高分子加工学-混合及混炼
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第一章绪论1.高分子材料分为哪几类?(高分子材料是一定配合的高分子化合物(由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成)在成型设备中,受一定温度和压力的作用熔融塑化,然后通过模塑制成一定形状,冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。
分为塑料、橡胶、纤维三类)2.塑料、橡胶、纤维分类?3.名词解释:工程塑料通用塑料特种塑料化学纤维合成纤维4.生产塑料制品的完整工序有哪五个?原料准备、成型、机械加工、修饰和装配5. 热塑性高分子材料和热固性高分子材料得物理性质及加工性能比较(见讲义)。
第二章高分子材料成型原理1.高分子材料的熔融性能热传递三种方式:热传导、对流、辐射聚合物的加热与冷却都不易由于聚合物的表观粘度随摩擦升温而降低,使物料熔体烧焦的可能性不大2.聚合物的流动和流变性能拉伸流动和剪切流动,各类型流体的流动曲线,影响高聚物熔体粘度的因素,粘度、流动稠度、流动指数、流动性的关系,熔体流动速率熔体流动速率——在规定的温度、压力(2160×9.81×10-3N)下,每10min内通过国标指定尺寸(书P76装料筒直径φ9.55±0.025mm, 出料口直径φ2.095±0.005mm)毛细管的试样总质量(克数)单位:克/10分钟3.聚合物熔体的弹性流动缺陷:管壁上的滑移,端末效应,离模膨胀,弹性对层流的干扰,熔体破裂,鲨鱼皮,产生原因熔体破裂——当挤出速率逐渐增加,挤出物表面将出现不规则现象(畸变、支离和断裂),甚至使内在质量受到破坏。
离模膨胀——被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大,称为离模膨胀鲨鱼皮——挤出物周边具有周期性的皱褶波纹。
4.高分子材料的成型性能聚合物的聚集态:结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态等聚集态可挤压性、可模塑性、可纺性、可延性概念5.成型过程中的取向作用拉伸取向(薄膜双向拉伸后,拉伸后的薄膜在拉伸方向上的拉伸强度和抗蠕变性能会提高。
6.高分子材料的降解与交联交联、交联度熟化降解——高分子材料化学键的断链、交联、主链化学结构改变、侧基改变以及上述四种作用的综合交联——线性大分子链之间以新的化学键连接、形成三维网状或体型结构的反应。
1、什么叫混合、混炼?并指出各自的特点。
混合是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作。
混炼是指用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂练成混炼胶的工艺。
混合:温度低(一般低于聚合物熔点),剪切速率小;混炼:温度高(一般高于聚合物熔点),剪切速率大。
2、试述捏合机、高速混合机、开炼机、密炼机的基本结构、工作原理和机器的规格型号。
(1) Z形捏合机基本结构:带有加热(冷却)夹套的鞍形混合室、一对Z形搅拌器、电气传动装置等。
捏合机除了通过夹套加热和冷却外,还可在搅拌器中心开设通道,通加热或冷却载体,以便准确及时地控制捏合时物料的温度。
工作原理:混合时,物料借助于相向转动的一对搅拌器沿着混合室的侧壁上翻,而后在混合室的中间下落,再次为搅拌器所作用。
这样重复循环,物料得到多次折叠和撕捏作用,从而得到均匀混合。
(2)高速混合机基本结构:附有加热或冷却夹套的圆筒形混合室、一个装在混合室底部的高速转动的搅拌叶轮、排料装置、折流板(挡板)以及电气传动装置等。
工作原理:高速混合机工作时,高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。
同时,由于离心力的作用物料被抛向混合室内壁,并且沿内壁面爬升,当升到一定高度后,由于重力的作用,物料又落回到叶轮中心,接着又被抛起。
物料的表面不断得到更新,由于叶轮的转速很高,物料运动速度很快,快速运动的物料粒子之间相互碰撞、摩擦,使得团块破碎,物料因摩擦升温,同时迅速地进行着交叉混合,这些作用促进了各组分的均匀分布和对液态添加剂的吸收。
规格型号:GH200,GH表示高速混合机,200表示工作容量200升。
实际加料量为工作容量的50~75%。
(3)开炼机基本结构:两只辊筒、辊距调节装置、安全装置、加热冷却系统和传动系统等。
辊筒为中空结构,内部可通加热或冷却载体,也可直接放置电加热棒加热。
工作原理:开炼机工作时,两个辊筒相向旋转,且速度不等。
放在辊筒上的物料由于与辊筒的摩擦和粘附作用以及物料之间的粘结力而被拉入辊隙之间,在辊隙内物料受到强烈的挤压和剪切,这种剪切使物料产生大的形变,从而增加了各组分之间的界面,产生了分布混合。
11 减轻挠度的方法:通常可将辊筒设计和加工成略带腰鼓型,或调整两辊筒的轴,使其交叉一定角度或加预应力,就能在一定程度上克服或减轻分离力的有害作用,提高压延制品厚度的均匀性。
12 在压延过程中,热塑性塑料由于受到很大的剪切应力的作用,因此大分子会顺着薄膜前进方向发生定向作用,使生成的薄膜在物理机械性能上出现各向异性,这种现像称为压延效应。
压延效应的大小,受压延温度、转速、供料厚度和物料性能等的影响,升温或增加压延时间,均可减轻压延效应。
5 压延分离力:在辊筒对物料挤压和剪切的同时,辊筒液受到来自物料的反作用力,这种力图使两辊分开的力称为分离力或横压力。
1、简述离模膨胀的含义、原因及主要影响因素。
答:定义:被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大的现象。
离模膨胀比定义为充分松弛的挤出物直径d 与口模直径D之比。
原因:a、取向效应b、弹性变形效应c、正应力效应影响因素:1)长径比一定,B随剪切速率增加而增大。
在熔体破裂临界剪切速率之前有最大值Bmax,而后下降;2)低于τc之下,B随τ增加而增大。
高于τc 时,B值则下降;3)在低于临界ɤc的一定的剪切速率下,B随温度升高而降低;4)剪切速率恒定,B随长径比L/D的增大而降低。
L/D超过某一数值时,B为常数。
5)离模膨胀比随熔体在口模内停留时间呈指数关系地减少。
6)离模膨胀比随聚合物的品种和结构不同而异。
线性、柔性聚合物位阻低,松弛时间短,B值小;粘度大,分子量高,分布窄,非牛顿性强,松弛缓慢,B值大。
5、为什么在一种设备上螺杆转速(n)不能过高?并且靠增加转速来提高生产率也是有限度的?答:随着转速的增加,物料所受到的剪切作用加大,即剪切速率增大,因为大多数聚合物都是假塑性流体,因此,随γ↑,η↓,则漏流↑,逆流↑,所以,当转速高到一定程度时,漏流和逆流对产量的影响就不能忽略了。
在实际生产中,也不能靠提高螺杆的转速无限制的增加生产能力,随n不断提高,剪切速率达到一定范围后,就会出现熔体破裂现象。
高分子材料成型加工基础复习提纲绪论及第一章:混合与混炼1、聚合物加工:高聚物的成型加工,通常是在一定的温度下使弹性固体、固体粉状或粒状、糊状或溶液状态的高分子化合物变性或熔融,经过模具或口型流道的压塑,形成所需的形状,在形状形成的过程中有的材料会发生化学变化(如交联,最终得到能保持所取得形状的制品的工艺过程。
P52、聚合物的加工工艺过程一般可以分为混炼、成型、后加工等三大部分。
P53、混合混炼的目的:为获得综合性能优异的聚合物材料,除继续研制合成新型聚合物外,通过混合、混炼方法对聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径。
P74、共混的方法:a 机械共混法 b 液体共混法 c 共聚—共混法 d 互穿网络聚合物IPN 制备技术P75、共聚物的均匀性是指被分散的物在共混体中浓度分布的均一性,或者说分散相浓度分布的变化大小。
6、共聚物的分散程度是指被分散的物质(如橡胶中掺混部分塑料)破碎程度如何,或者说分散相在共混体中的破碎程度。
P117、常见的共混体系有:a固体 / 固体混合、b液体 / 液体混合、c固体 / 液体混合。
P208、混炼三要素及其作用:a压缩;物料在承受剪切前先经受压缩,使物料的密度增加,这样剪切时,剪切力作用大,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 b剪切剪切的作用是把高粘度分散相的粒子或凝聚体分散于其它的分散介质中 c分配置换分布由置换来完成。
P229、混合与混炼设备根据操作方式分为间歇式和连续式两大类。
P2510、常见初混合设备概念及类型:初混合设备是指物料在非熔融状态下(粉料、粒料、液体添加剂)进行混合所用的设备。
常用的典型初混合设备有 a 转鼓式混合机 b 螺带混合机 c Z 型捏合机 d 高速混合机p25-2811、混炼和塑化的概念及它们的区别:将各种配合剂混入并均匀分散在橡胶中的过程叫混炼;将各种配合剂混入并均匀分散在塑料熔体中的过程叫塑化。
高分子材料加工工艺引言高分子材料是一类具有很高分子量的大分子物质,具有良好的可塑性和可加工性,因此在工业生产中得到广泛应用。
高分子材料的加工工艺对材料的性能和质量具有重要影响。
本文将介绍高分子材料的常见加工工艺及其特点。
压延法压延法是高分子材料加工的基本方法之一。
它通过将高分子材料置于两个连续旋转的辊子之间,通过压力将材料挤压成所需的厚度和形状。
压延法适用于制备薄膜、片材、带材等产品。
压延法的工艺流程包括以下几个步骤:1.原料准备:将高分子材料切碎或研磨成粉末状,准备好所需的添加剂和填充剂。
2.混炼:将高分子材料与添加剂、填充剂加入混炼机中进行混合。
3.炼胶:将混炼好的材料送至炼胶机中进行炼胶,以提高材料的可塑性和可加工性。
4.压延:将炼胶好的材料放入压延机中,通过辊子的旋转和压力的作用,将材料挤压成所需的薄膜、片材或带材。
5.后处理:对压延好的产品进行表面处理、冷却等后续工艺,使其达到所需的性能要求。
压延法的优点是加工速度快、效率高,可以制备出很多种形状的产品。
但是,压延法在某些高分子材料中容易产生气泡、缺陷等问题,需要通过优化工艺参数和加入消泡剂等方式解决。
注塑成型注塑成型是高分子材料加工的常用方法之一,尤其适用于制备大批量的复杂形状产品。
注塑成型通过将高分子材料加热熔融,然后将熔融材料注入模具中,通过模具的冷却固化成型。
注塑成型适用于制备塑料制品、零件、模具等产品。
注塑成型的工艺流程包括以下几个步骤:1.原料准备:将高分子材料切碎或研磨成粉末状,准备好所需的添加剂和填充剂。
2.预处理:将原料加入注塑机的料斗中,通过加热和混合来提高材料的可塑性和可加工性。
3.注塑:将预处理好的材料注入注塑机的料筒中,材料在高温和高压的作用下熔融。
4.冷却:在注塑机的模具中,熔融材料通过冷却固化成型。
5.后处理:将成型好的产品从模具中取出,进行修整、清洁、质检等后续工艺。
注塑成型的优点是生产效率高、制品成型精度高,还可以制备出各种复杂形状的产品。