4.2高分子材料的混合与制备

第五章

高分子材料 混合与制备

第一节 混合与分散理论一、混合机理 二、混合的分类 三、混合状态的判定

第二节 混合设备一、混合设备的分类 二、间歇混合设备 三、连续混合设备

第三节 橡胶的塑炼与混炼一、生胶的塑炼 二、胶料的混炼

第四节 塑料的混合与塑化一、原料的准备 二、混合 三、塑炼(塑化) 塑炼(塑化) 四、粉碎和粒化

第五节 塑料溶液和溶胶塑料的配制一、塑料溶液的配制 二、溶胶塑料的配制

高分子材料是以高分子化合物为主体， 高分子材料是以高分子化合物为主体，加上其它添 加剂组成的多相复合体系。 加剂组成的多相复合体系。 对绝大部分高分子材料而言， 对绝大部分高分子材料而言，都不是单独使用高分 子化合物。 子化合物。 加入其它物料的目的： 加入其它物料的目的： 1、改善高分子材料制品的使用性能 、 2、改善成型工艺性能 、 3、降低成本 、

高分子材料成型加工前的准备工艺由于高分子材料由多种组分组成， 由于高分子材料由多种组分组成，因此在成型前必须要 将各种组分相互混合， 将各种组分相互混合，制成合适形态的物料再进行成型加 工，这一过程就称为混合，又称为配料，实际上是成型加工 这一过程就称为混合，又称为配料， 混合 前的准备工艺。 前的准备工艺。

为何需要在成型前进行准备？ 为何需要在成型前进行准备？1、不同的成型工艺，对原料的形态有不同的要求 、不同的成型工艺， 塑料制品：粒状、粉状、片状、液状、糊状 塑料制品：粒状、粉状、片状、液状、糊状…… 橡胶制品：混炼胶团、片状胶条…… 橡胶制品：混炼胶团、片状胶条 2、各种配合剂需要进行预处理 、 3、聚合物原料在运输、贮存过程中会造成性质变劣或混 、聚合物原料在运输、 入杂质，需要在成型前进行预处理 入杂质， 4、聚合物与不同的配合剂需要在成型前进行有效的混合 、 5、成型加工的物料必须经过准确计量 、

第一节 混合与分散理论一、 混合机理混合的定义： 混合的定义： 混合是一种操作，是一个过程， 混合是一种操作，是一个过程，是一种趋向于减少混合 物非均匀性的操作， 物非均匀性的操作，是在整个系统的全部体积内各组分在其 基本单元没有发生本质变化的情况下的细化和分布过程。 基本单元没有发生本质变化的情况下的细化和分布过程。 细化和分布过程

混合机理1、 扩散 、组分的非均匀性减少 通过各组分的物理运动 组分的细化

混合的基本运动形式(Brodkey混合理论) 混合理论) 混合理论

分子扩散 体积扩散 涡流扩散

分子扩散由浓度梯

度驱使自发地发生的一种过程，各组分的 浓度梯度驱使自发地发生的一种过程， 微粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域， 微粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域，从而达 到各处组分的均化。 到各处组分的均化。 不同物态的物料，其分子扩散的程度不同。 不同物态的物料，其分子扩散的程度不同。 聚合物的混合是高粘度熔体间的混合， 聚合物的混合是高粘度熔体间的混合，不是靠分子 扩散实现。但低分子组分在聚合物熔体中的混合， 扩散实现。但低分子组分在聚合物熔体中的混合，可通 过分子扩散实现。 过分子扩散实现。

涡流扩散(紊流扩散) 涡流扩散(紊流扩散)紊流扩散的必要前提是体系粘度很低， 紊流扩散的必要前提是体系粘度很低，或物料运动的 速度很高，达到紊流的程度。 速度很高，达到紊流的程度。由于高分子熔体或浓溶液粘 度很高，要达到紊流，必须有很高的流速。 度很高，要达到紊流，必须有很高的流速。 聚合物熔体的流速很高时，剪切速率一定也很高， 聚合物熔体的流速很高时，剪切速率一定也很高，会 造成聚合物降解，成型加工中不允许。因此，聚合物加工 造成聚合物降解，成型加工中不允许。因此， 中通常很少发生涡流扩散。 中通常很少发生涡流扩散。

体积扩散(对流扩散) 体积扩散(对流扩散)流体质点、 流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向 另一个空间位置的运动， 另一个空间位置的运动，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。 间内发生运动，以期达到各组分的均匀分布。 在聚合物加工中，体积扩散占支配地位。 在聚合物加工中，体积扩散占支配地位。 体积对流混合可发生在固体物料间，或液体物料间) (可发生在固体物料间，或液体物料间)

体积扩散 层流对流混合主要发生在液体物料间) (主要发生在液体物料间)

混合机理2、 混合过程要素 、混合的目的： 混合的目的： 使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料中的一种 物料按照可接受的概率分布到另一种物料中去， 物料按照可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到 组成均匀的混合物。 组成均匀的混合物。

混合的问题在没有分子扩散和分子运动的情况下， 在没有分子扩散和分子运动的情况下，为了达到物料所 需的良好的分散， 需的良好的分散，混合问题就变成一种物料发生形变和重新 分布的问题，同时，还要防止分散颗粒的凝聚趋势。 分布的问题，同时，还要防止分散颗粒的凝聚趋势。 这样，混合就需要有外加的作用力(主

要是剪切力), 这样，混合就需要有外加的作用力(主要是剪切力), 这种外加作用力主要起两个作用： 这种外加作用力主要起两个作用： (1)使物料发生形变和重新分布； )使物料发生形变和重新分布； (2)克服颗粒的凝聚。 )克服颗粒的凝聚。

剪切 粘性流体的混合要素 分流 位置交换

搅拌 混合操作 混合 混炼 压缩 混炼三要素 剪切 分配置换

混炼三要素三者的关系： 三者的关系： “分布”由“置换”来完成； 分布” 分布 置换”来完成； “剪切”为进行“置换”起辅 剪切”为进行“置换” 助作用； 助作用； “压缩”则是提高物料的密 压缩” 压缩 为提高“剪切” 度，为提高“剪切”速率起 辅助作用。 辅助作用。

置换( ) 剪切( ) 压缩( ) 置换(D) 剪切(S) 压缩(P)

在聚合物混合过程中，混合机理包括了如下作用： 在聚合物混合过程中，混合机理包括了如下作用： 剪切 分流、 分流、合并和置换 挤压(压缩) 挤压(压缩) 拉伸 聚集 影响这些作用在同一个混合过程中所处地位的因素： 影响这些作用在同一个混合过程中所处地位的因素： 混合的最终目的、 物料的状态、温度、压力、速度等。 混合的最终目的、 物料的状态、温度、压力、速度等。