第八讲 共混物工艺

间产品。
第二阶段：将组分含量较多的物料的剩余部分加入到 “海-海”结构的中间产品中，可得到分散相粒径小， 分布均匀的“海-岛”结构两相体系。
A A B
“海-海”
“海-岛”
图3 两阶共混分散历程示意图
两阶共混历程的关键是制备“海-海”结构的中间
产物。 该分散历程已成功应用于多种共混体系。如： PP/SBS共混体系，经两阶共混后，SBS分散相粒径 为1µm,且分布较窄。 对于分散相较易分散的体系，可采用一步法； 而对于分散相难于分散的体系，则可采用两阶共 混。
2.共混组分的熔体黏度 共混组分的熔体黏度对分散相的粒径大小有重 要影响。 分散相黏度与连续相黏度 分散相黏度降低 有利于分散相的粒径降低 连续相黏度提高 有利于分散相的粒径（因 为外界剪切力是通过连续相传递给分散相的） 不过分散相的粒径的降低是有限度的。
“软包硬”规律

共混体系中，黏度较低的一相为“软相”，黏 度较高的一相为“硬相”。研究表明：“软相”倾 向于成为连续相，而 “硬相”倾向于成为分散相， 这个规律被称为“软包硬”。
在一段时间后，破碎和集聚过程达到一平衡状态，
这时对应的分散相粒径有一平衡值，称为“平衡粒 径”。
12 R



PD PD EDK
4

分散相平衡粒径与共混体系黏度，剪切速率，界 面张力，分散体积分数，分散相物料宏观破碎能， 有机碰撞几率之间额关系式
三、 控制分散相粒径的方法
实际共混过程中，分散相粒径常比最佳粒径大，因而需 降低分散相粒径，并使其分布趋于均匀。 1.共混时间 一般 t 分散相粒径并均匀化，直到动态平衡。但t 不可过长，因为平衡后已无降低分散相粒径的效果，反 而会降解。 通过提高共混设备的分散效率，可缩短共混时间。

双螺杆挤出机 双螺杆挤出机的混炼挤出装置系由两根互相啮合 的螺杆和一个“∞”字形料筒组成。
双螺杆示意图

工作原理：主要是由两根互相啮合的螺杆在料筒内旋 转时所产生的“正向输送”作用，强制地将物料推向 料筒末端，在输送过程中，大部分物料强制地由一根 螺杆的螺槽转移到另—根螺杆的螺槽中去。随螺杆的 转动，物料在两螺杆之间反复转向，因而物料受到相 当良好的混炼。
热切 —— 在口模处装有旋转刀，直接对 热条切粒，然后冷却和输送（风冷或水冷）。
冷切 —— 挤出物料条先冷却（水冷或风 冷），再切粒。 所切粒子形状：相同横截面的柱体。 通常：用于加工塑料制品的称为粒子 （如PP粒子） 用于纺丝的称为切片（如PET切片）
热切造粒生产线
主要用于PVC等塑料热切造粒
黏度相近原则：在两相黏度相近的条件下，有 利于获得良好的分散。 η1/η2=1 这时，称为 等粘点。
一步法共混
橡 胶
η
η2 η1 T*
对于一步法共混: （在适当的配 比范围内） T>T* 时共混，橡胶硬相，塑料 软相；
T
塑 料
T<T*时共混， 橡胶软相，塑料 硬相 T* 为等黏温度
图2 橡胶与塑料的熔体 黏度-温度曲线示意图
聚合物改性
第五节 共混过程、工艺与设备
一、分布混合与分散混合
混合的方式：分布混合、分散混合
分布混合：分散相粒子不发生破碎，只改变分散 相的空间分布状况，增加分散相分布的随机性的混 合过程，该过程使分散相的空间分布趋于均匀化。 分散混合：即增加分散相空间分布的随机性，又
减小分散相粒径，改变分散相粒径分布的过程。
共混改性生产机组 机体各区段功能： ① 聚烯烃共混（HDPE、LDPE、LLDPE、PP等）,聚苯乙烯与 其共聚物共混
② 工程热塑性塑料共混 （PA,PET,PBT,PC,ABS,POM,PMMA,PPO,PPS,PTFE,LCP,PEEK等）
③热切敏感原料共混（XLPE,热塑性橡胶，泡沫聚合体等）
通过不同形式螺杆组合，可适 应各种塑料加工工艺技术 ·螺纹元件深槽设计， ·螺杆芯轴采用渐开线设计， ·积木式筒体，任意组合 ·多种功能的螺纹元件
双螺杆挤出机种类较多，根据分类不同可分为平 行、锥形双螺杆挤出机；同向、异向旋转啮合型双螺 杆挤出机及非啮合型双螺杆挤出机等。 啮合型双螺杆挤出机 有混炼效果好，物料在料筒内停留时间分布窄 ，挤 出量大，能量消耗少等优点， 成为聚合物共混中最得 力的设备。
啮合型异向旋转双螺杆挤出机 两根螺杆是对称的，由 于旋转方向不同，一根 螺杆上物料螺旋前进的 道路被另一根螺杆的螺 棱堵死，不能形成 “∞”字型运动。 物料通过两螺杆之间的 径向间隙时，受到强烈 的剪切、搅拌和压延作 用，因此物料塑化较 好，同时它靠逐渐减小 螺距来获得压缩比，多 用于共混改性。。
设备参数包括：螺杆直径，螺杆的几何参数，诸 如直径、长径比、螺槽深度、螺杆各段长度比等。
普通的单螺杆挤出机并不能获得满意的混合分散作 用。
采用新型螺杆和混炼元件（屏障型、销钉型等） 的高效混炼挤出设备，强化了剪切作用和对流作用， 即提高剪切速率，延长混炼作用时间，加强对混合物 料的分割和扰动。
屏障型螺纹形式 促使熔化并使熔体受到 较强的剪切，更有利于 混合作用的发挥

粉料共混设备 主要用于使聚合物粉料与各种添加剂均匀混 合，以便于进一步的熔融共混。
①高速捏合机 ②Z形捏合机

熔融共混设备 主要包括开练机、密练机、挤出机等。）
①开炼机 又叫双 辊混炼机。主要工 作部件为相向旋转 的两个滚筒，调节 两辊筒的间隙，可 改变物料所受的剪 切力，调节滚筒温 度，可调整共混物 料的熔体温度。
二、分散相的分散过程与集聚过程
破碎（初期倾向大）
集聚（自发进行）
图1 共混中“破碎”与“集聚”过程示意图
在聚合物共混过程中，同时存在着“分散过程”与 “集聚过程”，这是一对互逆的过程。在共混初期，物料 在剪切力作用下，分散相变形、破碎；同时分散相粒子互 相碰撞有机会重新集聚成较大的粒子。
影响破碎的因素主要来自两个方面： 外界的剪切能
②密炼机 混炼室 是密闭的，操作 安全，生产效率 高，但属于间歇 操作。
③挤出机 （ 分为单螺杆和双螺杆）
单螺杆挤出机
在塑料加工领域应用极为广泛，不仅可以对聚合物
进行共混，还可配合口模挤出成型管材、异型材等产 品。
工作机理：在固体输送区，物料是靠它与螺杆和
机筒之间的摩擦系数的差值形成的摩擦力而向前输送 的。当物料熔融成为熔体后，在螺纹区物料是靠粘性 拖曳向前输送的。而在无螺纹区则是靠压差向前输送 的。
适宜的温度。
粒径 分布均匀，但不宜过
影响破碎与分散，要选
共混温度—共混温度 黏度
பைடு நூலகம்
加料顺序—助剂、共混物分先后顺序加料。 混合方式—一步法、二阶共混等
作业： 1. 试述影响分散相粒径的影响因素。 2.什么是两阶共混分散历程？和一步共 混法相比有何优势？ 3.聚合物共混改性中常用的设备有哪些？ 那种设备是最得力的？为什么？
E
E

.
.
.
2
（1）
.
.
-单位体积的剪切能； - 剪切应力； -共混物黏度； 所以，使τ 或η 可加速破碎。

-剪切速率
自身的破碎能（与分散相的表面能Edf 及熔体黏度、 黏弹性有关） 降低分散相的破碎能，可加速破碎。
集聚过程的速度取决于 分散相的碰撞次数：与体积分数、粒子总数、剪切 速率有关 碰撞的有效率：相互碰撞集聚成大粒子的概率
塑料冷切拉条造粒机组
本机组主要由塑料挤出机、冷却水槽、刀式吹干机、切粒机、振动 筛五个单元组成，总长约12米，适用于PVC，PE等及其它工程塑料造 粒。
塑料水环造粒机组
该生产线主要用于PVC、PE等其它工程塑料造粒。
切粒机头
③切碎机粒化
塑料破碎机
七、 共混工艺因素对共混物性能的影响
共混时间—共混时间 长，防止降解。
五、剪切应力对分散过程的影响
剪切应力
颗粒形变
破碎
足够大
形变不足
粒子转动 与应力方 向相平行
难以破碎
首先保证设备能够向物料施加足够的剪切应
力，随着剪切应力增大，分散相粒径降低。 避免物料转动与剪切应力方向一致，应向混 合部件提供不断改变方向的剪切应力。
双阶挤出机组
六、 共混设备简介
主要有 粉料共混设备 熔融共混设备 粒化设备
两阶共混
调节熔体黏度的方法 采用温度调节 可找到T* 采用助剂调节 添加填充剂、软化剂等 改变分子量 3. 增容剂 通过添加增容剂，改善两相间的界面结合，使 界面张力降低，从而使分散相粒径变小。

四、 两阶共混分散历程
通过共混分散历程的设计，可以有效地提高共混产品 的质量。目前较为成熟的分散历程是两阶共混分散历程 第一阶段：两种共混组分中用量较多的组分的一部 分，与另一组分的全部先进行第一阶段共混，尽量使两 组分黏度相近，用量大体相等，制备出“海-海”结构中
④弹性体共混（TPO，TPE，TPV）
先进的控制系统
SHJ-72B双螺杆挤出机
SHJ-92C双螺杆挤出机

粒化设备

切粒机 造粒机 切碎机
①切粒机粒化 主要指对经开炼机辊压后的片状物料的纵横向切粒， 又称平板切粒机。 所切粒子形状：矩形六面体
②造粒机粒化 对经挤出机塑化挤出后的条状物料的进行横切，又 分为两种：