高分子材料成型工艺课件

1、高分子材料成型工艺课件高分子材料成型工艺课件 为什么要混合添加成核剂改善结晶性能纳米材料复合提高耐热性玻纤增强改性PBT混合是聚合物共混和添加改性的一个重要环节。混合的意义改善聚合物的加工性改进制品的使用性能降低成本 为什么要混合添加成核剂改善结晶性能纳米 第一节 混合的基本概念和原理一、混合的定义是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作 是系统内各组分在其基本单元没有本质变化的情况下，在系统全部体积内的细化和分布的过程。 第一节 混合的基本概念和原理一、混合的定义是一种趋向于减二、混合机理组分非均匀性减少组分的细化各组分的物理运动混合的基本运动形式 （Brodkey混合理论）混合的基本运动形式

2、（Brodkey混合理论）分子扩散体积扩散*涡流扩散混合操作搅拌混合混炼混合物（合金）二、混合机理组分非均匀性减少各组分的物理运动混合的基本运动形(二)涡旋扩散(涡流或紊流扩散) (eddydiffusion) 由系统内产生的紊流而实现。 在聚合物加工中，很少发生涡旋扩散。高分子与小分子混合时有作用,高分子/高分子X 。二、混合机理(一)分子扩散(molecular diffusion) 在浓度梯度驱使下，各组分自发地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均化。气体和低粘度液体中占支配地位(二)涡旋扩散(涡流或紊流扩散) (eddydiffusio(三)体积扩散(对流混合) (b

3、ulk diffusion) 指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动；或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。占支配地位二、混合机理体积对流混合(bulk convection mixing)（固-固，液-液）体积重新排列-无变形层流对流混合（laminar convection mixing）（通过层流-熔体物料间）体积扩散变形(三)体积扩散(对流混合) (bulk diffusion)二、混合机理混合均匀程度低聚合物熔体黏度高（102Pas）聚合物的混合与一般的混合不同小问题混合只能在层状领域产生，缺少提高混合速率的涡旋扩散和分子扩

4、散。二、混合机理混合均匀程度低聚合物熔体黏度高（102Pas混合过程的主要作用三、混合过程的主要作用混炼三要素分流、合并、置换集聚剪切挤压拉伸混合过程三、混合过程的主要作用混分流、合并、置换集聚剪切挤压把高黏度分散相粒子或凝聚体分散于基体中。剪切剪切力三、混合过程的主要作用表面积增大，分布区域扩大，分散可能性增加。提高剪切混合效果剪切速率改变方向把高黏度分散相粒子或凝聚体分散于基体中。剪切剪切力三、混合过分流、合并和置换在流动下游再合并为原状态在各分流束内引起循环流动后再合并在各分流束进行相对位置交换(置换)后再合并分流结果分流均化分流数=分流片数n+1将M个分流器串联，分流次数为(n+1)

5、(m+1)三、混合过程的主要作用分流、合并和置换在流动下游再合并为原状态分流结果分流分流数=挤压(压缩)三、混合过程的主要作用物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生因压缩而引起的流动剪切。物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度提高，利于剪切剪切效率提高螺槽的深度是由深变浅挤压三、混合过程的主要作用物料被压缩时，物料内部会发生流动，“分布”由“置换”来完成混炼三要素P-压缩 S-剪切 D-置换三要素关系三、混合过程的主要作用“压缩” 提高物料密度，助力“剪切”“剪切”为进行“置换”起辅助作用“分布”由“置换”来完成混炼三要素三要素关系三、混合过程的主剪切拉伸断裂聚集拉伸聚集物料变形，减小料层厚

6、度，增加界面，有利于混合混合的逆过程三、混合过程的主要作用剪切拉伸断裂聚集拉伸聚集物料变形，减小料层厚度，增加界面，有第二节 混合加工的原料配方设计添加剂的属性添加剂的粒度添加剂的表面特性添加剂的密度添加剂的硬度1.添加剂属性添加剂的含水量色泽添加剂的形态纤维状增强改性有利配方设计第二节 混合加工的原料配方设计添加剂的属性添加剂的粒度添加添加剂的有效粒度根据其用途而异例1:冲击改性，发现分散相橡胶平均粒子为12m时，共混物冲击性能最好。例2:对其进行阻燃改性，随阻燃剂粒度变小，阻燃效果增大。由此可以得到什么结论？第二节 混合加工的原料配方设计小问题2.添加剂之间的相互作用同一个体系中添加剂之间

7、的相互作用不同，改性效果大不相同。 物理或化学作用结果协同 1+12对抗 1+12加和1+1=2添加剂的有效粒度根据其用途而异例1:冲击改性，发现分散相橡胶三、添加剂与聚合物的关系第二节 混合加工的原料配方设计偶联剂提高相容性的方法表面活性剂处理单体处理等离子体处理酸、碱性化合物溶液处理1.相容性三、添加剂与聚合物的关系第二节 混合加工的原料配方设计偶2.添加剂的耐热分解性选择添加剂，热稳定性是一个重要条件。3. 添加剂对聚合物加工性的影响第二节 混合加工的原料配方设计要求添加剂在加工温度范围内不分解。对于热稳定性较差的添加剂，应同时加入 热稳定剂。有机添加剂：对体系的加工流动性影响不大或有利

8、于聚合物的加工性提高。无机添加剂：大都对体系的加工性有负面影响，少数几种无机添加剂可不同程度改善添加体系的加工性。2.添加剂的耐热分解性3. 添加剂对聚合物加工性的影响第二节1.热稳定剂 聚合物加工过程中为阻止热降解反应所加的添加剂。eg:铅盐类、金属皂类 、有机锡类、有机锑类、稀土类、复合稳定剂等。 应用实例: PVC，PP2.抗氧剂 可抑制或延缓材料自动氧化速度、延长其使用寿命。链终止型：通过与动力学链相结合(与自由基R、ROO 反应)中断自动氧化的链增长并消灭自由基。预防型：可尽量少形成自由基以抑制或 减缓引发反应。自修导读-常用添加剂的种类3.抗臭氧剂可以阻止或延缓高分子材料发生臭氧破

9、坏的化学物质。eg:喹啉类衍生物，醛胺、酮胺的缩合物、对苯二胺衍生物等。1.热稳定剂2.抗氧剂自修导读-常用添加剂的种类3.抗臭 4.光稳定剂有效地抑制光致降解物理和化学过程的一类化合物。(1)光屏蔽剂(能反射和吸收紫外光的物质) (2)紫外线吸收剂(能强烈地选择性吸收高能量的紫外线，并进行能量 转换，以热能形式或无害的低能辐射将能量释放的一类物质).(3)猝灭剂(能通过分子间的能量转移迅速将激发态分子猝灭并转变成热能、荧光或磷光形式经辐射散失后回到基态的一类物质)。(4)自由基捕捉剂(含氢过氧化物分解剂）(能通过捕获自由基、分解过氧化物等途径赋予高分子材料高度光稳定性的一类化合物).自修导读

10、-常用添加剂的种类 4.光稳定剂自修导读-常用添加剂的种类5.生物抑制剂(防霉剂、杀菌剂、抑菌剂) 保护材料免受微生物不利影响的物质。eg:酚类、有机硅季铵盐、双胍类、苯胺类、有机锡化合物、无机类DC5700: 3-（三甲氧基硅烷基）丙基二甲基十八烷基季铵氯化物自修导读-常用添加剂的种类6.发泡剂 可使一定粘度范围内的液态或塑性状态的高分子化合物形成微 孔结构的物质。物理发泡剂化学发泡剂5.生物抑制剂(防霉剂、杀菌剂、抑菌剂)DC5700: 3-7. 阻燃剂 能提高可燃性材料耐燃性的物质。eg:添加型：磷酸酯及其它磷化物 有机卤化物 无机化合物(Sb2O3、Al(OH)3等 含卤有机硅和有机锑

11、化合物等 反应型：卤代酸酑 含磷多元醇 其它 极限氧指数LOI LOI 阻燃性 自修导读-常用添加剂的种类7. 阻燃剂 自修导读-常用添加剂的种类8.抗静电剂 能有效地阻止材料在加工或使用过程中发生静电荷积累的一类物质。阴离子型：硫酸衍生物、 磷酸衍生物、聚丙烯酸盐等阳离子型：季铵盐、胺盐等两性离子型：季胺内盐、烷基氨基酸类等非离子型：多元醇(醇酯)、胺类衍生物等炭黑自修导读-常用添加剂的种类9.增塑剂 用以使高分子材料制品塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。 eg:苯二甲酸酯类（DOP等） 水8.抗静电剂 自修导读-常用添加剂的种类9.增塑10.化学剂(交联剂及交联用添加剂) 能使

12、高分子材料发生某些化学反应以改变其性质的物质。 eg:有机过氧化物 硫化剂 典型实例：橡胶的硫化 自修导读-常用添加剂的种类11.着色剂 能赋予高分子材料某种颜色的物质。eg:有机染料、 颜料(有机、无机)12.填充剂(填料)能使高分子化合物的用量减少或(并)能改善制品某些机械性能的固体物质。增量填充剂： CaCO3、硫酸盐类、含硅化合物补强性填充剂：炭黑、纤维类、金属晶须10.化学剂(交联剂及交联用添加剂)自修导读-常用添加剂13.润滑剂 为降低聚合物熔体与加工机械之间及熔体内部相互间的摩擦和粘附、改善流动性、促进加工成型、提高制品外观质量等的一类添加剂。内润滑剂：eg:脂肪醇(酸)外润滑剂

13、：eg:石蜡 14.其他添加剂eg:偶联剂、橡胶软化剂、增粘剂、抗冲击改性剂自修导读-常用添加剂的种类13.润滑剂14.其他添加剂自修导读-常用添加剂的种类(1)均一性 分散相浓度分布是否均匀，浓度变化大否第三节 混合的表征(2)分散度 是指被分散物质的破碎程度如何破碎程度大，粒径小，其分散度就高粒径大，破碎度小，则分散得不好。(1)均一性 分散相浓度分布是否均匀，浓度变化大否第三（一）统计学上的混合指标（二）观察法（三）聚团计数（四）显微镜法（五）其他方法、间接方法第三节 混合的表征混合状态评判方法自修（一）统计学上的混合指标（二）观察法（三）聚团计数（四）显微第四节 混合过程非分散混合分散

14、混合混合 分散是指混合中组分的物理特性发生了变化的过程，如颗粒尺寸减少或溶于其他组分中。在制备混合物时，通常有两个基本的过程-分散和混合。混合指将两种组分相互分布在各自所占空间，即两种或多种组分所占空间的最初分布情况发生变化。第四节 混合过程非分散混合混合 分散是指混合中组分的物理特性液体/液体固/固固/液体液体/液体主要通过对流实现层流混合分布性混合在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的混合。一、非分散混合(简单混合) 非分散混合液体/液体固/固主要通过对流实现层流混合分布性混合在混合中仅两种粘性液体间的界面会增加，混合中剪切作用大，混合好层流混合分布性混合一、非分散混

15、合(简单混合) 流变性均匀流体的层流混合流变性非均匀流体的层流混合有序性分布性混合无序性分布性混合高粘度的少组分混合到低粘度的多组分中-比较困难 低粘度的少组分混合到高粘度的多组分中-相对容易问题？两种粘性液体间的界面会增加，混合中剪切作用大，混合好层流分布 分散混合：是指在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。二、分散混合靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的涉及少组分在变形粘性流体中的破裂 分散混合：二、分散混合靠强迫混合物通过窄间隙而形成的1-聚合物，2，3-粒状和粉状固体添加剂（一）分散混合过程发生的作用-使聚合物和 添加剂粉碎 -

16、使固体添加剂 渗入聚合物中-分散在流场产生的粘性拖曳下，将大块的固体添加剂破碎为较小的粒子在剪切热和传导热的作用下熔融塑化，粘度逐渐降低至粘流态较小粒子克服聚合物的内聚力，渗入到聚合物内粒子在剪切应力的作用下，进一步减小粒径，到最终粒子大小-分布均化固相最终粒子在流场作用下，产生分布混合，混合均匀，产生力-化学作用使填充物料形成强化结构。1-聚合物，2，3-粒状和粉状固体添加剂（一）分散混合过程发2.分散相的粘度 3.剪切应力4.连续相的弹性和粘度（二）影响液滴破裂的因素5. 温度1.表面张力表面张力越大，越不易破裂.分散相的粘度越大，液滴越难以破裂，粘度比大于4，液滴不破裂. 剪切应力越大，

17、液滴越易破裂.低于临界剪切应力，液滴不破裂连续相弹性增加，液滴尺寸增大，临界剪切速率减小。连续相的粘度增加起相反的作用。温度增加，液滴尺寸减小（二）影响液滴破裂的因素2.分散相的粘度 3.剪切应力4.连续相的弹性和粘度（二）影第五节 混合设备混合设备是完成混合操作工序必不可少的工具。第五节 混合设备混合设备是完成混合操作工序必不可少的工具。第五节 混合设备二、间歇式混合设备间歇式混合设备的混合过程是不连续的。混合过程投料混炼卸料静态混合设备滚筒类混合设备转子类混合重力混合器气动混合器间歇式混合设备第五节 混合设备二、间歇式混合设备间歇式混合设备的混合过程是静态混合设备混合器的混合室是静止的，靠

18、重力和气动力促使物料流动混合第五节 混合设备低强度适用于大批量固态物料的分布混合静态混合设备第五节 混合设备低强度适用于大批量固态物料的分布滚筒类混合设备 利用混合室的旋转达到混合目的用于粉状、粒状固态物料的初混用于向固态物料中加入少量液态添加剂的混合第五节 混合设备滚筒类混合设备 利用混合室的旋转达到混合目的用于粉状转子类混合设备 利用混合室内的转动部件-转子的转动进行混合第五节 混合设备用于橡胶的塑炼与混炼、塑料的混炼、高浓度母料的制备等混合强度很高转子类混合设备高混机Z形捏合机开炼机密炼机转子类混合设备 利用混合室内的转动部件-转子的转动进第五节 混合设备第五节 混合设备第五节 混合设备第五节 混合设备三、连续式混合设备混合过程是连续的，如单、双螺杆挤出机和各种连续混合设备。第五节 混合设备三、连续式混合设备第五节 混合设备第五节 混合设备第五节 混合设备异向旋转双螺杆挤出机，广泛应用于挤出成型和配料造粒等；同向旋转双螺杆挤出机，主要应用于聚合物的物理改性-共混、填充和纤维增强等；非啮合(相切)型双螺杆挤出机，用于反应挤出、着色、玻璃纤维增强等。双螺杆挤出机第五节 混合设备异向旋转双螺杆挤出机，广泛应用于挤出成型和配双螺杆挤出机第五适于加工聚氯乙烯，如作为