第五章 高分子材料混合与制备

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1、第五章高分子材料混合与制备高分子材料是以高分子化合物为主体，加上其他多个添加剂组成的多相复合体系。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。加入其他物料的目的：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，因此在成型前必须要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，实际上是成型加工前的准备工艺。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塑料制品：粒状、粉状、片状、液状、

2、糊状······橡胶制品：混炼胶。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入杂质，需要在成型前进行预处理4、聚合物与不同的配合剂需要在成型前进行有效地混合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，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。混合机理1、扩散部分的非均匀性减少通过各组分的物理运动组分的细化分子扩散混合的基本运动形式体积

3、扩散（Brodkey混合理论）涡流扩散分子扩散由浓度梯度驱使自发地发生的一中过程，各组分的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。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，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，可通过分子扩散实现。混合物料的状态与分子扩散程度的关系混合物料的状态分子扩散的程度气体与气体间的混合较快地、自发地进行低粘度液体与低粘度液体间的混合也能较显著地进行低粘度液体与固体间的混合高粘度液体与高粘度液体间的混合不显著，较困难地进行高粘度液体与固

4、体间的混合固体与固体间的混合极慢，很难进行涡流扩散（紊流扩散）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。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。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，聚合物加工中通常很少发生涡流扩散。体积扩散（对流扩散）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，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。在聚合物加中，体积扩散占支配地位。体积对流混合（可发生在固体物

5、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）混合机理2、混合过程要素混合的目的：使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料从一中物料按照可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到均匀的混合物。混合的问题在没有分子扩散和分子运动的情况下，为了达到物料所需的良好的分散，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。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：（1）使物料发生形变和重新分布；（2）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

6、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：“分布”由“置换（D）”来完成；“剪切（S）”为进行“置换（D）”起辅助作用；“压缩（P）”则是提高物料的密度，为提高“剪切（S）”速率起辅助作用。在聚合物混合过程中，混合机理包括了如下作用：剪切分流，合并和置换挤压（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：混合的最终目的、物料的状态、温度、压力、速度等。（1）剪切粘性剪切剪切分割剪切磨碎剪切剪切的作用是把高粘度分散相的粒子或凝聚体分散与其它分散介质中。物料受剪切作用后，发生变形、拉长，但体积没有

7、发生变化，于是截面变细，向倾斜方向伸长，表面积增大，渗进别的物料可能性增加，从而达到混合均匀的目的。高分子材料在挤出机内的混合过程主要是靠剪切作用来达到的，螺杆旋转时物料在螺槽和料筒间所受到的剪切作用，可以设想为在两个无限长的平行板之间进行。图5-3（P152）图5-4（P152）提高剪切混合效果的因素：剪切速率（γ），混合效果；改变剪切方向，混合效果。(2)分流、合并和置换利用器壁，对流动进行分流，即在流体的流道中设置突起状或隔板状的剪切片，对流动进行分流。分流后：分流束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

8、并；在各分流束进行相对位置交换（置换）后再合并；以上几种过程一起作用的情况。(3)挤压（压缩）当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压缩而引起的流动剪切。这是由于压缩使物料密度增大，剪切时剪应力作用大而引起的。这种由挤压（压缩）引起的流动在密炼机、开炼机和