《高分子材料加工原理》混合 ppt课件

在聚合物加工中，体积扩散占支配地位.
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对流混合的两种机理：
（1）体积对流混合 涉及通过塞流对物料进行体积重新排列，而不需要物料 连续变形。 可以无规则，也可以有序。 （2）层流混合 涉及到通过层流而使物料变形。 物料要受到剪切、伸长p（pt课拉件伸）或挤压（捏合）。 7
小结
聚合物加工中的混合与一般的混合不同：
域扩大，渗进别的物料中的可
能性增加。
混合均匀。
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剪切的混合效果与剪切力F的大小和力的作用距离H有关。 F越大和H越小，受剪切作用的物料被拉长变形L越大， 混合效果越好。
剪切力作用下立方体的变形
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(二)分流、合并和置换
在流体的流道中设置突起板或隔板状的剪切片，进行分流。 分流后，有的在下游再合并为原状态，有的在各分流束内 引起循环流动后再合并，有的在各分流束进行置换后再合并， 也可能几种情况同时作用。 在进行分流时，隔板数为n， 分流数为(n+1)。如果的隔板 串联，其串联阶数为m: 分流数为N = (n+1)m。
(五)聚集
在混合过程中，已破碎的分散相在热运动和微粒间相互吸引
力的作用下，重新聚集在一起：混合的逆过程。
在混合过程中应尽量减少聚集的发生。
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第二节 高分子材料混合加工的原料配方设计
聚合物混合加工的原料：
聚合物连续相和分散相（添加剂）。
配方设计：注意添加剂的属性、添加剂之间的相互作用及其与
混合前分流的配置情况
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(三)挤压
作用：物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度提 高，这样剪切时可提高剪切效率。 同时当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压 缩引起的流动剪切。
例：挤出机中，从加料
段到计量段螺槽的深度
挤压(压缩)
是由深变浅 。
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(四)拉伸 使物料产生变形，减小料层厚度，增加界面，有利于混合。
聚合物共混合添加改性的一个重要环节是混合。
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第一节 混合的基本概念和原理
一、混合的定义
混合是一种趋向于混合物均匀性的操作，是一种在整个系统 的全部体积内，各组分在其基本 单元没有本质变化的情况下的细 化和分布的过程。
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二、混合机理
按照Brodkey混合理论，混合涉及到扩散的三种基 本运动形式。
添加剂之间的作用方式可分为三种方式： 协同 对抗 加和
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1. 添加剂的协同作用
两种或两种以上添加剂一起加入时的效果，高于其单独加入效果的平 均值。
产生协同作用的原理：产生了物理或化学作用。
2. 添加剂的对抗作用
两种或两种以上添加剂一起加入时的效果，低于其单独加入效果的平均值。 产生对抗作用的原理：不同添加剂之间产生物理或化学作用。其作用 的结果削弱了其应有的效果。
“高分子材料加工原理”之
第三章
混合
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在实际应用中，高分子材料中一般 有各种添加剂或其他种类的聚合物。
聚合物共混合添加改性的目的是为了改善聚 合物的加工性，改进制品的使用性能或降低成本。
例：
提高PET的使用性 能和加工性能
添加成核剂改善结晶性能 纳米材料复合提高耐热性 玻纤增强改性 三元乙丙橡胶(EPDM)增韧改性 PE 、 PTT 、PBT、聚对苯二甲酰对 苯二胺、聚醚酰亚胺(PEI)等。
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(一)剪切 作用:是把高黏度分散相粒子或凝聚体分散于分散介质中。 例:介于两块平行板间的物料通过板的平行运动而使物料内 部产生永久变形的黏性剪切。
剪切作用
在剪切的作用下，少组分
立方体粒子将被拉长、变形，
最后形成条纹状。
粒子体积没有变化，只是截
面变细，向倾斜方向伸长。
表面积增大，分布区
添加剂的密度不宜过大。 添加剂的硬度较高，可增大填充聚合物的硬度，但硬度过大会 加速设备的磨损。
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5.其他属性
添加剂的含水量： 含水量应控制在一定限度之内。
添加剂的色泽： 色泽较浅的添加剂适用于浅色和多种颜色制品。
热膨胀系数 电绝缘性能等。
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二、添加剂之间的相互作用
在同一个体系中添加剂之间的相互作用不同， 改性效果大不相同。
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(二)涡旋扩散
由系统内产生的紊流而实现流体混合的一种扩散形式。 对于气体和低黏度的液体体系，涡流扩散是常见的混合 类型。
在聚合物加工中黏度高，而且要实现紊流势必使熔体 发生破裂，故很少发生涡旋扩散。
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(三)体积扩散
指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间 位置向另一空间位置的运动；或指两种或多种组分在 相互占有的空间内发生运动，以期达到各组分的均匀 分布。
(一)分子扩散
在浓度梯度驱使下，各组分自发地由浓度较大的区域
迁移到浓度较小的区域，从而达到各处组分均化的一种扩 散形式。
分子扩散在气体和低黏度液体中占支配地位, 在固体 与固体间作用是很小。
在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散无实际意义, 但若混合组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是重要因 素。
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3. 添加剂的加和作用
两种或两种以上添加剂一起加入的效果，等于其单独加入效果的平均值。
聚合物的关系。
一、添加剂的属性
1. 添加剂的形态
指添加剂颗粒的形状。
添加剂的不同形态，具有不同程度的混合与改性效果。
例:添加剂颗粒纤维状对增强改性有利。
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2. 添加剂的粒度 指其颗粒的具体尺寸。 添加剂的粒度大小不同，对混合物体系的改性效果大不
相同。
例 1: 对 于 冲 击 改 性 ， 作 为 分 散 相 橡 胶 平 均 粒 子 为
1~2μm时，共混物冲击性能最好。 例2:对于阻燃改性，随阻燃剂粒度变小，阻燃效果增大。 添加剂的有效粒度根据其用途而异。
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3. 添加剂的表面特性
指添加剂的表面形态、表面的化学结构。 例：炭黑表面的羧基、内酯基等基团对炭黑性能有影响。 添加剂常通过表面处理以改善表面特性。
4. 添加剂的密度与硬度
由于聚合物熔体的黏度高（﹥102Pa·s），因此 混合只能在层状领域产生，缺少提高混合速率的涡 旋扩散和分子扩散。
不利于混合，并降低混合均匀程度。
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三、混合过程发生的主要作用
剪切 分流 合并和置换 挤压(压缩) 拉伸 聚集
它们的出现及占有的地位会因混合的最终目的、物料的状态、 温度、压力、速度等不同而不同。