有一定的将各种助剂混合粘结成一个整体，从而具有一定的物理力学性能。物理力学性能。聚合物本身的性能对加工性能和产品性能的影响：聚合物本身的性能对加工性能和产品性能的

3、影响： 1.分子量大小及其分布分子量大小及其分布直接影响制品的性能、配料和加工性能。直接影响制品的性能、配料和加工性能。2.颗粒结构和粒度颗粒结构和粒度疏松型：疏松型：易于吸收增塑剂，配制时所需温度较低，易于吸收增塑剂，配制时所需温度较低，时间较短；时间较短；紧密型：紧密型：不易吸收增塑剂，配制时所需温度较不易吸收增塑剂，配制时所需温度较高高，时间较长。时间较长。粒度粒度主要影响混合的均匀性，粒度大与其它添加剂主要影响混合的均匀性，粒度大与其它添加剂接触少，容易造成混合不匀现象，颗粒大，不易塑接触少，容易造成混合不匀现象，颗粒大，不易塑化或塑化不完全。过细的粒子易造成粉尘飞扬和容化或塑化不完全

4、。过细的粒子易造成粉尘飞扬和容积计量的困难。积计量的困难。二、增塑剂二、增塑剂 增塑剂是塑料添加剂中用量最大的一种，增塑剂是塑料添加剂中用量最大的一种，主要主要用于用于PVC中中，在醋酸乙烯树脂、尼龙、纤维素树脂、，在醋酸乙烯树脂、尼龙、纤维素树脂、丙烯酸树脂中也有一定量的应用。丙烯酸树脂中也有一定量的应用。 增塑剂是为降低塑料的软化温度范围和增塑剂是为降低塑料的软化温度范围和提高其提高其加工性、柔韧性或延展性加工性、柔韧性或延展性而加入的低挥发性或挥发而加入的低挥发性或挥发性可忽略的物质。性可忽略的物质。1.对增塑剂的要求对增塑剂的要求（1）对聚合物的相容性好；）对聚合物的相容性好；（2）增

5、塑效率高，挥发性低；）增塑效率高，挥发性低；（3）化学稳定性高，对光、热稳定性好；）化学稳定性高，对光、热稳定性好；（4）无色、无臭、无毒、不燃、吸水量低；）无色、无臭、无毒、不燃、吸水量低；（5）水、油、溶剂等中的溶解度和迁移性小，介）水、油、溶剂等中的溶解度和迁移性小，介 电性好；电性好；（6）制品外观和手感好，耐霉菌、污染、价廉等。）制品外观和手感好，耐霉菌、污染、价廉等。相容性和低挥发性相容性和低挥发性是最基本的要求。是最基本的要求。2.增塑剂的损失增塑剂的损失（1）挥发度；）挥发度；（2）游移；）游移； 增塑剂从已增塑的聚合物中向与它接触的另一种增塑剂从已增塑的聚合物中向与它接触的另

6、一种聚合物中迁移的现象。聚合物中迁移的现象。影响迁移速率的因素：影响迁移速率的因素： 对接触聚合物的亲和力；对接触聚合物的亲和力； 在已增塑聚合物和与之相接触聚合物中的在已增塑聚合物和与之相接触聚合物中的 扩散速率；扩散速率； 温度和压力。温度和压力。（3 3）萃出；）萃出； 制品中的增塑剂因与溶剂接触而被洗去。制品中的增塑剂因与溶剂接触而被洗去。（4 4）渗出；）渗出； 聚合物中所加增塑剂的量超过一定值后，从聚合物中所加增塑剂的量超过一定值后，从制品中游离出来的现象。制品中游离出来的现象。3.增塑剂的分类增塑剂的分类（1）按化学组成分按化学组成分：邻苯二甲酸二元酯（邻苯二甲酸二元酯（C C4

7、 4C C1313）COOCOORR用作主增塑剂，用作主增塑剂，DOP最常用。最常用。二元脂肪酸酯二元脂肪酸酯辅助增塑剂，低温性能较好辅助增塑剂，低温性能较好，并可对塑料起一定，并可对塑料起一定的润滑作用，与的润滑作用，与PVCPVC相容性较差，且价格较贵。相容性较差，且价格较贵。(CH2)4-8COORCORO磷酸酯磷酸酯 脂肪族的磷酸酯如：脂肪族的磷酸酯如：TBPTBP、TOPTOP与与PVCPVC相容性很相容性很好，耐寒性、阻燃性很好，但热稳定性较差，常用好，耐寒性、阻燃性很好，但热稳定性较差，常用于低温使用或需阻燃的于低温使用或需阻燃的PVCPVC制品中。磷酸与酚类缩制品中。磷酸与酚类

8、缩合成的磷酸酯合成的磷酸酯TCPTCP，耐寒性较差，但电气绝缘性良，耐寒性较差，但电气绝缘性良好。好。(RO)3PO环氧增塑剂环氧增塑剂CH2OCORCHCHROOCORCHCHROCHCH2OCORCHCHROOCOOC8H17COOC8H17辅助增塑剂，分为环氧油、环氧脂肪酸单酯及环辅助增塑剂，分为环氧油、环氧脂肪酸单酯及环氧四羟基邻苯二甲酸二元酯。氧四羟基邻苯二甲酸二元酯。低温性能好，并且能起热稳定剂的作用。低温性能好，并且能起热稳定剂的作用。环氧大豆油环氧大豆油 ESO环氧四氢邻苯二甲环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯酸二辛酯 EPS其它其它聚酯类（辅）、羟酸酯（主）、烷基磺酸酯（主）、氯化聚酯

9、类（辅）、羟酸酯（主）、烷基磺酸酯（主）、氯化石腊（石腊（M-41、M-50）（辅、阻燃）、偏苯散酸酯等。）（辅、阻燃）、偏苯散酸酯等。（2）按对聚合物的相容性分按对聚合物的相容性分：分为主增塑剂和辅助增塑剂。分为主增塑剂和辅助增塑剂。主增塑剂与塑料几乎能主增塑剂与塑料几乎能按任意比例互溶按任意比例互溶。辅助增塑剂在塑料中辅助增塑剂在塑料中只有一定的溶解度只有一定的溶解度，只能配合主增塑，只能配合主增塑剂使用，而不能单独使用。剂使用，而不能单独使用。（3）按结构分按结构分：单体型：单体型：粘度粘度0.03Pa.s聚合体型：聚合体型：粘度粘度20100Pa.s（4）按应用性能分按应用性能分：耐热

10、型增塑剂耐热型增塑剂双季戊四醇酯双季戊四醇酯偏苯酸散酯偏苯酸散酯耐寒型增塑剂耐寒型增塑剂癸二酸二辛酯癸二酸二辛酯己二酸二辛酯己二酸二辛酯耐燃型增塑剂耐燃型增塑剂磷酸酯磷酸酯含氯增塑剂含氯增塑剂耐霉菌型增塑剂：磷酸酯类耐霉菌型增塑剂：磷酸酯类无毒、低毒增塑剂等。无毒、低毒增塑剂等。4.增塑机理增塑机理聚合物大分子链间以次价聚合物大分子链间以次价键力相联结，是一种动平键力相联结，是一种动平衡，并使聚合物具有刚性。衡，并使聚合物具有刚性。加入增塑剂后，增塑剂分加入增塑剂后，增塑剂分子因溶剂化和偶极力作用子因溶剂化和偶极力作用插入聚合物分子之间，并插入聚合物分子之间，并与聚合物分子的活性中心与聚合物分

11、子的活性中心发生联结，保持动平衡，发生联结，保持动平衡，从而减少聚合物之间的联从而减少聚合物之间的联结点，削弱分子间力，从结点，削弱分子间力，从而得到一系列性能的改善。而得到一系列性能的改善。5.增塑效果的评价增塑效果的评价（1）相容性相容性 渗出时间：（繁复）渗出时间：（繁复） 溶度参数：溶度参数值溶度参数：溶度参数值1（2）增塑剂的效率增塑剂的效率 使聚合物某一特定性质（使聚合物某一特定性质（Tg、容积电阻等）、容积电阻等） 达到一定变化值时所需增塑剂用量的重量比。达到一定变化值时所需增塑剂用量的重量比。（3）相对增塑效率相对增塑效率 某一增塑剂使某一增塑剂使PVC达到与加入重量分数为达到

12、与加入重量分数为 100的邻苯二甲酸二辛酯（的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）相同的柔软性）相同的柔软性 时的重量分数。时的重量分数。DOP 100 DBP 81 DOIP 103 DOA 97 TXP 102TCP 112 氯化石腊（氯化石腊（40Cl）2206.PVC常用的增塑剂常用的增塑剂几乎都是酯类。几乎都是酯类。邻苯二甲酸酯类，成本低，性能均衡。邻苯二甲酸酯类，成本低，性能均衡。三、稳定剂三、稳定剂 在成型加工和使用期间为了有助于在成型加工和使用期间为了有助于材料性能材料性能保持原始值或接近原始值保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的而在塑料配方中加入的物质。物质。目的：制止或抑制聚合

13、物因受外界因素（光、热、目的：制止或抑制聚合物因受外界因素（光、热、氧、细菌、霉菌以及长期存放等）所引起的破坏氧、细菌、霉菌以及长期存放等）所引起的破坏作用。作用。1.紫外线抗御剂紫外线抗御剂 紫外线引起聚合物分子的降解。使制品开裂、起霜、紫外线引起聚合物分子的降解。使制品开裂、起霜、变色、退光、性能变劣、起泡、粉化等。变色、退光、性能变劣、起泡、粉化等。（1）作用方式）作用方式紫外线吸收剂（蔽光剂）紫外线吸收剂（蔽光剂）能量转移剂能量转移剂 （2）常用种类）常用种类2 2羟基二苯甲酮的衍生物（价格低、性能好）；羟基二苯甲酮的衍生物（价格低、性能好）；2 2（2 2羟基苯）连二氮杂茚衍生物；羟

14、基苯）连二氮杂茚衍生物；取代的丙烯酸酯类；取代的丙烯酸酯类；芳酯类（水杨酸芳酯、间苯二酚酯）；芳酯类（水杨酸芳酯、间苯二酚酯）；含镍络合物（硫代双酚、氨磺酸和膦酸的镍盐，镍络含镍络合物（硫代双酚、氨磺酸和膦酸的镍盐，镍络合物。有毒）；合物。有毒）；炭黑、氧化锌、氧化钛、絮凝状金属炭黑、氧化锌、氧化钛、絮凝状金属（光屏蔽剂）；（光屏蔽剂）；三嗪系紫外线吸收剂。三嗪系紫外线吸收剂。根据聚合物的光降解机理，合理选用根据聚合物的光降解机理，合理选用。2.2.抗氧剂抗氧剂制止或推后聚合物在正常或较高温度下的氧化。制止或推后聚合物在正常或较高温度下的氧化。用量：用量：0.010.011 1 聚烯烃类、聚苯

15、乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚氯乙烯、聚烯烃类、聚苯乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚氯乙烯、ABSABS等都易氧化。等都易氧化。作用机理：作用机理：(1)(1)自由基或增长链的终止剂（自由基捕捉剂、防老剂）自由基或增长链的终止剂（自由基捕捉剂、防老剂）化合酚类：烷代单酚、烷撑双酚、烷代多酚（塑料工业）。化合酚类：烷代单酚、烷撑双酚、烷代多酚（塑料工业）。芳基仲胺类：芳基仲胺类：ArAr2 2NHNH结构，大多数有颜色。深色制品，橡结构，大多数有颜色。深色制品，橡胶工业。胶工业。利用不稳定的氢原子与自由基或增长链发生作用：利用不稳定的氢原子与自由基或增长链发生作用：ROO + AH ROOH + AROO +

16、 AH ROOH + ARO + AH ROH + ARO + AH ROH + AHO + ROO HO + ROO 稳定化合物稳定化合物2A 2A 稳定化合物稳定化合物R + AH RH + AR + AH RH + A（2 2）氢过氧化物的分解剂）氢过氧化物的分解剂亚磷酸酯亚磷酸酯含硫化合物：金属硫化物、硫代二羧酸酯、硫撑二丙烯酸含硫化合物：金属硫化物、硫代二羧酸酯、硫撑二丙烯酸酯。酯。使氢过氧化物分解成非自由基型的稳定化合物。使氢过氧化物分解成非自由基型的稳定化合物。ROOHROOHPD PD 稳定化合物稳定化合物3.3.转变降解催化剂的物质（金属钝化剂）转变降解催化剂的物质（金属钝化

17、剂）金属离子具有降解催化作用。如：铝、锌、铜、铁、锡、金属离子具有降解催化作用。如：铝、锌、铜、铁、锡、镉镉例：例：PVCPVC降解的热稳定剂类别及其作用机理：降解的热稳定剂类别及其作用机理：（1 1）铅、钡、镉、锌、钙等的无机酸盐、醇盐、酚盐、）铅、钡、镉、锌、钙等的无机酸盐、醇盐、酚盐、硫醇盐和皂类（伴用螯合剂）：硫醇盐和皂类（伴用螯合剂）： MXMX2 2 2 HCl MCl2 HCl MCl2 2 2 HX2 HX（RO)RO)2 2M M 2 HCl ROH 2 HCl ROH MClMCl2 2（ArO)ArO)2 2M M 2 HCl ArOH 2 HCl ArOH MClMCl

18、2 2（RS)RS)2 2M M 2 HCl RSH + MCl2 HCl RSH + MCl2 2（RCOO)RCOO)2 2M + 2 HCl 2RCOOH + MClM + 2 HCl 2RCOOH + MCl2 2（2 2）胺类：）胺类：RNHRNH2 2 -Cl RNHCl-Cl RNHCl（3 3）有机锡化合物：）有机锡化合物：R R2 2Sn(OOR)Sn(OOR)2 2 -Cl R-Cl R2 2SnClSnCl2 2 RCOO-RCOO-4.4.去除活性中心的物质去除活性中心的物质凡是原来或发生降解以后的聚合物分子，如果其结构的某一凡是原来或发生降解以后的聚合物分子，如果其结

19、构的某一部分具有化学活性且能使其本身或导致其它聚合物分子发生部分具有化学活性且能使其本身或导致其它聚合物分子发生降解的，该部分称为降解的，该部分称为“活性中心活性中心”。（1 1）聚合物降解后析出的自由基）聚合物降解后析出的自由基PVCPVC中有机锡化合物中有机锡化合物CH2CHCH2(C4H9)2Sn(OCOCH3)2CH2CHCH2C4H10C4H9Sn(OCOCH3)2+优点：效率高、相容性好、不伤害制品的透明性，可单独使用。缺点：成本高。主要类型：R3SnOSnR3R3SnSSnR3R2Sn（OCOR)2R2Sn（SR)2R3Sn（OR）等（2 2）PVCPVC分子中不稳定氯原子分子中

20、不稳定氯原子叔叔C C氯原子、叔氯原子、叔C -C -位上氯原子、烯丙基氯原子、位上氯原子、烯丙基氯原子、支链氯原子。支链氯原子。M(OCOR)M(OCOR)2 2 + C MCl(OCOR)+ C + C MCl(OCOR)+ CClOCORM M（SRSR）2 2 + CHCH=CH MCl + CHCH=CH MCl（SRSR） + + CHCH=CH CHCH=CHClClSRSR置换作用置换作用（3 3）双键结构）双键结构分子中存有分子中存有6767个共轭双键时，就能吸收紫光变色。个共轭双键时，就能吸收紫光变色。消除双键：各种螯合剂、硫醇类、顺丁烯二酯。消除双键：各种螯合剂、硫醇类、

21、顺丁烯二酯。5.5.稳定剂选取原则稳定剂选取原则（1 1）对聚合物稳定效果好；）对聚合物稳定效果好；（2 2）相容性好，挥发性小、尽可能无色；）相容性好，挥发性小、尽可能无色；（3 3）加工条件下对热稳定、无毒或低毒、对化学品）加工条件下对热稳定、无毒或低毒、对化学品稳定；稳定；（4 4）加入量）加入量2%2%；（5 5）与其他助剂的配合，协同效应。）与其他助剂的配合，协同效应。四、填充剂（填料）四、填充剂（填料）1 1、加入的目的：、加入的目的： 改善塑料的成型加工性能；改善塑料的成型加工性能； 提高制品的某些技术指标；提高制品的某些技术指标； 赋予塑料新的性能；赋予塑料新的性能； 降低成本

22、、增加体积、减少高分子化合物的用量。降低成本、增加体积、减少高分子化合物的用量。2 2、对制品性能的影响因素：、对制品性能的影响因素：（1 1）粒径与活性：）粒径与活性：粒径愈细，对塑料制品的刚性、冲击性、拉伸强度、粒径愈细，对塑料制品的刚性、冲击性、拉伸强度、因次稳定性、外观等改进作用愈大。因次稳定性、外观等改进作用愈大。但粒径过细，不易分散，从而影响性能。但粒径过细，不易分散，从而影响性能。利用偶联剂或表面活性剂进行处理以改善分散程度利用偶联剂或表面活性剂进行处理以改善分散程度。（2 2）颗粒形状：）颗粒形状：球状、立方体状球状、立方体状的等向性填充剂：提高成型加工性的等向性填充剂：提高成

23、型加工性能，机械强度差。能，机械强度差。针状、板状针状、板状等异向性填充剂：与等向性填料相反。等异向性填充剂：与等向性填料相反。3 3、选择原则、选择原则（1 1）分散性好、吸油量小；）分散性好、吸油量小； 吸油量：对增塑塑料来说就是吸收增塑剂的量。吸油量：对增塑塑料来说就是吸收增塑剂的量。 在聚合物和填充剂各在聚合物和填充剂各100100所配制的塑料中加入增塑所配制的塑料中加入增塑剂的份数剂的份数（2 2）对聚合物及其它助剂呈惰性，对加工性能无）对聚合物及其它助剂呈惰性，对加工性能无严重损害；严重损害；（3 3）不严重损坏设备、不因分解或吸湿使制品产）不严重损坏设备、不因分解或吸湿使制品产生

24、气泡；生气泡；（4 4）含微量）含微量FeFe、MnMn、CuCu、AlAl时，使稳定剂效率下时，使稳定剂效率下降；降；S S污染污染PbPb类稳定剂；金属杂质污染类稳定剂；金属杂质污染BaBa、CdCd稳定稳定剂。剂。4 4、常用填充剂、常用填充剂碳酸钙碳酸钙重质重质轻质轻质粘土、滑石粉、石棉、云母；炭黑；白炭黑；硫粘土、滑石粉、石棉、云母；炭黑；白炭黑；硫酸钙、亚硫酸钙；金属粉或纤维；二硫化钼、石酸钙、亚硫酸钙；金属粉或纤维；二硫化钼、石墨等。墨等。五、增强剂五、增强剂加入聚合物中，使其机械性能得到提高的纤维类材加入聚合物中，使其机械性能得到提高的纤维类材料。第八章详述。料。第八章详述。六

25、、着色剂六、着色剂给予塑料以色彩或特殊光学性能或使之具有易于识给予塑料以色彩或特殊光学性能或使之具有易于识别等功能的材料。别等功能的材料。包括：整体着色（内着色）包括：整体着色（内着色） 表面着色（外着色）表面着色（外着色）主要有主要有无机颜料：天然或合成无机颜料：天然或合成有机颜料：合成有机颜料：合成染料：天然或合成染料：天然或合成一般要求：性能稳定、不分解、易扩散；一般要求：性能稳定、不分解、易扩散； 耐光、耐候性优良、不洇色、不迁移；耐光、耐候性优良、不洇色、不迁移；依具体情况、制品用途，合理进行选择。依具体情况、制品用途，合理进行选择。色料的用量：色料的用量：2%2%可以做成色母料，清

26、洁、方便、易于控制。可以做成色母料，清洁、方便、易于控制。七、润滑剂七、润滑剂改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘附，以及改进制品表面光亮度等擦和粘附，以及改进制品表面光亮度等。1 1、润滑剂种类：、润滑剂种类：（1 1）内润滑剂内润滑剂减少聚合物分子的内摩擦，与聚合物有一定的相容减少聚合物分子的内摩擦，与聚合物有一定的相容性。性。（2 2）外润滑剂外润滑剂保留在塑料熔体的表层，降低塑料与加工设备的摩保留在塑料熔体的表层，降低塑料与加工设备的摩擦，仅与聚合物有很低的相容性。擦，仅与聚合物有很低的相容性。要结合具体的聚合物来判断。要结合具

27、体的聚合物来判断。2 2、选择的原则：、选择的原则：（1 1）内外平衡，成型温度、压力的影响（外润滑）内外平衡，成型温度、压力的影响（外润滑作用）；作用）；（2 2）对其它助剂无不良影响；）对其它助剂无不良影响；（3 3）外润滑剂以在成型温度下，在塑料面层结成）外润滑剂以在成型温度下，在塑料面层结成完整的液体薄膜为准；完整的液体薄膜为准；（4 4）用量：）用量：1%1%3.3.常用种类：常用种类：脂肪酸及其皂类、脂肪酸酯类、脂肪醇类、酰胺脂肪酸及其皂类、脂肪酸酯类、脂肪醇类、酰胺类、石蜡、低分子量类、石蜡、低分子量PEPE、合成蜡、丙烯酸酯类、合成蜡、丙烯酸酯类、某些有机硅化合物。某些有机硅化

28、合物。4.4.常用润滑剂的热塑性塑料：常用润滑剂的热塑性塑料：聚烯烃、聚烯烃、PSPS、醋酸纤维素、聚酰胺、醋酸纤维素、聚酰胺、ABSABS、PVCPVC等。等。八、防静电剂八、防静电剂 带静电制品易积灰，容易产生静电火花，引起带静电制品易积灰，容易产生静电火花，引起火灾。火灾。 利用防静电剂消除静电。利用防静电剂消除静电。常用的防静电剂：常用的防静电剂：胺的衍生物、季胺盐类、磷酸酯类、聚乙烯醇类具胺的衍生物、季胺盐类、磷酸酯类、聚乙烯醇类具有微弱的电离性和适当的吸水性，使制品表面具有有微弱的电离性和适当的吸水性，使制品表面具有导电分子层。导电分子层。加入量：一般加入量：一般1%1%。九、阻燃

29、剂九、阻燃剂阻止或减缓塑料燃烧的作用。阻止或减缓塑料燃烧的作用。包括包括反应型阻燃剂：聚合物合成时引入难燃结构。反应型阻燃剂：聚合物合成时引入难燃结构。添加型阻燃剂：添加型阻燃剂：常用种类：常用种类：磷酸酯类、含卤磷酸酯类、有机卤化物、无机阻磷酸酯类、含卤磷酸酯类、有机卤化物、无机阻燃剂。燃剂。十、驱避剂十、驱避剂抵御、避免和消灭老鼠、昆虫、细菌、霉菌等的抵御、避免和消灭老鼠、昆虫、细菌、霉菌等的危害。危害。十一、其它助剂十一、其它助剂满足特殊要求。如：发泡剂、开口剂、表面活性满足特殊要求。如：发泡剂、开口剂、表面活性剂等。剂等。3.2.2 3.2.2 物料的混合和分散机理物料的混合和分散机理

30、 在塑料制品生产中，只有少数聚合物（树脂）可单独在塑料制品生产中，只有少数聚合物（树脂）可单独使用，而大部分的聚合物（树脂）必须与其它物料混合，使用，而大部分的聚合物（树脂）必须与其它物料混合，进行配料后才能应用与加工。进行配料后才能应用与加工。 将原料各组分相互分散以获得成分均匀物料的过程。将原料各组分相互分散以获得成分均匀物料的过程。混合的目的混合的目的：就是使原来两种或两种以上各自均匀分散的物：就是使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料，从一种物料按可接受的概率分布到另一种物料中去，以料，从一种物料按可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到组成均匀的混合物。便得到组成均匀的混合物。 所

31、谓配料，就是把各种组分相互混在一起，尽可能所谓配料，就是把各种组分相互混在一起，尽可能的成为均匀体系（粉料、粒料），为此必须采用混合操的成为均匀体系（粉料、粒料），为此必须采用混合操作作一、混合作用机理一、混合作用机理1.1.扩散扩散 利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒，从利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒，从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。 对固体物料而言，除非在较高温度下才有此作用，一般对固体物料而言，除非在较高温度下才有此作用，一般都不甚显著；而在聚合物熔体中的扩散是一个比较慢的过程，都不甚显著；而在

32、聚合物熔体中的扩散是一个比较慢的过程，对在挤出机中的混合影响很小。只有对在挤出机中的混合影响很小。只有固体和液体固体和液体、液体与液液体与液体体之间的扩散才较大，若物料层很薄时，虽扩散速度很小，之间的扩散才较大，若物料层很薄时，虽扩散速度很小，但很显著。但很显著。 升高温度，增加接触面积，减少料层厚度，有利于扩升高温度，增加接触面积，减少料层厚度，有利于扩散作用的进行散作用的进行。混合一般是混合一般是靠扩散、对流、剪切靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。三种作用来完成的。2.2.对流对流 两种物料相互向各自占有的空间进行流动，以期达到两种物料相互向各自占有的空间进行流动，以期达到组成均一；机械

33、力的搅拌，即是使物料作不规则流动而达组成均一；机械力的搅拌，即是使物料作不规则流动而达到对流混合的目的。到对流混合的目的。3.3.剪切剪切 依靠机械的作用产生的剪切力，促使物料组分均一的混依靠机械的作用产生的剪切力，促使物料组分均一的混合过程。合过程。 物料在力的作用下，上平面和下平面之间发生了相对的物料在力的作用下，上平面和下平面之间发生了相对的平行移动，结果物料块变形，被偏转或拉长；在这个过程中平行移动，结果物料块变形，被偏转或拉长；在这个过程中体积没有发生变化，只是截面变细，向倾斜方向伸长，从而体积没有发生变化，只是截面变细，向倾斜方向伸长，从而使表面积增大，分布区域扩大，因而进入另外的

34、物料块中，使表面积增大，分布区域扩大，因而进入另外的物料块中，占有的空间机会加大，渗进别的物料中可能性增加，因而达占有的空间机会加大，渗进别的物料中可能性增加，因而达到混合均匀的目的。到混合均匀的目的。 混合效果与剪切力的方向是否改变、剪切速率的大小混合效果与剪切力的方向是否改变、剪切速率的大小有关。有关。 利用剪切力的混合作用，特别适用于塑性物料，因为塑利用剪切力的混合作用，特别适用于塑性物料，因为塑性物料粘度大，流动性差，不能粉碎增加分散程度，应用剪性物料粘度大，流动性差，不能粉碎增加分散程度，应用剪切作用时，剪切力的距离总是很小，因此物料在变形的过程切作用时，剪切力的距离总是很小，因此物

35、料在变形的过程中，即很均匀地被分散在整个物料中中，即很均匀地被分散在整个物料中 在实际混合中，扩散、对流和剪切三种作用通常是共在实际混合中，扩散、对流和剪切三种作用通常是共同作用，只是在一定条件下，其中的某一种占有优势而已同作用，只是在一定条件下，其中的某一种占有优势而已，但不管哪种作用，除了造成层内流动外，还应造成层间流但不管哪种作用，除了造成层内流动外，还应造成层间流动，才能达到最好的混合效果。动，才能达到最好的混合效果。二、混合程度评价二、混合程度评价 混合是否均匀，质量是否达到预期的要求，混合终点混合是否均匀，质量是否达到预期的要求，混合终点的判断等，都涉及到混合的效果。衡量混合效果的

36、办法，的判断等，都涉及到混合的效果。衡量混合效果的办法，随物料性状而不同。随物料性状而不同。1.1.液体物料的混合效果液体物料的混合效果 可以可以分析混合物不同部分的组成分析混合物不同部分的组成，其各部分的组成与，其各部分的组成与平均组成相差的悬殊情况。如悬殊小则混合效果好，反之平均组成相差的悬殊情况。如悬殊小则混合效果好，反之则差。则差。 对于固体或塑性物料应考察其对于固体或塑性物料应考察其组成的均匀程度组成的均匀程度和和物料物料的分散程度的分散程度。2.2.固体及塑性物料的混合效果固体及塑性物料的混合效果（1 1）分散程度）分散程度 经混合后原始物料相互分散，不再象混合前那样同类经混合后原

37、始物料相互分散，不再象混合前那样同类物料完全聚集在一起。实践证明，各占一半的两种组分混物料完全聚集在一起。实践证明，各占一半的两种组分混合后，两种粒子间也难于形成均匀的相互间隔成为有序排合后，两种粒子间也难于形成均匀的相互间隔成为有序排列那样的情况列那样的情况（2）、（3）分布很可能。（2 2）组成的均匀程度）组成的均匀程度 指混入物所占物料的比率与理论或总体比率的指混入物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。差异。 从混合物各部分取多个试样进行分析，平均结从混合物各部分取多个试样进行分析，平均结果愈接近总体比率，混合程度愈高。果愈接近总体比率，混合程度愈高。 一般混合组分的一般混合组分的粒子

38、愈细，其表面积愈大，愈粒子愈细，其表面积愈大，愈有利于得到较高的均匀分散程度有利于得到较高的均匀分散程度。 实际生产中应视配制物料的种类和使用要求来实际生产中应视配制物料的种类和使用要求来掌握混合程度。掌握混合程度。尽量做到以下三方面：尽量做到以下三方面：在混合过程中要尽量在混合过程中要尽量增大增大不同组分间的不同组分间的接触面接触面，以，以减少物料的平均厚度；减少物料的平均厚度；各组分各组分的交界面（接触面）应相当的交界面（接触面）应相当均匀地分布均匀地分布在被在被混合的物料中；混合的物料中；使在混合物的任何部分，使在混合物的任何部分，各组分的比率和整体的比各组分的比率和整体的比率相同。率相

39、同。 上述理论是在理想情况下提出的，是定性和半上述理论是在理想情况下提出的，是定性和半定量的。定量的。三、主要的混合设备三、主要的混合设备 塑料制品生产中所用的混合设备，按操作方式塑料制品生产中所用的混合设备，按操作方式通常可分为通常可分为间歇间歇和和连续连续设备两大类。设备两大类。 塑料工业中常用的混合设备有：塑料工业中常用的混合设备有：捏合机、高速捏合机、高速混合机、管道式捏合机等，主要用于初混合，双辊混合机、管道式捏合机等，主要用于初混合，双辊塑炼机、密炼机和挤出机塑炼机、密炼机和挤出机等主要用于混合塑炼。等主要用于混合塑炼。混合机和捏合机 以上设备除挤出机是连续式的能将初混合和塑以上设

40、备除挤出机是连续式的能将初混合和塑炼两个步骤结合在一起完成外，其它均是间歇式的，炼两个步骤结合在一起完成外，其它均是间歇式的，而且在完成初混合和塑炼上，不能同时进行，各有而且在完成初混合和塑炼上，不能同时进行，各有侧重，各有特点。侧重，各有特点。 近年来，还采用静态混合器，以改进混合时垂近年来，还采用静态混合器，以改进混合时垂直流动方向物料的均匀性，以增加混合效果。直流动方向物料的均匀性，以增加混合效果。3.2.3 3.2.3 配料工艺简介配料工艺简介一、粉料和粒料的配制一、粉料和粒料的配制粉料和粒料的配制一般分为四步。粉料和粒料的配制一般分为四步。（1 1）原料的准备原料的准备包括原料的预处

41、理、称量及输送。包括原料的预处理、称量及输送。预处理：预处理：过筛吸磁，除去杂质；过筛吸磁，除去杂质；润性物料混合前，增塑剂的预热；润性物料混合前，增塑剂的预热；浆料或母料的制备。浆料或母料的制备。称量：保证准确性，进行复称。称量：保证准确性，进行复称。输送：液态原料输送：液态原料 高位槽高位槽 固体粉料固体粉料 高位料仓高位料仓泵气流（2 2）初混合初混合 是在聚合物熔点以下的温度和较为缓和的剪切是在聚合物熔点以下的温度和较为缓和的剪切应力下进行的一种简单混合。应力下进行的一种简单混合。 混合时的加料次序：树脂、增塑剂、由稳定剂、混合时的加料次序：树脂、增塑剂、由稳定剂、润滑剂、染料等调制的

42、混合物和其它固态填料等。润滑剂、染料等调制的混合物和其它固态填料等。 混合的终点一般凭经验判断，也可通过混合时混合的终点一般凭经验判断，也可通过混合时间来控制。间来控制。（3 3）初混物的塑炼初混物的塑炼 塑炼的目的塑炼的目的是为了改变物料的性状，使物料在是为了改变物料的性状，使物料在剪切力的作用下热熔、剪切混合达到适当的柔软度剪切力的作用下热熔、剪切混合达到适当的柔软度和可塑性，使各组分的分散更趋均匀，同时还依赖和可塑性，使各组分的分散更趋均匀，同时还依赖于这种条件来驱逐其中的挥发物及弥补树脂合成中于这种条件来驱逐其中的挥发物及弥补树脂合成中带来缺陷（驱赶残余单体、催化剂残余体等），使带来缺

43、陷（驱赶残余单体、催化剂残余体等），使有利于输送和成型等。有利于输送和成型等。塑炼的工艺控制条件：塑炼的工艺控制条件：塑炼温度、时间、剪切力。塑炼温度、时间、剪切力。塑炼的终点：塑炼的终点：测定试样的均匀性和分散度、测定塑测定试样的均匀性和分散度、测定塑料试样的撕裂强度。料试样的撕裂强度。（4 4）塑炼物的粉碎和粒化塑炼物的粉碎和粒化 粉碎粉碎和和粒化粒化都是使固体物料在都是使固体物料在尺寸上得到减小尺寸上得到减小；所不同的只是前者所成的所不同的只是前者所成的颗粒大小不等颗粒大小不等，而后者比，而后者比较较整齐且具有固定形状整齐且具有固定形状。 粉料粉料一般是将片状塑炼物用切碎机先行初碎，一般

44、是将片状塑炼物用切碎机先行初碎，而后再用粉碎机完成的。而后再用粉碎机完成的。 粒料粒料是用切粒机，将片状塑炼物分次作纵切和是用切粒机，将片状塑炼物分次作纵切和横切完成；也有用挤出机将初混物挤成条状物，然横切完成；也有用挤出机将初混物挤成条状物，然后，再由装在挤出机上的旋刀切成颗粒料。后，再由装在挤出机上的旋刀切成颗粒料。二、溶液的配制二、溶液的配制1.1.溶液的组成及其作用溶液的组成及其作用溶质：溶质：聚合物和有关助剂聚合物和有关助剂溶剂：溶剂：烃、芳烃、氯代烃、酯、醚、酮、醇类。烃、芳烃、氯代烃、酯、醚、酮、醇类。 溶剂只是为了分散树脂而加入，它能将聚合物溶剂只是为了分散树脂而加入，它能将聚

45、合物溶解成具有一定粘度的液体，在成型过程中必须予溶解成具有一定粘度的液体，在成型过程中必须予以以排除排除。 溶剂选择原则溶剂选择原则：聚合物的：聚合物的良溶剂良溶剂、无色、无毒、无色、无毒、无臭、成本低、易挥发等。无臭、成本低、易挥发等。 相似相溶、溶度参数相似相溶、溶度参数差差11。2.2.聚合物的溶解聚合物的溶解片状片状粉状粉状粒状粒状溶剂溶剂溶剂化溶剂化溶胀溶胀粘性小团粘性小团加速溶胀和扩散，可以加快溶解过程。加速溶胀和扩散，可以加快溶解过程。采用疏松或颗粒较小的聚合物原料。采用疏松或颗粒较小的聚合物原料。加热溶解，利用搅拌防止团块或摧毁团块。加热溶解，利用搅拌防止团块或摧毁团块。加速溶

46、解方法：加速溶解方法：3.3.溶液的制备方法：溶液的制备方法：设备：设备：附有强力搅拌和加热夹套的釜，釜内可以附有强力搅拌和加热夹套的釜，釜内可以加挡板。加挡板。（1）慢加快搅法）慢加快搅法溶剂溶剂 釜釜 快速搅拌，定温快速搅拌，定温 缓慢加聚合物缓慢加聚合物边加料边搅拌边加料边搅拌（2）低温分散法）低温分散法先加料后搅拌。先加料后搅拌。控制指标：固体含量、粘度。控制指标：固体含量、粘度。三、分散体的配制三、分散体的配制1.成型用分散体及其分类成型用分散体及其分类 固态的聚氯乙烯聚合物或共聚物与非水液体固态的聚氯乙烯聚合物或共聚物与非水液体形成的悬浮体，通称为形成的悬浮体，通称为PVC溶胶塑料

47、溶胶塑料或或PVC糊糊。2.溶胶塑料生产制品的过程溶胶塑料生产制品的过程（1）塑型（成型）塑型（成型） 利用模具或其它器械，在室温下，使溶胶塑利用模具或其它器械，在室温下，使溶胶塑料具有一定的形状。料具有一定的形状。（2）烘熔）烘熔将塑型后的坯料进行热处理，从而使溶胶塑料通将塑型后的坯料进行热处理，从而使溶胶塑料通过物理或化学变化成为固体。过物理或化学变化成为固体。3.溶胶塑料的分类溶胶塑料的分类（1）塑性溶胶）塑性溶胶 氯乙烯树脂的悬浮体，液相完全是增塑剂，氯乙烯树脂的悬浮体，液相完全是增塑剂，增塑糊。增塑糊。（2）有机溶胶）有机溶胶 氯乙烯树脂的悬浮体，液相物有分散剂和稀氯乙烯树脂的悬浮体

48、，液相物有分散剂和稀释剂两种，稀释增塑糊。释剂两种，稀释增塑糊。（3）塑性凝胶）塑性凝胶 加有胶凝剂的塑性溶胶，增塑胶凝糊。加有胶凝剂的塑性溶胶，增塑胶凝糊。 （4）有机凝胶）有机凝胶加有胶凝剂的有机溶胶，稀释增塑胶凝糊。加有胶凝剂的有机溶胶，稀释增塑胶凝糊。区别：区别： 塑性溶胶：增塑剂含量一般不少于树脂的塑性溶胶：增塑剂含量一般不少于树脂的40%，只能做软制品。只能做软制品。有机溶胶：部分或全部增塑剂用挥发性高的非水有机溶胶：部分或全部增塑剂用挥发性高的非水溶液代替。溶液代替。 塑性凝胶和有机凝胶加有胶凝剂，属于宾汉塑性凝胶和有机凝胶加有胶凝剂，属于宾汉流体。流体。4. 溶胶塑料的组成及其

49、应用溶胶塑料的组成及其应用 聚氯乙烯糊除含聚氯乙烯树脂和增塑剂以外，聚氯乙烯糊除含聚氯乙烯树脂和增塑剂以外，还配有稳定剂、填料、着色剂、胶凝剂、稀释剂、还配有稳定剂、填料、着色剂、胶凝剂、稀释剂、挥发性溶剂等。挥发性溶剂等。配入的目的和种类都取决于制品的使用要求。配入的目的和种类都取决于制品的使用要求。（1）树脂）树脂宜采用乳液聚合的，其成糊性好。宜采用乳液聚合的，其成糊性好。粒度：塑性溶胶和塑性凝胶：粒度：塑性溶胶和塑性凝胶：0.22.0m m 有机溶胶和有机凝胶：有机溶胶和有机凝胶：0.020.020.20.2m m颗粒太大，易下沉，太小，粘度高，不易存放。颗粒太大，易下沉，太小，粘度高，

50、不易存放。颗粒小，易成糊颗粒小，易成糊颗粒形状：球形。颗粒形状：球形。（2）分散剂）分散剂增塑剂和挥发性溶剂，极性的。增塑剂和挥发性溶剂，极性的。增塑剂粘度高，溶胶塑料的粘度也高。增塑剂粘度高，溶胶塑料的粘度也高。溶解能力越大，不利于久放。溶解能力越大，不利于久放。常用：邻苯二甲酸酯、磷酸酯、己二酸或二元脂常用：邻苯二甲酸酯、磷酸酯、己二酸或二元脂肪酸酯、环氧油类、聚合体型增塑剂。肪酸酯、环氧油类、聚合体型增塑剂。挥发性溶剂：酮类、酯类、二醇类挥发性溶剂：酮类、酯类、二醇类 沸点：沸点：100200。（3）稀释剂）稀释剂降低溶胶塑料的粘度和削弱分散剂的溶剂化能力。降低溶胶塑料的粘度和削弱分散剂

51、的溶剂化能力。烃类，沸点：烃类，沸点：100200 （4）胶凝剂）胶凝剂使溶胶体变成凝胶体。使溶胶体变成凝胶体。能在静态下形成三维结构，由物理力凝结成的。能在静态下形成三维结构，由物理力凝结成的。金属皂类、有机质膨润土金属皂类、有机质膨润土用量为树脂的用量为树脂的35%。（5）填充剂）填充剂磨细或沉淀的碳酸钙、重晶石、煅烧白土、硅土、磨细或沉淀的碳酸钙、重晶石、煅烧白土、硅土、云母粉等。云母粉等。颗粒直径：颗粒直径：510m m吸油量大，粘度大。吸油量大，粘度大。用量不超过树脂的用量不超过树脂的20%。（6 6）表面活性剂）表面活性剂降低或稳定溶胶塑料的粘度。降低或稳定溶胶塑料的粘度。三乙醇胺

52、、羟乙基化的脂肪酸、高分子量的烷三乙醇胺、羟乙基化的脂肪酸、高分子量的烷基磷酸钠。用量不超过树脂的基磷酸钠。用量不超过树脂的4%4%。（7）其它助剂）其它助剂利于成型操作、提高制品性能、扩大溶胶塑料的利于成型操作、提高制品性能、扩大溶胶塑料的用途等。用途等。5.溶胶塑料的制备溶胶塑料的制备（1）常用设备）常用设备球磨机：钢制球磨机：钢制 瓷球、瓷衬瓷球、瓷衬星形搅拌型的立式混合机（适用粘度低）星形搅拌型的立式混合机（适用粘度低）三辊磨（适用粘度高）三辊磨（适用粘度高）（2）配制后需脱泡）配制后需脱泡离心机、抽真空、薄层流动等方法。离心机、抽真空、薄层流动等方法。6.溶胶塑料的流动行为溶胶塑料的

53、流动行为分散体的粘度总是大于它的分散媒的粘度，而且随分散体的粘度总是大于它的分散媒的粘度，而且随着固体粒子含量的增加而增大。着固体粒子含量的增加而增大。流动行为：剪切速率低：可能与牛顿流体一样；流动行为：剪切速率低：可能与牛顿流体一样； 剪切速率高：假塑性流体；剪切速率高：假塑性流体； 剪切速率再增高：膨胀性流体；剪切速率再增高：膨胀性流体； 加有胶凝剂的，还具有一定的屈服值。加有胶凝剂的，还具有一定的屈服值。四、粉料和粒料的工艺性能四、粉料和粒料的工艺性能模塑（成型）周期模塑（成型）周期：循环而有一定顺序的模塑作：循环而有一定顺序的模塑作业中，由一个循环的某一特定点进至下一循环同业中，由一个

54、循环的某一特定点进至下一循环同一点所用的时间。一点所用的时间。1.热固性塑料的工艺性能热固性塑料的工艺性能（1）收缩率）收缩率%10000LLLSLSL：收缩率：收缩率L0：模具型腔在室温和标：模具型腔在室温和标准压力下的尺寸准压力下的尺寸L：制品在相同情况下与：制品在相同情况下与模具型腔相应的尺寸模具型腔相应的尺寸影响因素：影响因素：化学结构的变化化学结构的变化线型结构线型结构 体型结构，密度增大。体型结构，密度增大。热收缩热收缩制品冷却收缩较模具大。制品冷却收缩较模具大。弹性回复弹性回复硬化后脱模时压力降低。硬化后脱模时压力降低。塑性变形塑性变形脱模时压力降低，模壁使制品发生局部塑性变形。

55、脱模时压力降低，模壁使制品发生局部塑性变形。综上所述：综上所述：工艺条件、模具和制品设计、塑料的工艺条件、模具和制品设计、塑料的性质都会影响制品的收缩率性质都会影响制品的收缩率。测定方法：测定方法：试样：直径试样：直径 厚厚 圆片圆片 每边长每边长 厚厚 立方体立方体mm3 . 0100mm2 . 04mm2 . 025mm2 . 04根据规定的成型条件，脱模后，恒温根据规定的成型条件，脱模后，恒温201下，下，放放1620h，准确程度应达，准确程度应达0.02mm。收缩率太大：收缩率太大：制品易发生翘曲、开裂。制品易发生翘曲、开裂。降低措施：降低措施：采用预热、严格遵守工艺规程、采用采用预热、严格遵守工艺规程、采用不溢式模具。不溢式模具。（2）流动性）流动性塑料在受热和受压下充满整个模具型腔的能力。塑料在受热和受压下充满整个模具型腔的能力。 测定方法：测定方法：测流程法：测流程法：在特定的模具中，于固定温度、压力及施压速率在特定的模具中，于固定温度、压力及施压速率下，测定塑料在模具中的流动距离。下