混炼的原理与实例

1、混炼的原理与实例第1页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四熔融段的挤出与混合 在双螺杆挤出机熔融区通常会出现很高的能量耗散，在有些情况下，甚至会出现相变。因此这个区域在混炼过程中扮演着很重要的角色。现在人们通过电阻温度探测器（RTD）和带电源输入的脉冲摄动法，已经能够将连续型流体在熔融区的流变规律表征为几何形状，材料特性及操作条件的函数 。第2页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四聚合物共混物的熔融 聚合物共混时，从分散的聚合物到均匀的聚合物的转变与单一聚合物的挤出过程是很不相同的。用脉冲摄动法测出的脉冲信号也是很不相同的。聚合物各组分之间的充分共混对混

2、合与混炼工业有着重要的意义。通过脉冲技术和RTD可以测定聚合物混合过程中的接技率。第3页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四 尼龙（PA-6）在挤出过程中的脉冲和RTD响应图第4页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四 E / MAA在挤压过程中脉冲信号逐渐增加表现出的安培线性第5页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四聚合物与填料共混物的熔融 由于聚合物和填料之间的热性能和流变性能有着显著的差异，因此聚合物和填料共混物的混合挤出过程与单独聚合物的混合挤出过程是很不相同的。 由于有摩擦的存在，能量耗散将会随着填料的增加而增加。第6页，共2

3、1页，2022年，5月20日，13点11分，星期四 高密度聚乙烯与粘土填料（HPPE/clay）在间歇式搅拌机中的熔融共混第7页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四熔融后的混合 几乎没有设计准则或简单的数学模型来指导从业者对混炼的过程进行改进。对于分散混合，工程师使用的仍然是基于泰勒理论的经验准则。严格的讲，这些原理只适用于简单的、无相互作用的牛顿流体的液滴分散。 第8页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四 Grace的毛细管数和液滴破裂的粘度比曲线第9页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四 从上图可以看出：粘度比在0.1到1之间时，

4、通过剪切流可以得到最佳的分散效果和最小的粒径如果粘度比在3.5以上，剪切流中将不会出现分散，除非有拉伸流动平衡粒径正比于流体的界面张力，反比于流体所施加的剪切应力类似的关系也存在于拉伸流场中，但U型曲线比剪切流窄第10页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四有相变的分散混合高粘度比的塑料/橡胶共混物的混合低粘度比的塑料/橡胶共混物的混合超低粘度比的塑料/橡胶共混物的混合塑料/橡胶的原位接技混合挤出段的熔融和混合的动力学单螺杆挤出机的不稳定流动双螺杆挤出机的不稳定流动应用到过程控制中的可视化和监控 第11页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四有相变的分散混合

5、 从聚合物共混物挤出成型的流变规律可以看出，相变发生在混合的熔融区。在橡胶/聚合物共混物的混合中，橡胶首先变为流体，最初是连续相，因此对于分散相的指导准则并不适用。当塑料通过熔融并分散后，修改后的分散相经验准则就能适用于连续相。 第12页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四高粘度比的塑料/橡胶共混物的混合 在这种情况中，原料的固体颗粒被装入双螺杆挤出机。由于高的粘度比和体积比，塑料液滴分散成为连续相将会变得非常容易。控制塑料和橡胶的粘度比在0.3的倒数附近，将能得到精细的分散。但是，由于相变后的液滴破裂与聚集形成的粗糙形态，实际粘度比是大于3.5的。 第13页，共21页，2

6、022年，5月20日，13点11分，星期四低粘度比的塑料/橡胶共混物的混合 对于双螺杆挤出机的混合，预期的分散混合是很难实现的。控制塑料和橡胶的粘度比为3.5或更高数的倒数，将能实现粗的分散效果。相变后，粘度比将小于0.28。当然，高含量的橡胶将会出现聚集的情况。因此为了获得优良的橡胶分散体，必须采取措施减少橡胶的聚集。 第14页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四超低粘度比的塑料/橡胶共混物的混合 一种常见的工业应用是往高分子量的聚合物中添加增塑剂。由于相变和高分子聚合物对于增塑剂的吸收都需要时间，因此混合时间必须足够。 第15页，共21页，2022年，5月20日，13点

7、11分，星期四 聚合物中分步加入增塑剂，在同一批次混合器上相变时间的测试第16页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四塑料/橡胶的原位接技混合 热塑性橡胶的原位接技混合可以提高混合的分散性和稳定性。但是，为了能够原位接技，原料之间的界面面积必须建立，两熔融相之间的初始分散也是必须的，在混合时，优先选择塑料和橡胶粘度比在0.1到1.0之间的共混物，这样才能达到最佳的混合效果。 第17页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四挤出段的熔融和混合的动力学在双螺杆挤出机的熔融段，螺杆设计和操作条件对RTD和能量输入的影响将被演示。 第18页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四单螺杆挤出机的不稳定流动 不稳定经常出现熔体输送能力，或扭矩，压力和温度的边界. 应用可视化不稳定流的动态模拟可以诊断并提高产品的质量。 第19页，共21页，2022年，5月20日，13点11分，星期四双螺杆挤出机的不稳定流动 聚合物和增塑剂的挤压时，电力和压力