第4章混合与塑化

第4章混合与塑化4.1混合与塑化原理4.2混合与塑化设备4.3高分子材料的混合与塑化4.1混合与塑化原理一、混合与塑化的方法1、聚合物混合或共混中的物料状态2、聚合物共混物的制备方法机械共混法干粉式物料共混，熔融共混物料共混法，反应-机械法液体共混法共聚-共混法接枝共聚-共混法，嵌段共聚-共混法HIPS，ABS互穿网络（IPS）聚合物制备技术二、混合机理1、一般物料的混合机理分子扩散涡流扩散（紊流扩散）体积扩散2、混炼三要素压缩、剪切、置换3、聚合物物理改性过程中的混合机理1）剪切：在混炼三要素中是最重要的，在高黏度分散相的混炼操作中是最重要的黏性剪切分割剪切

平行同向双螺杆挤出机、密炼机、开炼机有较强的剪切场2）分流、合并和置换如静态混合器、销钉螺杆段、齿形捏合盘3）挤压增加了物料密度，提高了剪切作用、有利于输送，有利于传热熔融挤压时，产生了流动剪切4）拉伸5）聚集4、混合效果的评价

衡量混合效果的办法随物料状态的不同而不同1）对液体物料：混合物不同部分的组成与平均组成相差的情况2）对固体物料：分散程度和组成的均匀程度均匀程度：分散相浓度分布的变化大小从混合物中随机取样分析测定，某一组分的百分含量与理论或总体百分含量的差值与取样量或取样的次数有关分散程度：分散相在共混体系中的破碎程度。用分散相的平均粒径大小和分布表示平均粒径相邻同一组分间的距离越小分散得越好

共混物的性能与分散相的粒径密切相关粒径分布4.2混合与塑化设备间歇式混合设备间歇操作：投料，混合或混炼，卸料连续式混合设备一、间歇式混合与塑化设备静态混合设备、滚筒类和转子类混合设备初混设备：物料在非熔融态下进行混合混炼混合设备螺带式混合机，多用于高速混合或、捏合后对物料的冷却方面，也叫冷混合机

Z形捏合机，效率较前两者高，但混合时间长，均匀性差，

高速混合机（高混机），混合效率高。高、低速并用，高速达860rpm，也可对干性物料进行加热和干燥用。高速、低速、高温、低温冷却多功能一体的混合机组。高速混合机组开炼机挤出机4.3高分子材料的混合与塑化橡胶、塑料、溶液、胶乳一、橡胶的塑炼与混炼1、塑炼与塑炼工艺一般来说，生胶（特别是天然橡胶）具有较大的弹性，弹性过大加工过程中会出现：

A、各种配合剂无法在生胶中分散均匀

B、大部分机械能将消耗在弹性变形上，成型加工困难

C、弹性记忆效应明显，压出各种形状尺寸控制不准

所以必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态，这种增加橡胶的可塑性的工艺过程称为塑炼。1）塑炼目的

A、与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀；

B、同时也有利于胶料进行压延、压型、压出等各种成型操作；

C、胶料性质均匀，便于控制生产过程

塑炼程度应合适得当，过度塑炼会影响胶料的加工性能、制品的物理机械性能天然橡胶在混炼前一般都要塑炼加工，而合成橡胶一般不需要塑炼加工2）塑炼机理使橡胶大分子断裂，分子量降低，粘度下降，弹性下降，即相对可控降解低温塑炼，高温塑炼，机械力、氧、塑解剂3）影响塑炼的因素

主要受到机械力、氧、热、电和塑解剂等因素的作用，其中机械力、氧和塑解剂起主要作用机械力作用当橡胶的黏度越大，剪切速率越大，分子受力越大相对分子量越大，受力越大，分子链越容易被切断当外力作用的机械功大于化学键能时，断裂概率上升作用结果：平均分子量降低、分子量分布变窄氧的作用高温塑炼时的氧化降解作用明显温度的作用温度较低时，生胶黏度大，机械力作用显著高温下，热氧作用显著静电作用：放电产生臭氧和原子态氧化学塑解剂作用：苯硫酚、五氯硫酚等4）塑炼工艺准备：烘胶、切胶、破胶开炼机塑炼工艺分为：薄通塑炼（辊距0.5-1mmm)、一次塑炼、分段塑炼同时可加入化学塑炼剂影响因素：辊温、时间、辊距、两辊速比、装胶量、塑解剂开炼机属于低温机械塑炼，温度越低，塑炼效果越好辊筒速比：1:1.25-1:1.274）塑炼工艺密炼机塑炼工艺步骤：称量生胶、投料、关上顶栓，加压塑炼、排胶、压片、冷却影响因素：温度、时间、转速、装胶容量、上顶栓压力、塑解剂密炼机属于高温塑炼，温度越高，塑炼效果越好，温度一般在140-160℃应选择合适的装胶容量化学塑解剂在密炼机塑炼中较开炼机中更有效螺杆挤出机（塑炼机）塑炼2、混炼与混炼工艺混炼就是将各种配台剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。1）混炼机理剪切、破碎、润湿、挤压、拉伸、分流、合并、置换、聚集混炼是橡胶加工中最重要的工艺过程之一，要求混炼胶中各种配合剂混合均匀，保证橡胶制品具有良好的物理机械性能、良好的加工工艺性能。分散介质多样界面上的物理和化学作用混炼胶的热力学不稳定性不明显2）混炼工艺A、开炼机的混炼工艺混炼过程：包辊、吃粉、翻炼、薄通包辊：关键是调整辊温，使胶料的弹性/塑性比处于适当值，形成光滑无隙的包辊胶吃粉：在辊距之上保留适当的堆积胶翻炼：均匀混合，斜刀法、三角包法、捣胶法A、开炼机的混炼工艺影响开炼机混炼的工艺因素装胶容量、辊距、辊速及速比、温度、时间、加料方式及顺序装胶容量：V=K*D*L，K为装填系数温度，冷却辊筒，控制辊温50-60℃加料顺序：用量少、难分散的配合剂先加入；用量大、易分散的后加；为了防止焦烧，硫磺和促进剂最后加入B、密炼机的混炼工艺优点：容量大、混炼时间短、生产效率高、自动化程度高、劳动强度低、环境卫生条件好，混炼胶性能更稳定缺点：混炼温度高，热敏材料容易焦烧，一般不在密炼机里加硫磺和促进剂，而是先将料排出至压片机上冷却再加入；更换颜色不方便；需配压片机压片补充加工；投资大工艺方法：一段混炼法、分段混炼法影响密炼机混炼的工艺因素装胶容量、上顶栓压力、转子转速、温度、时间、加料顺序连续混炼二、塑料的初混、塑化与混合、造粒与粉碎1、塑料的初混合将聚合物与各种粉状、粒状或液态助剂进行简单混合步骤预处理或预加工：破碎、粉碎、去杂质、干燥、表面处理等称量：手动计量，自动计量+自动输送混合：间歇混合，连续混合；影响因素：加料顺序、混合温度2、塑化与混合（共混）在高于树脂流动温度下、较强混合作用下进行塑化或熔融混合聚合物原料塑化的同时与助剂混合塑化与混合工艺开炼机工艺密炼机工艺挤出机：单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机3、造粒、粉碎粒料和粉料的优点及应用三、高分子溶液的配制

有些时候，流延法生产薄膜、胶片及某些浇铸制品的生产的原料是高分子溶液。

成型中所用的高分子溶液，有些是在合成聚合物时特意制成的，如酚醛树脂和聚酯等的溶液。而另一些则需在用时配制，如乙酸纤维素和氯乙烯一乙酸乙烯酯共聚物的溶液等。

1、溶剂的选择原则：

相似相溶原理

溶解度参数相近

δ=（ΔE/V）1/2

2、结晶高分子的溶解

3、高分子溶液与低分子溶液的区别A、慢加快搅法

a、溶剂升温：先将选定的溶剂在溶解釜内加热至一定温度

b、逐次加料：然后在快速搅拌和一定温下，缓缓加入粉状或片状的聚合物，直至投料完毕，

投料的速率应以不出现结块现象为度，快速搅拌则既有加速分散和扩散作用，又借搅拌桨叶与挡板间的剪切力来撕裂可能产生的团块。4、配制溶液所用的设备，一般都用附有强力搅拌和加热夹套的釜、釜内加设各式挡板的。两种具体配制方法。B、低温分散法

a、分散：先将溶剂加入溶解釜内，并保持较低的温度使溶剂对聚合物失去溶解活性，然后将粉状物或片状物一次投入釜中，并使它很好地分散在溶剂中

b、边搅拌边升温：再不断搅拌并将混合物逐渐升温。这样当溶剂升温而恢复活性时，就能使已经分散的聚合物很快溶解。用上述方法配制的溶液均须经过滤、脱泡后方能使用。

配制过程中的生产控制和质量检验指标主要是固体含量与粘度。四、分散体、胶乳或乳液的配制

分散体（溶胶塑料）又称塑料糊，它是常温下可以流动的固液混合物（悬浮体或乳液），主要应用于人造革、地板革、铸塑、滚塑、搪塑。

1、分散体的组成和分类

（1）组成：树脂+分散剂（非良溶剂）+助剂

（2）分类：

塑性溶胶

有机溶胶

塑性凝胶

有机凝胶2、分散体各组分及作用

1）树脂

树脂应具有成糊性能。对其粒度较小：直径约0.02～2.0μm；颗粒太大时，容易在所配制的分散体中下沉，体系不稳定，而且在加热处理后不易得到质量均匀的制品，颗粒太小时，在室温下常会因过度的溶剂化而使溶胶塑料的粘度偏高，同时还不耐存放。

如乳液聚合法生产的PVC树脂合适，悬浮聚合的PVC树脂颗粒太大，不易直接成糊，需要特殊的“冲糊工艺”才可使用。

2）分散剂

分散剂包括增塑剂和挥发性溶剂两类，这要求分散剂对树脂的溶剂化能力较小。

增塑剂的粘度对所配溶胶塑料的粘度有直接的影响，即粘度高的，所配溶胶塑料的粘度也高。

3）稀释剂

稀释剂用于降低溶胶塑料的粘度和削弱分散剂的溶剂化能力。稀释剂一般为烃类，它们的沸点亦应低于分散剂。

4）胶凝剂

胶凝剂的作用是使溶胶体变成凝胶体。常用的胶凝剂有金属皂类和有机质膨润土，使用量约为树脂的3％～5％。5）填充剂

填充剂颗粒的直径应为5～lOμm，用量一般不超过树脂的20％。

6）表面活性剂

这类物质是用来降低或稳定溶胶塑料的粘度的。常用的有三乙醇胺、羟乙基化的脂肪酸类和各种高分子量的烷基磷酸钠等。表面活性剂的用量一般不超