第二章第一节混合与混炼理论基础

1、第二章：混合与混炼第二章混合与混炼（Mixing and Compounding）第二章：混合与混炼性能好成本低耐高温易加工 韧性好强度高综合 性 能 优 异合成新型聚 合物周期长、成本高对现有聚合 物进行改性共混第一节：混合与混炼原理第一节：混合与混炼原理（Theory of Mixing and Compounding ）一、共混方法及目的二、聚合物共混的基本概念 三、聚合物共混物的形态结构（自学）四、共混原则五、共混体系的类型及特征六、共混过程的要求第一节：混合与混炼原理一、共混方法及目的2、共混方法1、共混目的第一节：混合与混炼原理第一节：混合与混炼原理改善材料的加工性能IIR（气密性

2、、吸震性好，流动性差） OPE（流动性好） IIR+OPE（挤出速度可提高15%）降低成本PP+EPDM+ 滑石粉、EPR+PP、SBR+PE、混入填充剂提高材料的使用性能PP（耐老化性差、低温脆性）PE（耐老化性好、抗冲性能好）PS和PVC中混入10%20%橡胶，冲击强度。第一节：混合与混炼原理共混是两种或两种以上聚合物加以混合，使之形成表观均匀的混合物的过程。共混方法包括：¾ 机械共混法物理共混法、反应-机械共混法¾ 液体共混法 溶液共混法、乳液共混法¾ 共聚共混法接枝共混法（HIPS、ABS） 嵌段共混法（SBS、SIS）¾ 互穿网络聚合物（IPN

3、）制备技术二、聚合物共混的基本概念1.共混物组成及配比的表示方法第一节：混合与混炼原理组成共混物中含有几种聚合物几元共混物PP/PE：二元共混物 PP/PE/CaCO3：CaCO3填充的PP/PE二元共混物 NR/SBR/炭黑： 炭黑填充的NR/SBR二元共混物以重量份数表示配比以含量表示质量分数、体积分数、摩尔分数第一节：混合与混炼原理a、将聚合物总量用100重量份表示，各种不同组分相应占多少重量份(NR/CR/PVC=70/10/20)b、将量多的聚合物的量定为100重量份，其他组分对应于它所占的重量份 (NR/PE=100/20)第一节：混合与混炼原理PVC配方例：PVC100DOP40

4、 三碱式硫酸铅3 二碱式硫酸铅2BaSt1.5PbSt0.5HSt1份数 法 举 例第一节：混合与混炼原理NR/SBR配方例：NR+SBR100NR/SBR70/30炭黑50S1.5TT0.2硫磺促进剂CZ1.0硫磺促进剂份数法举例第一节：混合与混炼原理质量分数体积分数摩尔分数W1=m1/(m1+m2) 1=V1/(v1+v2)x1=n1/(n1+n2)W2=m2/(m1+m2) 2=V2/(v1+v2) x2=n2/(n1+n2)配方组分含量的表示方法第一节：混合与混炼原理2、相态的描述堆积的状态¾相：具有相同的物理和化学性质的均匀部分。¾连续相：共混物中连续而不间断的相

5、（海相)。¾分散相：间断地分散在连续相中的部分（岛相）。第一节：混合与混炼原理第一节：混合与混炼原理¾ 均匀性：是指被分散物在共混体中浓度分布的均一性，反映在共混物不同部位取样，分散物含量的差异程度。均匀性主要取决于混炼效率和混炼时间。3. 均匀性和分散度第一节：混合与混炼原理第一节：混合与混炼的基本理论分散度：指分散相的破碎程度。用分散相的平 均尺寸及其分布表示。尺寸越小，分布越窄， 则分散度越高。第一节：混合与混炼原理直接影响材料力学性能的是分散相粒子的表面积，因此要求粒径分布要均匀。第一节：混合与混炼原理注意¾共混体系的均匀性和分散度与混炼设备、工艺以及分散

6、相与基体的亲和性有关。剪切力大，易破碎，分散度高；粘度大，局部剪切力大，粒子易破碎；剪切速率高，分散度高。¾一般聚合物分散相粒子尺寸在50.3um，粒径分布最好窄些。¾聚合物共混时，均匀性和分散度越好，对共混物性能的贡献越大。1、聚合物共混物形态的基本特征聚合物共混物的形态结构？2、几种典型聚合物共混物的形态结构第一节：混合与混炼原理三、聚合物共混物的形态结构1、聚合物共混物形态结构的基本特征一种聚合物组分（分散相）分散于另一种聚合物组分（分散介质或基体）中，或者两组分构成的两相以相互贯穿的 连续相形式存在；聚合物共混物两相之间一般存在相互浸润的过渡区，即界面层，它对共混物

7、的性能起着十分重要的作用。第一节：混合与混炼原理第一节：混合与混炼原理使用机械共混法时，大多数情况下属于单相连续结构，一般连续相体现共混物的基本性能，分散相对某些特殊性能有明显贡献。(a)HIPS/聚丁二烯；(b)羧基丁腈橡胶/双酚A二缩水甘油醚环氧树脂2、几种典型聚合物共混物的形态结构¾ 非晶态聚合物共混体的形态结构单相连续结构第一节：混合与混炼原理单相连续结构第一节：混合与混炼原理两相互锁或交错结构第一节：混合与混炼原理两相连续结构共混物中两组分均为结晶聚合物相容性？第一节：混合与混炼原理2、几种典型聚合物共混物的形态结构¾ 含结晶聚合物共混物的形态结构第一节：混合与混

8、炼原理共混物中两组分均为结晶聚合物形成非晶态共混体系（ PET/PBT）第一节：混合与混炼原理两种聚合物分别结晶的形态结构例如：PE/UHMWPEPPS/PA共混物中两组分均为结晶聚合物第一节：混合与混炼原理两种聚合物分别形成球晶的形态结构（P15页）共混物中两组分均为结晶聚合物第一节：混合与混炼原理四、共混原则1. 聚合物间共混原则¾相容性原则¾流变学原则¾表面张力相近原则¾分子扩散动力学原则第一节：混合与混炼原理（1）相容性原则“相似相容”分子级混合：1- 2=0（1=2） 完全相容（compatibility，热力学相容性）一般情况下：12多数聚合

9、物共混体系属热力学不相容体系1和2相差不大时，部分相容 1和2相差较大时，完全不相容工艺相容性（miscibility）：NBR/EPDM完全不相容，靠机械力可形成微观非均匀，宏观均匀相态工艺相容性相同或相近是聚合物共混时相容的必要条件。其相容性还受其它因素（结晶、极性、氢键等）影响。aLDPE/LLDPE160190LDPET/第一节：混合与混炼原理在加工过程中选择适当的温度和剪切速率，接近“等粘点”。（2）流变学原则“等粘性”两种材料粘度相近，在相同力场作用下，形变量相近，互相易于穿插，不易出现分层现象，共混物的性能越好。LLDPE（耐穿刺）第一节：混合与混炼原理如遵循表面张力相近原则的常

10、用共混体系：n BR（顺丁橡胶）/PEn NBR（丁腈橡胶）/PVCn NR/EVA（乙烯/醋酸乙烯共聚物）（3）表面张力相近原则不同组分表面张力越接近，界面间的接触和相互浸润越好，界面粘接力越强。第一节：混合与混炼原理树 脂×105N/cm聚丙烯31.21丁腈橡胶35.78聚乙烯31.59丁腈橡胶41.02顺丁橡胶32.67聚氯乙烯42.19天然橡胶34.90聚苯乙烯42.96乙丙橡胶32.01PVA40.20丁苯橡胶38.50EVA35.86氯丁橡胶40.80SBS32.67树 脂×105N/cm第一节：混合与混炼原理（4）分子扩散动力学原则两种聚合物相互接触时，会产生

11、链段间的相互扩散，若两种聚合物大分子具有相近的活动性，则两种大分子的链段就以相似的速度相互扩散，界面层较厚，共混物性能较好。第一节：混合与混炼原理2. 聚合物和添加剂共混原则聚合物添加剂体系的微观相态：聚合物为连续相，添加剂为分散相。¾ 相容性聚合物/有机物 ：塑料/炭黑等（相容性好） 聚合物/无机物： PP/CaCO3 等（相容性不好）¾ 粒径粒径um补强材料粒径10um增量材料粒径10um必须经过粉碎，否则不能用 作聚合物的添加剂第一节：混合与混炼原理五、共混体系的类型及特征固体固体、液体液体、固体液体六、共混过程的要求第一节：混合与混炼原理1、挤压第一节：混合与混炼原理2、剪切第一节：混合与混炼原理拉伸可以使物料产生变形，减小料层厚度，增加界面，有利于混合。3、拉伸第一节：混合与混炼原理4、分流合并与置换第一节：混合与混炼原理第一节：混合与混炼原理5、聚集在混合过程