聚合物加工原理-3混合与混炼理论基础-新讲内容

1、一、共混的目的一、共混的目的提高材料的使用性能提高材料的使用性能 PP（耐老化性差、低温脆性）耐老化性差、低温脆性） PE（耐老化性好、抗冲性能好）耐老化性好、抗冲性能好）改善材料的加工性能改善材料的加工性能 IIR（气密性、吸震性好，流动性差）气密性、吸震性好，流动性差） OPE（流动性好）流动性好） IIR+OPE（流动性提高流动性提高15倍）倍）降低成本降低成本 PP（70007000元左右元左右/ /吨）吨）+ +EPDM（2万元万元/ /吨）吨）, ,加入滑石粉（几角加入滑石粉（几角/ /公斤）公斤） 1. 1. 混合与混炼的定义混合与混炼的定义 混合混合: : 数种物质采用搅拌等方

2、式，施加不大数种物质采用搅拌等方式，施加不大的作用力就可将它们混成一个整体的过程。的作用力就可将它们混成一个整体的过程。 混炼：混炼：数种物质混合，需施加强力剪切或拉伸数种物质混合，需施加强力剪切或拉伸及掺混作用方可完成，该过程称为混炼。及掺混作用方可完成，该过程称为混炼。 严格讲混合与混炼并无严格的区分，塑料严格讲混合与混炼并无严格的区分，塑料加工业常用混合，而橡胶加工业常用混炼。加工业常用混合，而橡胶加工业常用混炼。2.共混体系的类型共混体系的类型（1 1）按材料的组成分）按材料的组成分 如，如， PP/PE/CaCO3CaCO3填充的填充的PP/PE二元共混物；二元共混物； NR/ /炭

3、黑共混体系。炭黑共混体系。如，如， PP/GF体系、体系、NBR/短纤维。短纤维。二、聚合物共混的基本概念二、聚合物共混的基本概念 c c、聚合物聚合物/ /聚合物体系聚合物体系 如，如， PP/PE、NBR/PVC等等（2 2）按材料的凝聚态分）按材料的凝聚态分 固液共混、液液共混、固固共混。固液共混、液液共混、固固共混。（3 3）按反应过程有否化学反应分）按反应过程有否化学反应分 反应共混、物理共混反应共混、物理共混 3 3、共混形式、共混形式（1 1）分布混合）分布混合（Distribution mixing) 均匀性的改善均匀性的改善（2）分散混合分散混合（Dispersive mix

4、ing) 分散性的改善分散性的改善1 1、固固混合、固固混合 混合机混合机2 2、液液混合、液液混合 搅拌机、搅拌机、 高速混合机高速混合机3 3、固液混合、固液混合 捏合机、开炼机、密炼机、捏合机、开炼机、密炼机、 挤出机等。挤出机等。四、共混考虑的原则四、共混考虑的原则1 1、化学结构相近原则、化学结构相近原则2 2、热力学原则、热力学原则3 3、流变学原则、流变学原则4 4、胶体化学原则、胶体化学原则5 5、扩散动力学原则、扩散动力学原则相容性原则相容性原则“相似相容相似相容” 化学结构单元相近具有相容性化学结构单元相近具有相容性 如如，PP与与EPDM, PS与与SBS、 PP与与SE

5、EPS热力学第二定律：（两种化合物等温混合时）热力学第二定律：（两种化合物等温混合时） G = H - TS 共混时要求：共混时要求： G0 0，即，即H HT TS S一般情况下：一般情况下： H0（共混过程一般是放热过程（共混过程一般是放热过程） S0 0（共混过程是一个熵增过程共混过程是一个熵增过程） H = Vm(1- 2 ）212 H要尽量小要尽量小溶解度参数溶解度参数：单位体积内聚能密度的平方根。：单位体积内聚能密度的平方根。2、热力学原则、热力学原则“溶解度参数相近溶解度参数相近” 分子级混合分子级混合：H=0 1 - 2 = 0（ 1=2 ） 完全相容完全相容（compatib

6、ility） 一般情况下一般情况下：12 多数聚合物共混体系属热力学不相容体系多数聚合物共混体系属热力学不相容体系 1和和2 相差不大时，部分相容相差不大时，部分相容 1 1和和2 2 相差较大时，完全不相容相差较大时，完全不相容l 小分子小分子 1 12 2 1.5 1.5 不相容不相容l 高分子高分子 1 12 2 0.5 0.5 不相容不相容 PS与与PB： 12 0.7 不相容不相容 PS与与PVC：12 1 不相容不相容 l 工艺相容性工艺相容性（miscibility）：）： NBR/EPDM完全不相容，靠机械力可形成微完全不相容，靠机械力可形成微观非均匀，宏观均匀的相态。观非均匀

7、，宏观均匀的相态。两种材料粘度相近，内摩擦阻力相近，在相同力场两种材料粘度相近，内摩擦阻力相近，在相同力场作用下，形变量相近，互相易于穿插作用下，形变量相近，互相易于穿插. .LDPET/a 160190LDPE/LLDPELLDPE（耐穿刺）耐穿刺）寻找合适的工艺条件寻找合适的工艺条件;T;T、应、应力、应变速率等。力、应变速率等。聚合物是非牛顿流体，其表观粘度对温度和流体剪切速率敏感。因此，要寻求合适的工艺条件。树树 脂脂105N/cm树 脂105N/cm聚丙烯聚丙烯31.21丁腈橡胶丁腈橡胶35.78聚乙烯聚乙烯31.59丁腈橡胶丁腈橡胶41.02顺丁橡胶顺丁橡胶32.67聚氯乙烯聚氯乙

8、烯42.19天然橡胶天然橡胶34.90聚苯乙烯聚苯乙烯42.96乙丙橡胶乙丙橡胶32.01PVA40.20丁苯橡胶丁苯橡胶38.50EVA35.86氯丁橡胶氯丁橡胶40.80SBS32.67 不同组份表面张力不同组份表面张力 s s越接近，界面间的接触和越接近，界面间的接触和相互浸润越好，界面粘接力越强。相互浸润越好，界面粘接力越强。树树 脂脂 s（表面张力系数）（表面张力系数）105N/cm树树 脂脂 s105N/cm聚丙烯聚丙烯31.21丁腈橡胶丁腈橡胶2635.78聚乙烯聚乙烯31.59丁腈橡胶丁腈橡胶4141.02顺丁橡胶顺丁橡胶32.67聚氯乙烯聚氯乙烯42.19天然橡胶天然橡胶34

9、.90聚苯乙烯聚苯乙烯42.96乙丙橡胶乙丙橡胶32.01PVA40.20丁苯橡胶丁苯橡胶38.50EVA35.86氯丁橡胶氯丁橡胶40.80SBS32.67 两种聚合物相互接触时，会产生链段间两种聚合物相互接触时，会产生链段间的相互扩散，若两种聚合物大分子具有相近的相互扩散，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，共混物性能较速度相互扩散，界面层较厚，共混物性能较好。好。 调整工艺条件（调整工艺条件（T T、驱动力）使、驱动力）使 D DABAB相近。相近。第二节第二节 混合与混炼原理混合与混炼原理一、分

10、布混合与分散混合的作用机理一、分布混合与分散混合的作用机理二、扩散与对流作用二、扩散与对流作用三、混合元件作用原理三、混合元件作用原理四、共混物的分散程度评价四、共混物的分散程度评价（1 1）定义：）定义：分散相与连续相间的相互作用面增分散相与连续相间的相互作用面增 大和分散相在空间分布均匀化的过程。大和分散相在空间分布均匀化的过程。 均匀度：均匀度：分散相浓度均一性的程度分散相浓度均一性的程度. .1 1、分布混合、分布混合（2）分布混合的动力）分布混合的动力作用力：剪切、拉伸、压缩应力及掺混作用等。作用力：剪切、拉伸、压缩应力及掺混作用等。ABPBASSAAABBBABSDP产生的效果：产

11、生的效果： 1、相间相互运动，、相间相互运动，产生空间位置交产生空间位置交换，换，从而提高均匀性。从而提高均匀性。 2、在力的作用下，、在力的作用下，分散相产生大的分散相产生大的形变形变，与连续相间的作用面增大，分散性，与连续相间的作用面增大，分散性也明显得到改善。也明显得到改善。1 1、分布混合、分布混合均匀性均匀性单位面积上分散相浓度相近在剪切力作用下，形成条纹，沿圆周方向分在剪切力作用下，形成条纹，沿圆周方向分布开来。布开来。如，同心圆筒产生相对旋转，液滴被拉长。如，同心圆筒产生相对旋转，液滴被拉长。相互作用面相互作用面粘性力和与平板平粘性力和与平板平行的外部压力推动行的外部压力推动（4

12、）分布混合的评价）分布混合的评价分散相局部区域尺寸的减小分散相局部区域尺寸的减小。如，如，圆变成椭圆圆变成椭圆。 分散相与连续相的相互作用面增大，分布混合效分散相与连续相的相互作用面增大，分布混合效果好。果好。R 应变应变412)1(2 R简单剪切：W1W2W3W4厚度减小：厚度减小：W1W2W3W4xyvxL0t时间后时间后L12=L02+(L0t)22/1)1 (201tLL条纹变长，宽度减小。条纹变长，宽度减小。2/1)1 (201tWW混合程度混合程度LBL=BB=BL20021coscos1cosBBBLLLLBLBLLB=BLBLBB=BL=B=2RLB6/) ( 6/)2(23B

13、LR球体椭圆体4/124/120)1)(2()1 (RB 用连续相与分散相界面积比来评价用连续相与分散相界面积比来评价 简单剪切流场，分散相的界面面积与应变之间简单剪切流场，分散相的界面面积与应变之间存在如下关系：存在如下关系：cosAA0A0分散相初始界面面积分散相初始界面面积。A分散相混合后的界面面积分散相混合后的界面面积。 分散相表面法矢量方向和流分散相表面法矢量方向和流 动方向间的夹角。动方向间的夹角。 总应变总应变。bacc与与A0面垂直，面垂直， =2A0c按向量法则，向量C各分量为：xyxyzzxyzyxbabacbacbac)(abA0cxyz a bA cxyz在这一剪切变应

14、作用下，t时间后， 成为 ，确定界面A， 未变化，A为变形表面的面积。a abAc2 22220ccccccAAzyx式1设剪切方向沿设剪切方向沿X轴轴:ytvtvvyvxzyx/0, a bA cxyz变形后：kbajbabaibabackbibbbayjaiaaaxyzyzxzyzxyyyx)()()( ,)(zzxyyxxccccccc)(xyxyzzxyzyxbabacbacbac)(由：式2abA0cxyzkbajbabaibabackbibbbayjaiaaaxyzyzxzyzxyyyx)()()( ,)(将式将式2代入式代入式1：22021ccccccAAxyx向量向量c的方向余

15、弦是：的方向余弦是：ccccyxcos,cos上式变为：2/1220)coscoscos21 (AA式3表明：界面积的增长取决于起始取向及所受剪切应变的大小。式3cosAA0大形变22220ccccccAAzyxabA0cxyz在稳态剪切过程中，分布混合的效果逐渐增大。在稳态剪切过程中，分布混合的效果逐渐增大。 90，界面面积变界面面积变化不大。化不大。VV 0，界面面积增长最快，界面面积增长最快，转动速度最快。转动速度最快。cosAA0abA cxyz为向量为向量 与与X轴的夹角轴的夹角 c受剪切最大的方向受剪切最大的方向135，变形最大，变形最大 V2/1220)coscoscos21 (

16、AA考查剪切流，单轴拉伸，平面拉伸的界面增长的区别：考查剪切流，单轴拉伸，平面拉伸的界面增长的区别：例例1：简单剪切流：起始取向简单剪切流：起始取向 0，90，当当10时，界面增长函数为时，界面增长函数为10.05201AA例例2：简单剪切流：简单剪切流：起始取向起始取向 135，45, N次应变，每次应变次应变，每次应变后再取向，后再取向， 总应变为总应变为。每步应变为。每步应变为/N。该实验假设该实验假设N值较大，每次发生值较大，每次发生/N形变后，取向方形变后，取向方向仍保持向仍保持 135和和45。则可得（。则可得（N=2）：）： 2/1220)coscoscos21 (AA201)(

17、211NNAA212)(211NNAA222202)(211 )(211)(211NNNNNNNAA220)(211 NNNAA则总界面增长函数为：则总界面增长函数为：当当N=10，N=20时，界面增长函数分别为时，界面增长函数分别为97.66和和128.39。1 .1482102max0eeAA平面拉伸流平面拉伸流例例3：单轴拉伸流，平面拉伸流：单轴拉伸流，平面拉伸流XZY单轴拉伸流单轴拉伸流2/2/zvyvxvzyx0zyxvyvxv2max0eeAApeeAAmax0单轴拉伸流单轴拉伸流平面拉伸流平面拉伸流流动类型流动类型简单剪切简单剪切单轴拉伸单轴拉伸平面拉伸平面拉伸面积比A/A010

18、.051.4841022.202104剪切流及拉伸流中的面积比peeFF1F2双小球模型双小球模型分散相颗粒在连续流体剪切场中，首先：分散相颗粒在连续流体剪切场中，首先：（1 1）F2F2作用下发生转动，同时，作用下发生转动，同时，F1F1逐渐变大逐渐变大（2 2）F1F1作用下分散相颗粒伸长变形作用下分散相颗粒伸长变形（3 3）当分散相颗粒取向方向与流体速度场方向夹角为）当分散相颗粒取向方向与流体速度场方向夹角为4545度时，度时，F1F1作用力最大，最有利于破碎分散。作用力最大，最有利于破碎分散。夹角 用分散相在连续相中分布的均匀性评价用分散相在连续相中分布的均匀性评价Dispersive

19、 MixingDistributive Mixing 填充炭黑的填充炭黑的SSBR及大体积封端改性的及大体积封端改性的SSBR硫化胶的硫化胶的TEM照片照片SSBRV-SSBR2 2、分散混合、分散混合(1)(1)定义：定义：将分散相的颗粒破碎，然后分散在连将分散相的颗粒破碎，然后分散在连续相中的过程。续相中的过程。分散分散(2)分散过程分散过程聚合物共混物的形态发展机理聚合物共混物的形态发展机理 填充纳米填充纳米SiOSiO2 2粉体的粉体的SSBR及其端基改性的及其端基改性的SSBR硫化胶的硫化胶的TEM照片照片SSBRE-SSBR(3)分散混合机理分散混合机理（液滴分散机理，细流线破裂机

20、理）（液滴分散机理，细流线破裂机理）1、液滴分散机理：、液滴分散机理：分散相颗粒在外力作用下运动、变形及破碎：分散相颗粒在外力作用下运动、变形及破碎： 在外力作用下，先发生变形，由近似球形变为纺锤形；同时，分散相颗粒会发生转动。如分散相颗粒变形足够大，就会破碎，分散为更小颗粒。但也会出现：当分散相颗粒变形不足以发生破碎时，分散相颗粒就已转动到了与剪切应力平行的方位，如剪切应力场是单一方向的，这位于其平行方向的粒子就难以进一步破碎。2、影响分散混合的、影响分散混合的5个要素个要素l聚合物两相体系的熔体粘度（特别是粘度比值）以及熔体弹性l聚合物两相体系的界面能（界面张力）l聚合物两相体系的组分含量

21、配比以及物料的初始状态l流动场的形式（剪切流动、拉伸流动）和强度（如剪切场中的剪切速率）l共混时间（共混物料在混合设备各个区段的停留时间）3、分散混合理论模型：、分散混合理论模型：BL变形为变形为D：212)19(20) 1(4)1619(5CaBLBLD式中式中为分散相与连续相的粘度比为分散相与连续相的粘度比a. 液滴模型液滴模型212)19(20) 1(4)1619(5CaBLBLDRCcaCa是是Capillary数数c连续相粘度连续相粘度R液滴（分散相）半径液滴（分散相）半径两相间界面张力两相间界面张力式中：Ca越大，D越大，变形越大Ca总有特定的临界值，小于临界值液滴稳定；大于临界值

22、，不稳定，发生破碎。b. 双小球模型双小球模型r*Rr分散相颗粒中有两个球形粒子，分析第二个小球的运动轨迹。r*为两粒子中心的临界距离。2Rrr*粒子间相互作用力（内粒子间相互作用力（内力）：力）：弹性力弹性力聚合物熔体粘滞力聚合物熔体粘滞力界面张力等界面张力等K2K3K4KK0.5K1K2K)1 (exp00000yyKyyyyxyx第二个小球的运动轨迹方程：K值对运动轨迹有重要影响值对运动轨迹有重要影响RCcarcFRK6相相似似考虑更全面，并回避了考虑更全面，并回避了Fr的具体表征，而侧重的具体表征，而侧重K与运动轨迹关系推导与运动轨迹关系推导仅考虑仅考虑，不全面，不全面从运动轨迹看，两

23、个粒子距离加大时，粒子分离可在较小K值下发生。说明，两个粒子所在的同一个分散相颗粒大，因此易破碎。与Ca公式表述的内涵相同。)1 (exp00000yyKyyyyxyx弹性力、聚合物熔体粘滞力弹性力、聚合物熔体粘滞力界面张力等界面张力等(4)分散过程中的能量耗散分散过程中的能量耗散作用力作用力 分散相由原分散相由原n个直径为个直径为d0的圆球破碎成的圆球破碎成n1个直个直径为径为d的颗粒，界面面积增加的颗粒，界面面积增加A。a. 粒径减小粒径减小 2021nddnAE 分散相的表分散相的表面张力面张力粒径减小产生的能量耗散：粒径减小产生的能量耗散：2ds球体的表面积球体的表面积dpc4破碎还需

24、考虑克服颗破碎还需考虑克服颗粒的毛细压力：粒的毛细压力： 由上式看出由上式看出d ，颗粒的毛细压力，颗粒的毛细压力 ，破碎需要的，破碎需要的能量越高。能量越高。在在dd0条件下，单位体积理想分散体条件下，单位体积理想分散体的能量消耗：的能量消耗：b. 毛细压力毛细压力 5 . 1 DCVVPE VD为为分散相的体积分数分散相的体积分数举例举例有一共混体系，分散相有一共混体系，分散相: :d= 1m(粒径粒径)=10 MN/m(分散相表面张力分散相表面张力)VD=0.15(分散相体积分数分散相体积分数)Pc=0.04 MPa（毛细压力）（毛细压力）Ev10KJ/m3 实际上消耗的能量约实际上消耗

25、的能量约（10103）Ev，说明，说明大部分能量都消耗在连续相载体的运动上了。大部分能量都消耗在连续相载体的运动上了。(5)破碎分散史破碎分散史a. a. 连续相和分散相均为牛顿流体连续相和分散相均为牛顿流体 圆球圆球 偏转为椭球偏转为椭球 长轴拉长至破裂长轴拉长至破裂 最后形成两个圆形小球最后形成两个圆形小球 液相间的分液相间的分散散b. b. 连续相和分散相均为粘弹体连续相和分散相均为粘弹体圆形圆形 椭圆椭圆 卫星串卫星串 考虑界面张力和分子链的构象变化：考虑界面张力和分子链的构象变化： 任何一个任何一个破碎过程均为克服表面张力的过程，同时分子构象的破碎过程均为克服表面张力的过程，同时分子

26、构象的变化和恢复也影响到分散相的破碎过程。变化和恢复也影响到分散相的破碎过程。破碎破碎（1）理论分析）理论分析a. 分散相为刚性粒子分散相为刚性粒子分散相与连续相粘度比：分散相与连续相粘度比：CD 分散在牛顿流体中分散在牛顿流体中(6)牛顿介质单颗粒粉碎过程力学分析牛顿介质单颗粒粉碎过程力学分析混合体系受到层状剪切作用混合体系受到层状剪切作用颗粒表面的应力分布：颗粒表面的应力分布：2sin5 . 2cVx= yVxxya. a. 分散相为刚性粒子分散相为刚性粒子 Vx xy受剪切作用的流动状态示意图受剪切作用的流动状态示意图分析分析（1） , 颗粒表面应力达到最大值；颗粒表面应力达到最大值；

27、（2）每转一周，颗粒受到拉和压应力一次；）每转一周，颗粒受到拉和压应力一次； （3）粒子的角速度为）粒子的角速度为 ，粒子表面任一点单位时，粒子表面任一点单位时 间分别经过间分别经过 / 次拉压应力峰值。当次拉压应力峰值。当 大于颗粒大于颗粒 内聚强度时，就会发生破碎。一般为解聚集。内聚强度时，就会发生破碎。一般为解聚集。4 432sin5 . 2ca. 分散相为刚性粒子分散相为刚性粒子 2 20 0c cs sh he ea ar rd d4 43 3F F两颗粒间受的剪切作用力两颗粒间受的剪切作用力FshearFshear45分离分离力最大力最大seFF22 20 0c ce ed d2

28、23 3F F 两颗粒间受的拉伸作用力两颗粒间受的拉伸作用力故故F沿收敛方向分沿收敛方向分离力最大离力最大b.分散相为液滴分散相为液滴 受剪切和拉伸作用：受剪切和拉伸作用：颗粒由圆形颗粒由圆形 椭圆形。椭圆形。 当作用的剪切应力高于流体液滴的表面张力时，当作用的剪切应力高于流体液滴的表面张力时，液滴出现破碎。液滴出现破碎。 当当 样条拉伸时，达临界值会出现脉动条纹样条拉伸时，达临界值会出现脉动条纹 破裂。破裂。 图图 0.35mm直径的蓖麻油丝在硅油基体中的拉伸直径的蓖麻油丝在硅油基体中的拉伸举例：举例： 挤压作用有助于挤压作用有助于颗粒的受力，使颗粒的受力，使大颗粒尽快破碎。大颗粒尽快破碎。

29、b. 分散相为液滴分散相为液滴a. a. 流变模式流变模式加工设备产生的形加工设备产生的形变的主要模式变的主要模式：应变速率张量应变速率张量转动速率张量转动速率张量 0 ， 0 纯旋转运动；纯旋转运动； 0.5， 简单剪切流动简单剪切流动; =1.0, 纯拉伸流动。纯拉伸流动。(7)分散混合的判据分散混合的判据zyxzyxzyxVVVVVVVVVzzzyyyxxx速度梯度张量速度梯度张量：九个分量，各分量的含义九个分量，各分量的含义：00000000 xVx单轴拉伸单轴拉伸XY0000000 xVyVyxXYVxVy纯剪切流纯剪切流0000000 xVyVyx绕绕Z轴流动轴流动zyxzyxzy

30、xVVVVVVVVVzzzyyyxxxz2zyzxxzy2yxxzxyx2VVVVVVVVVVVVVVVzyzxzzyyxyzxyxx210yzxzxz0 xyxzxy0VVVVVVVVVVVVzyzxzyyxzxyx21 z2zyzxxzy2yxxzxyx2VVVVVVVVVVVVVVVzyzxzzyyxyzxyxx 0yzxzxz0 xyxzxy0VVVVVVVVVVVVzyzxzyyxzxyx剪切速率张量和转动速率张量剪切速率张量和转动速率张量应变速率张量应变速率张量包含：包含：拉伸应变速拉伸应变速率与剪切应率与剪切应变速率变速率流体微流体微元绕元绕x,y,z轴旋转轴旋转绕ZRCcab.

31、分散相分散相破碎的临界破碎的临界Capillary数数表达式表达式分散相的特征尺寸分散相的特征尺寸分散相的表面张力分散相的表面张力 c式中：式中： 连续相产生的剪切应力。连续相产生的剪切应力。 外力通过连续相作用于分散相上的应力与分散相颗粒外力通过连续相作用于分散相上的应力与分散相颗粒的表面张力相抗衡。当的表面张力相抗衡。当Ca达到临界值时，颗粒破碎。达到临界值时，颗粒破碎。 注意：注意： 连续相粘度的高连续相粘度的高低导致其向分散相低导致其向分散相表面传递应力的效表面传递应力的效果不同果不同，故用故用CaCa值值判断分散相的破碎判断分散相的破碎时，需考虑分散相时，需考虑分散相与连续相的粘度比

32、。与连续相的粘度比。cD图图1 Ca临界值与临界值与 D/ C 的关系的关系图图1 Ca临界值与临界值与 D/ C 的关系的关系cDa. 当当 D/ C 1时时，Ca小，小，即作用不大的剪切或拉伸即作用不大的剪切或拉伸力便可破碎聚集体。拉伸力便可破碎聚集体。拉伸作用作用: Ca更小更小 。b.b.当当 D D/ / C C 1 1 分散相的粘度大于连续相，拉伸模式分散相的粘度大于连续相，拉伸模式 D/ C Ca ； 剪切模式剪切模式： D/ C Ca . 破碎分破碎分散相聚集体需的外力散相聚集体需的外力 ，即很难将液滴破碎，即很难将液滴破碎。 Ca 5就很难靠施加剪切力场使分散相破碎。就很难靠

33、施加剪切力场使分散相破碎。（3 3）讨论）讨论RCca（4 4）总结）总结a. D/ C 5,剪切力场剪切力场不易破碎分散相。不易破碎分散相。c. 拉伸力场有利于使分拉伸力场有利于使分散相破碎分散，尤其是散相破碎分散，尤其是拉伸硬化的物料更有利拉伸硬化的物料更有利于分散过程的进行。于分散过程的进行。cD图图1 Ca临界值与临界值与 D/ C 的关系的关系（4）总结总结（5 5）液滴破碎需要的时间）液滴破碎需要的时间104106102100101001000cDf 一定的外力场作用，一定的外力场作用，只有经过一定时间才只有经过一定时间才能发生液滴的破碎，能发生液滴的破碎，这个时间称为液滴的这个时

34、间称为液滴的寿命。寿命。剪切剪切约化时间约化时间dtfcb（5 5）液滴破碎需要的时间）液滴破碎需要的时间例如例如： 有一个体系有一个体系, D/ C = 1， =5mN/m， C = 103Pas ，d =5m 受某一剪切和拉伸力场作用受某一剪切和拉伸力场作用经查图经查图由此计算出液滴的存活寿命为由此计算出液滴的存活寿命为4s4s。20dtfcb Composition Viscosity ratio Interfacial tension Elasticity Temperature Flow type Stress Strain分散混合考虑的主要参数（1）纤维增强高分子材料）纤维增强高分

35、子材料 玻璃纤维、碳纤维、玻璃纤维、碳纤维、kevlar等纤维均可对聚合物基等纤维均可对聚合物基体产生显著的增强作用，但存在两个问题：体产生显著的增强作用，但存在两个问题：a、流体的粘度大，加工困难；、流体的粘度大，加工困难；(例：开炼机，取向问题例：开炼机，取向问题)b、对机械的磨损大。、对机械的磨损大。 故目前采用原位复合增强方法，即纤维在加工过程故目前采用原位复合增强方法，即纤维在加工过程中就地形成。例如，热致性液晶聚合物，因其分子链中就地形成。例如，热致性液晶聚合物，因其分子链刚性大，易在流动场中取向成纤。刚性大，易在流动场中取向成纤。4、应用举例原位成纤的影响因素原位成纤的影响因素a

36、 a、共混体系中分散相和连续相树脂的选择、共混体系中分散相和连续相树脂的选择 包括相容性、粘度比、组成比、界面张力等。包括相容性、粘度比、组成比、界面张力等。 完全相容，完全相容，两相间的作用力大，能有效地传递应两相间的作用力大，能有效地传递应力，分子间相互渗透和扩散容易，力，分子间相互渗透和扩散容易，不能成纤；不能成纤； 完全不相容，完全不相容，传递应力的效果不好，减少了分子传递应力的效果不好，减少了分子间的相互渗透和扩散，间的相互渗透和扩散，也不能成纤；也不能成纤； 粘度比粘度比 分散相的粘度小于连续相的粘度；分散相的粘度小于连续相的粘度； 界面张力界面张力-分散相与连续相的界面张力相近。

37、分散相与连续相的界面张力相近。c. 当当 D / C 1 1 分散相的粘度大于连续相，拉伸模式分散相的粘度大于连续相，拉伸模式 D/ C Ca ； 剪切模式剪切模式： D/ C Ca . 破碎分破碎分散相聚集体需的外力散相聚集体需的外力 ，即很难将液滴破碎，即很难将液滴破碎。 Ca 5就很难靠施加剪切力场使分散相破碎。就很难靠施加剪切力场使分散相破碎。RCca 如：如：PP/PA, PA在在PP基体中可成纤，加入适量的基体中可成纤，加入适量的增容剂增容剂PP-g-MAH, PP-g-AA等，使成纤效果更显等，使成纤效果更显著；著；PE/PA、EPDM/PA共混体系，共混体系，PA也可以在也可以

38、在PE或或EPDM中成纤中成纤 PA在在HDPE中的原位成纤中的原位成纤例如：施加拉伸力场例如：施加拉伸力场 在混合机混合流道中设计收敛流道，提供拉伸力场。在混合机混合流道中设计收敛流道，提供拉伸力场。如开炼机辊间隙和密炼机的转子与室壁间的收敛流道如开炼机辊间隙和密炼机的转子与室壁间的收敛流道等。等。b b、加工成型参数、加工成型参数 如螺杆转速、加工温度、毛细管或口模的几何尺寸及高分子如螺杆转速、加工温度、毛细管或口模的几何尺寸及高分子在加工条件下的凝聚态转变。在加工条件下的凝聚态转变。二、扩散与对流作用（混合的推动力）二、扩散与对流作用（混合的推动力）1、扩散（自由混合）扩散（自由混合）

39、由于存在着浓度差而使体系中不同组分的由于存在着浓度差而使体系中不同组分的物质自动地进行分布均匀化的过程物质自动地进行分布均匀化的过程。 分子的移动速率快，扩散快分子的移动速率快，扩散快。 聚合物聚合物 大，大，分子扩散速度很慢。配合剂扩散比聚合物快。分子扩散速度很慢。配合剂扩散比聚合物快。 相容性好，相容性好，异种物质间的扩散方可实现异种物质间的扩散方可实现。用扩散系数（用扩散系数（DAB)描述。描述。a. 温度温度 T DAB b. 压力压力 P 300atm, P对对DAB的影响可忽略。的影响可忽略。c. 分子体积越小，扩散系数越大。分子体积越小，扩散系数越大。d. 分子结构分子结构 非极

40、性介质中，非极性介质中， 极性越低，扩散越快；极性越低，扩散越快； 介质的柔顺性越高，分散相扩散越快。介质的柔顺性越高，分散相扩散越快。2、对流（强制混合）对流（强制混合） 两种物料相互向对方占有的空间进行流动，两种物料相互向对方占有的空间进行流动，交换位置，以达到组成均一化的过程。交换位置，以达到组成均一化的过程。分流分流合并合并置换置换上述三种作用由混合机械的特殊结构完成。上述三种作用由混合机械的特殊结构完成。分流合并和置换分流合并和置换1-3分散混炼元件三、混合元件作用原理三、混合元件作用原理分散混炼效果楔形静态楔形静态混合器混合器共捏合共捏合机机三、混合元件作用原理三、混合元件作用原理挤出机混合元件挤出机混合元件三、混合元件作用原理三、混合元件作用原理料流料流可分布于螺杆表面，能够增加分布混合销钉置于机筒内销钉置于机筒内表面，螺棱断开。表面，螺棱断开。销钉有圆形，方销钉有圆形，方形，矩形，菱形，形，矩形，菱形，以圆形居多。以圆形居多。空穴传递混合器，由定子和转子组成，定子转子混合过程中，熔体从转子上空穴流入定子上空穴，形成物