塑料成型工程技术-李洪飞03塑料成型工程技术.ppt

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1、第三章 物料及其配制,刘长维 材料科学与工程学院,1,3.1 概 述 3.2 粉料及粒料 3.3 物料的混合和分散机理 3.4 物料配制工艺简介,2,3,3.1 概 述 一.工业上很少用单一的聚合物来制造商品。其原因是： 1.性能单纯，不能满足多种制品的使用要求； 2.单纯聚合物老化严重； 3.不能满足某些成型方法的特定要求； 4.成型工艺性能差； 5.价格、成本高。,4,二.基于上述原因，加工用物料或多或少加入一些助剂。 1.助剂：具有一定作用的辅助材料的总称。 2.加入目的： 改善聚合物的成型工艺性能， 改善制品的使用性能 降低成本。 3.配制方法： 混合 成均匀的复合物 4.复合物的形态

2、：粉料、粒料、悬浮体、溶液 工业上以粉料、粒料为主。,5,3.2 粉料及粒料 1. 粉料与粒料的区别： a.大小不同； b. 配制方法不同，即混合程度不同。 2. 粉料：一般只要使各组分混合均匀，只需要简单的混作用。 简单的混合指人工搅拌或采用捏合机、高速混合机混合； 粒料：将粉料通过塑炼或挤出等操作进一步塑化制成。 由此可见，混合程度上粒料比粉料均匀。,6,3.2.1粉料与粒料的组成 粉料与粒料都是有聚合物和助剂两种物质复合而成，其中聚合物是主要成分。助剂是为了使复合物或制品具有某种特性所加入的物质。常用的助剂有：增塑剂、稳定剂、着色剂、阻燃剂、防静电剂等。 一.聚合物（树脂） 1.作用与要

3、求： a.赋予制品基本性能； b.在一定条件下，使物料具有可塑性。,7,2.选择聚合物时应注意的问题： (1). 对于同一种聚合物，由于生产方法不同，所得的聚合物性能和使用范围不同。 例如悬浮法生产的PVC和乳液法生产PVC有很大差别。 使用范围： 悬浮法PVC：挤出、注射成型，制造电缆、硬质板材、 管材以及其它日常用品。 乳液法PVC：电性能差，制造人造革或搪塑制品等。,8,PE，三大类： HDPE：低压法生产； LDPE：高压法生产； LLDPE：低压法生产，是乙烯和-烯烃的共聚物。,LLDPE与HDPE 和LDPE的性能比较,9,用途： LLDPE最大的用途是制作薄膜。由于采用LLDPE

4、制作的薄膜抗张强度、冲击强度、撕裂强度和刚性都比LDPE高，因而在强度相同情况下，薄膜可减少20-25%，因此LLDPE具有更大的市场竞争力。另外LLDPE还可以用于电缆电线包复、汽车零件、工业容器、管材等，性能LDPE好。,10,（2）同一种生产方法生产的树脂，由于牌号不同，其性能是有差异的。 如悬浮法生产的PVC有七个牌号，其性能和用途是有不同的。,11,（3）即使同一种牌号，由于批号不同，生产厂家不同，它们的性能也不同。 例如每批树脂中的含水量、分子量分布、平均聚合度都不是绝对一致的，这些都影响加工条件。,12,3.聚合物本身性能对制品性能的影响 （1）分子量的影响 （a）,从图（a）可

5、以看出： 分子量，拉伸、冲击强度、断裂伸长率、热变形温度，而蠕变、抗弯曲强度。 说明分子量的增大是有利于提高制品的力学性能和热性能。,13,3.聚合物本身性能对加工性能的影响 （1）分子量的影响 （b）,14,从图(b)看出，聚合物的加工性能随着分子量增大而下降： a.随分子量，聚合物的加工温度，流动性，加工成型较困难； b.另外需要与增塑剂配合的聚合物，随分子量增大，聚合物的溶胀和塑化速度，这也给配料等带来困难。 c.分子量大小，还影响成型过程中聚合物的结构与取向。 分子量减小，虽然对配料、成型有利，但太小，要影响制品的性能，因此要根据制品的用途和制品的加工方法，选择合适的分子量。,15,（

6、2）分子量分布的影响 分子量分布直接影响制品的性能。随分子量分布增宽，材料大多数力学性能、热性能降低；同时也影响配料过程和材料加工性能。由于分子量不同的聚合物对温度有不同的敏感性，因此在配料或加工过程中表现出不同的行为。 通常要求聚合物分子量分布不能太大，一般取Mw/Mn5。,16,（3）颗粒结构的影响 a,颗粒结构主要影响聚合物吸收增塑剂或其它助剂的能力。 b,凡是表面粗糙、不规格、内部多孔、断面结构疏松的粒子，越易于吸收增塑剂。配料时，所需的温度较低，时间也短，但对增塑剂的吸收不能过快，否则会造成其它组分与集合物混合不良，减弱其它组分的作用。 相反，颗粒表面光滑，断面结构规则，实心、无孔的

7、粒子吸收增塑剂困难，配料时需要较高的温度和较长的时间，影响生产率。,17,（4）粒度的影响 粒度主要影响混合的均匀性。 聚合物粒度增大，对相同重量树脂来说，颗粒数少，比表面积小，混合时与其它添加剂接触机会少，容易造成混合不均匀； 但粒度太小，容易造成粉尘飞扬，加料、计量困难，影响劳动环境，因此对设备密闭性要求高。,18,（5）其它因素的影响 主要指水分、灰分、挥发物、含铁量对制品性能的影响。 水分含量高，消耗热量大，甚至使聚合物产生降解，使制品产生气泡，因此对水分含量有较高要求。 灰分主要影响制品的透明度。 铁是一种降解催化剂，含量过高还影响制品的透明性。,19,4.聚合物的共混改性 （1）共

8、混就是将两种或两种以上的聚合放在一起混合，使之成为一种表现均匀的混合物的过程。 （2）共混改性的目的 a.提高聚合物的物理力学性能和电性能； b.改善耐老化性能及环境应力开裂性能； c.改善聚合物的成型性能； d.利用废旧材料，降低成本，防止污染等。 （3）特点：产生协同效应。,20,（4）共混聚合物的选择原则： a.化学结构原则 化学结构越是类似，彼此越是能相容。极性是影响相容性的重要因素。极性相差大，相容性差，共混困难；极性相差不多，共混容易。 b.溶解度参数原则 不同类型聚合物在熔融状态依靠剪切力作用是否能形成稳定均匀分散的共混，取决于彼此间的相容性。而相容性主要体现在溶解度参数上，选择

9、溶解度参数相近的聚合物易共混。,21,c.流变学原则 即“等粘点”共混原则：指组成共混体系的两种聚合物粘度越接近，越能共混的均匀切不易出现分离现象。 d.胶体化学原则 即表面张力匹配原则。聚合物的表面张力相近，界面间混溶性好，有利于混合。,22,e.分子扩散动力学原则： 即分子链段渗透相近原则。两相界区两侧，聚合物链段的运动能力应当相近，有助于形成各自向对方扩散的渗透层。 此外，还要考虑工艺相容性问题，主要指混合设备的选择、操作条件的选择和混合历程的选择。,23,（5）加工中采用的共混方法 a.溶液共混法： 共溶剂溶解或分别溶解，然后混合，最后将溶剂蒸发。此法适用于浇铸成型。 缺点：消耗大量溶

10、剂，混合效果较差。 b.乳液共混法： 是将不同种类聚合物乳液放在一起搅拌均匀后，加入凝聚剂，使不同聚合物同时沉析形成共混体系。此法用来做乳胶制品。,24,c.粉末共混法： 将不同种的细粉状聚合物进行混合。常用设备有：球磨机、捏合机、高速混合机。 优点：设备简单，操作方便。 缺点：所用聚合物必须是细粉，且混合效果不理想。一般很少用。,25,d.熔融共混法： 利用挤出机或双辊机，将共混的聚合物组分加热到Tf以上进行混合，然后再冷却。是目前常用的方法。 优点： 对共混聚合物粒度要求不象粉末共混法要求高； 在熔融状态下，各类聚合物分子间扩散和对流作用剧烈，混合效果好。 在混炼设备强剪切力作用下，会使一

11、部分聚合物分子降解，并形成一定的接枝和嵌段聚合物，这样的聚合物具有新的性能，并有增容作用。,26,（6）一些聚合物共混体系及性能 a.聚乙烯类合金 PE+EVA ：优良柔韧性、加工性、透气性，提高印刷性。 PE+PMMA：使粘着力提高7倍 PE+CPE：提高印刷性、耐燃性、韧性 PE+SBS：大大提高柔韧性 b.聚丙烯合金 PP+弹性体或橡胶：改善冲击性能 PP+PA：增加韧性，改善耐磨性、耐热性、染色性。 PP+PVA：具有良好抗静电作用,27,c.聚氯乙烯合金 PVC+CPE：具有良好阻燃性、耐化学腐蚀性和耐油性 PVC+EVA：提高韧性，低温性好，增塑效果稳定，手感良好 PVC+MBS（

12、ABS）：有良好协同效应，抗冲强度显著提高,28,d.聚碳酸酯合金 PC+PE：冲击强度提高了3-4倍，耐沸水性优异，耐老化性能好，耐候性优良，熔融粘度降低1/3，成型温度降低。 PC+PTFE：耐磨性提高，作齿轮、轴承 PC+ABS：提高冲击强度和尺寸稳定性，赋予功能，改善物料加工流动性，降低成本。 PC+聚丙烯酸酯：具有珠光，耐老化、耐应力开张均比PC好。,29,e.聚苯乙烯合金 PS+SBS 增加抗冲韧性，又具有PS的刚性， PS+丁苯橡胶 热变形温度和制品表面光泽。,30,1.增塑剂 增塑剂是一类对热和化学试剂都很稳定的有机化合物。一般在一定范围内能与聚合物相溶，而又不挥发的液体有机化

13、合物。 （1）.作用： 降低聚合物分子间的作用力，从而降低聚合物的软化温度、熔融温度，改善聚合物加工性和提高制品的柔软性。 降低聚合物的拉伸强度、硬度、模量，提高伸长率、冲击强度。例如PVC的拉伸强度随增塑剂用量提高而下降。,二、助剂,31,反增塑：增塑剂用量在0-10%时，PVC模量、硬度、抗张强度随增塑剂增加而提高，这种现象称为“反增塑”现象。 一般认为由于PVC有微晶存在造成的。少量增塑剂加入后，使分子间作用力降低，促进分子的结晶，使硬度、模量和抗张强度增加。,32,（2）.增塑机理 （3）.增塑剂的分类 1）按化学组成分为 2）按相容性分为：主增塑剂和次增塑剂 3）按结构分为： 4）按

14、用途分为： （4）.对增塑剂的要求和评价 （5）.增塑剂的用量和加工方法,33,2.稳定剂 3.填料 4. 润滑剂 5. 着色剂 6.防静电剂 7.阻燃剂 8.驱避剂 9.其它助剂,34,3.2.2 配方设计 一.配方 反映各种添加剂与聚合物用量的比例关系称为配方。 二.配方的表示 配方的表示包括物料的名称、代号、规格、用量等。,35,同一配方有以下四种表示法： 1.重量份配方： 基本配方，以聚合物的重量为100份，其它各种添加剂都以相对的重量份数来表示。例如： 树脂的实际重量是400克 100份 phr 增塑剂的实际重量是40克 10份 填料的实际重量是60克 15份,36,2.重量百分数配

15、方： 以基本配方的总重量为100%，然后求出各种组分在配方总重量中的重量百分数。例如： 上一配方总重量为500克，以重量百分数配方表示就是： 树脂80% 增塑剂8% 填料12%,37,3.体积百分数配方： 体积配方，是以配方中每一组分的体积占配方总体积的百分数来表示的。,38,4.生产配方： 实用配方。它是根据设备规格和容量而计算出的符合生产要求的重量配方，是以实际生产中各组分的实际重量数来表示的。,39,三.配方设计原则 1.要考虑（满足）制品性能要求和使用条件 2 要考虑成型工艺及设备的特点 3.原料来源 4.原料之间的相互作用，抑制 5.成本,40,3.3 物料的混合和分散机理 一.混合

16、的基本概念 混合包括简单混合和分散。 1. 简单混合：将各组分作空间无规分布，或改变各组分的空间分布情况。 2.分散混合：使各组分的聚集体尺寸减小，也就是说将各组分的比表面积增大，颗粒尺寸减小。 混合和分散，一般是同时进行和同时完成的。在混合过程中，由于机械搅拌、研磨、粉碎作用，使被混物料的粒子不断减小，达到均匀分散的目的。,41,常见的操作过程有： 混合：指粉状固体物混合； 捏合：指液体和粉状物料的混合； 塑炼：指塑性物料与液体或固体物料间的混合。 塑炼一般是在高于流动温度以上且在较强的剪切速率下进行的。塑炼后物料中各组分的化学性质或物理性质会有所改变。如聚合物产生降解反应或粘度发生变化。而

17、混合、捏合都是在Tg和较缓和的剪切速率下进行的，混合后的物料各组分本质上基本没变化。,42,43,In almost all cases, good distribution AND good dispersion are required. Distributive mixing can be achieved by providing convoluted 旋绕的flow paths that split and reorient the flow repeatedly.主要通过对流实现。 Dispersive mixing can be achieved by passing the m

18、ixture through small regions of intense deformation.靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成 。,分子扩散 混合的基本运动形式 涡流扩散 体积扩散,混合机理,44,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。 聚合物的混合是高黏度熔体间的混合，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。,45,46,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

19、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。,47,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，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。 在聚合物加工中，体积扩散占支配地位。 体积扩散机理 体积对流混合：固体粒子之间 物料不变形 体积重排 剪切、挤压 层流对流混合：熔体间 物料变形 体积重排 剪切、挤压、伸长,48,物料分散的关键是使物料发生形变和重新分布，以及克服颗粒凝聚所需的外加

20、作用力。,49,在聚合物混合过程中，混合机理包括了作用：,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。,50,剪切的类型：粘性、分割、磨碎 剪切的作用：把高粘度分散相的粒子或凝聚体分散于其它分散介质中。 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，渗进别的物料的可能性增加，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。,

21、剪切,51,52,用图说明： 物料块在力的剪切作用下，结果物料块变形，被偏转拉长。 体积没变，只是截面积增大，分布区域扩大。 进入另外的物料中占有空间的机会加大，同时渗透进入其它物料的可能性增大。,剪切的混合效果与剪切力的大小和力的作用距离有关，还与剪切力的方向是否连续改变有关。 剪切力的作用距离越小，受剪切的物料被拉得越长，变形大，有利于与其它物料接触，混合效果好。,53,如果作用力F与平面具有一定角度的话，则在垂直方向上产生分力，这个分力能造成层与层之间的流动，从而大大增强了混合效果。因此通常在生产中希望使物料能连续承受两个相互为90的剪切力的交替作用来提高混合效果。但混合中物料只受到水平

22、方向剪切力作用，所以通常用交换物料的受力位置来达到这一目的。,54,另外，塑料在双螺杆挤出机中混合效果要比单螺杆效果好。因为塑料在双螺杆中连续承受互为90的两个方向的剪切力的交替作用，层与层之间对流效果特别好。 剪切作用三要点：剪切力要大；作用力的距离要小；要不断改变物料的受力方向。,55,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。,56,57,混合前的分流配置(a)与混合后的分

23、流配置(b),（3）挤压,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、开炼机和挤出机中都存在。,58,（4）拉伸 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。,（5）聚集 在混合过程中，已破碎的分散相在热运动和微粒间相互吸引力的作用下，重新聚集在一起，这是混合的逆过程。混合中应尽量减少这种效应。,59,最后指出，在实际混合过程中，剪切， 分流、合并和置换， 挤压（压缩），拉伸，聚集是同时作用的，只是在一定条件下其中的某一种占优势而已。但不管那种作用，除了造成

24、层内流动外，还应造成层间流动，才能达到最好混合效果。,60,1、混合状态的直接判定 直接对聚合物取样、观察、分析和判定。,三.混合效果的评定,混合状态的直接判定,61,液体物料：分析混合物不同部分的组成。若不同部分的组成与整个物料的平均组成一致，或相差很小，说明混合效果好；反之，则差。 固体物料和塑性物料：要从物料的分散程度和混合物的均匀程度两方面考虑。,62,主要讨论固体和塑性物料的混合效果。 (1).均匀程度 均匀程度是指混入物所占物料的比率与总体比率的差异。如果从混合物中任意位置取样，分析各组分的比率，如果分析结果与总体比率越接近，就表明试样的混合均匀程度较高，混合效果越好。 但是，用均

25、匀程度来评定混合效果，取样点不能太少，取样点很少时，不能反映全体物料的实际和分散情况，应该从混合物各组分取多个试样进行分析。,混合效果的评定,63,64,混合过程两种物料所占空间位置变化示意图,65,仅仅用均匀程度来评定混合效果是不够的，有时还不能反映出物料混合效果。 例如某一混合物，甲乙两组分各占50%，如果任意取两个试样进行分析，结果也是接近50%。从均匀程度上可以说混合效果很好，但是在这种情况下还会有两种不同情况。 从分散程度来看，显然第二种情况混合效果是不好的。因此仅仅从均匀程度是不能完全评定混合效果的，必须还要考虑物料的分散程度。,66,(2).分散程度 分散程度是用相邻的同一组分之

26、间平均距离来表示的。 r=V/（S/2） V：混合物料体积； S：各组分接触表面积。 因此在混合过程中，不断减小粒子体积，增加接触面，则分散程度越高。,67,分散程度指被分散物质的破碎程度，一般用平均粒径大小来表示。破碎程度高，粒径小，分散程度就高。 平均粒径大小的计算方法主要有平均算术直径和平均表面直径两种：,68,69,从概率统计的概念来说：同种重量或体积的物料，粒子越小，同种粒子集中在一个局部位置的可能性就越小，即微观分散越均匀。 从混合角度，希望物料粒子越细越好，但从工艺角度看，粒子太细，劳动环境较粉料容易飞扬。,必须指出的，上述混合理论是在理想情况下提出的，有一定局限性。在实际生产中

27、关于混合的效果的评定，还没有很好的方法。,70,2、混合状态的间接判定 检测制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，间接地判断组分体系的混合状态，这些性能往往与混合物的混合状态密切相关。 Tg表征并用（共混）聚合物混合状态很好的指标。 力学性能填充聚合物材料混合状态的间接表征因素。,71,72,3.4 物料配制工艺简介 一、粉料的制备 粉料制备分为原料的准备和混合两个过程。 1.原料的准备 通常包括物料的预处理、称量、输送三个方面 （1）预处理 a.树脂的筛分和吸磁； b.增塑剂的过滤与预热；,73,c.研磨制浆： 常用的添加剂的固体粒子很小，有以下缺点： 容易发生凝聚现象，造成分散不均匀

28、； 容易造成粉尘飞扬，影响加料的准确性； 有些添加剂对人体有害。 为有利于均匀分散，方便配料操作和避免配料误差，最好将小剂量的物料配制成浆料。 浆料的配制方法： 先按比例称取增塑剂和其它添加剂，然后进行搅拌混合，在用三辊研磨机研磨，研磨后的浆料可用细度板测量，细度不够的物料需要再次研磨，直到合格为止。,74,d.母料的制备 母料是指事先配制成的含有高百分比小剂量的塑料混合物，是用一定量树脂和大于配方中用量若干倍的小剂量添加剂经捏合机搅拌或挤出造粒而制成的。 母料与浆料的作用是类似的，区别是母料是添加剂在树脂中的浓缩物，而浆料中不含有树脂。,75,二.原料的混合 主要是简单混合操作和捏合操作。在

29、混合过程中，只增加各组分粒子的空间无规则分布程度，并不减小粒子本身尺寸。 混合时的加料次序： （1）对非润性物料： 一般是先加聚合物，再依次加稳定剂、色料、填料、润滑剂等，将称好的原料加入混合设备中。,76,（2）对润性物料： a.先将聚合物加入设备中，同时加热、混合约10分钟。其目的是驱赶聚合物中的水分，以便更快的吸收增塑剂。 b.用喷射器将预热好的增塑剂喷到翻动的聚合物中； c. 再加入由稳定剂、染料和增塑剂配成的浆料； d.最后再加入颜料、填料和润滑剂等，混合料达到要求后即可停成放料。常用的混合设备有捏合机和高速混合机。,77,二、常见的混合与粒料的设备 粒料和粉料在组成上是一致的，区别

30、在于混合程度和形状不同。粒料的制备实际上是先制成粉料，然后再经过塑炼和造粒而成。 粒料的制备不直接采用塑炼的原因： a.塑炼要求的条件苛刻，设备的承料量不大； b.对于很不均匀的物料，采用目前的塑炼设备，需要很长时间，聚合物会产生降解。,78,1.塑炼 塑炼的目的是使聚合物在剪切力作用下熔融混合，并进一步驱出粉料中的挥发物，使制品性能更好更均一。 塑炼的控制条件一个是温度，一个是时间，若用双辊机，翻料的次数也是一个条件。 塑炼设备主要有双辊机、密炼机、挤出机。,混合设备,一、混合设备的分类 操作方式 间歇式 连续式 混合过程特征 分散式 分布式 混合强度大小 高强度 中强度 低强度,79,1、

31、间歇式和连续式 间歇式混合设备：混合过程是不连续的。 混合过程三个主要步骤：投料、混炼、卸料，周而复始。 典型设备：捏合机、开炼机、密炼机等。 连续式混合设备：混合过程是连续的。 典型设备：如单、双螺杆挤出机、FCM连续混炼机等。,80,分布混合设备：具有使混合物中组分扩散、位置更换、形成各组分在混合物中浓度趋于均匀的能力，即具有分布混合的能力。 分布混合作用：通过对物料的搅动、翻转推拉作用使物料中的各组分发生位置更换。对于熔体则可使其发生大的剪切应变和拉伸应变，增大组分的界面面积以及配位作用。 代表性设备：有重力混合器、气动混合器及一般用于干混合的中、低强度混合器等。,2、分布式,81,分散

32、混合设备：主要具有使混合物中组分粒度减小，即具有分散混合的能力。 分散混合作用：设备主要通过向物料施加剪切力、挤压力而达到分散目的。 代表性设备：开炼机、密炼机等。,2 分散式,82,3、高强度、中强度和低强度混合设备 根据混合设备在混合过程中向混合物施加的速度、压力、剪切力及能量损耗的大小，分为高强度、中强度和低强度混合设备。 习惯上，又常以物料所受的剪切力大小或剪切变形程度来决定混合强度的高低。,83,二、间歇混合设备 静式混合设备：重力混合器和气动混合器，是温和的低强度混合器，适用于大批量固态物料的分布混合。 滚筒类混合：转鼓式混合机、双锥混合机和V形混合机。是中、低强度的分布混合设备，

33、适用于初混。 转子类混合设备：螺带混合机、锥筒螺杆混合机、犁刀混合机、双行星混合机、Z形捏合机、高速混合机等。是高强度混合设备，适用于初混。 最主要的设备是开炼机和密炼机，从结构角度来看，应属于转子类混合器。,84,1、Z型捏合机 是常用的物料初混装置。 适用于固态物料（非润性）和固液物料（润性）。 主要结构：有加热和冷却夹套的的鞍型底部混合室和一对Z型搅拌器。 捏合机的混合，一般需要较长时间，越半小时至数小时不等。,特点：转速低， n =1830转/分， 开式体系，混合效率低，每次需4060分钟， 挥发份易排出。,85,86,Z形捏合机,87,螺带式混合机,2、高速混合机 高速混合机的混合，

34、一般需时较短，约810min。 是广泛使用的塑料混合设备。 适用于固态混合和固液混合，更适于配制粉料。 主要结构：有加热和冷却夹套的圆筒型混合室、折流挡板和高速叶轮。,转速高，n =1800转/分，混合效率高， 每次只需810分钟； 不易除去挥发份， 摩擦热较多，混合温度不易控制,88,89,90,91,3、开炼机 一对安装在同一平面内的中空辊筒； 辊筒中间可以通冷热水，或通蒸汽，以便冷却或加热； 两辊筒的辊距可调； 工作时两辊相向旋转； 两辊筒转速略有差异，速比（1：1.151：1.27）。 特点：塑炼作用主要靠两辊间隙的一条线，塑炼效率低，高温与空气接触物料易氧化，助剂有一定挥发损失，工作

35、环境差，劳动强度高，但可以随时观察物料塑炼情况。,92,93,4、密炼机 一个塑炼室，上部为加料口，下部为排料口，上下各有一顶栓，当上顶栓和下顶栓关闭后，即形成一密闭式塑炼室； 塑炼室内有个对相向旋转的转子，转子横截面呈梨形，沿纵向为Z形螺旋； 塑炼室外壁有冷却（加热）夹套； 转子转速略有不同，存在一速比。,特点： 剪切作用强烈，塑炼效率高；不与空气接触，不易氧化分解；同时也不易排出挥发份；机械化程度高,94,95,Batch Mixing Devices,Internal mixers are high intensity mixers that work especially well i

36、n the dispersion of solid particle agglomerates. The dispersion of agglomerates depends strongly on mixing time, rotor speed, temperature and rotor blade geometry. The tangential切线的rotor design, or “Banbury” is shown here, but several variations exist, including the interlocking rotor design known a

37、s the “Intermix” type.,96,三、连续混合设备 1、单螺杆挤出机 广泛使用的聚合物加工设备，混合能力较弱。 主要用于挤出造粒，成型板、管、丝、膜、中空制品和异型材。 主要结构：带有加热或冷却装置的料筒和三段式螺杆。,97,挤出机 特点：挤出机对流作用小，物料需进行初混合；生产为连续操作，效率高；可直接用于造粒。 结构：单螺杆挤出机，双螺杆挤出机,98,Continuous Mixing Devices,Single Screw Extruders: The SSE is a relatively poor mixing device, and specialized sc

38、rew sections are needed to improve the mixing efficiency of this apparatus.,Distributive mixing can be improved using static mixers or mixing heads such as the “pineapple” configuration shown here.,Pineapple Mixing Section,Kenics Static Mixer,99,2、双螺杆挤出机 广泛使用的聚合物加工设备，混合能力很强。 主要用于填充改性、纤维增强改性、共混改性、反应挤

39、出、PVC型材挤出。 主要结构：带有加热或冷却装置的字型料筒和组合式螺杆。,啮合异向旋转双螺杆挤出机 可分为 啮合同向旋转双螺杆挤出机 非啮合型双螺杆挤出机,100,Continuous Mixing Devices,Dispersive mixing is more difficult, as it requires that high shear stresses be generated. There are numerous designs for mixing sections, which can improve dispersive mixing (Maddock or Unio

40、n Carbide mixing section, Egan section). These devices force the melt to flow over barriers, which form narrow clearances between the screw and the barrel, thus improving dispersive mixing.,101,Continuous Mixing Devices,Twin Screw Extruders: TSEs have two screws within the barrel, and can be co-rota

41、ting or counter-rotating, intermeshing or non-intermeshing. They are favoured for Mixing and compounding Chemical reactions / reactive extrusion Devolatilization,102,Continuous Mixing Devices,103,Continuous Mixing Devices,Twin-screw extruders use modular screws that are assembled from screw segments

42、 fitted onto a common shaft轴, 杆状物. Conveying segments can provide pumping, mixing and devolatilization, while non-conveying elements such as discs and rotors are designed for kneading and mixing. Thus, screws are easily optimized for a wide range of applications, making twin-screw extruders extremel

43、y versatile,104,Continuous Mixing Devices,Specialized Compounding Devices: A Cokneader is a single-screw extruder with a slotted, screw that oscillates along the axis of polymer flow. The screw flights are interrupted by a channel, which during screw reciprocation互换, move through pins 穿销fixed along

44、the barrel wall.,105,3.行星螺杆挤出机 是生产透明PVC片材的理想混炼设备，具有啮合次数高、热交换面积大、停留时间短、自洁性好、塑化效率高的特点。,106,4、FCM连续混炼机 即保持了密炼机的优异混合特性，又使其转变为连续工作，可在很宽的范围内完成混合任务。,107,主电机,减速箱,加料筒,加料系统,挤出系统,从入料口到排料口完成加料、固体输送、熔融、排气、熔体挤出等功能的连续加工机械,108,109,锥形双螺杆挤出机,110,111,3.4 物料配制工艺简介 一、粉料的制备 粉料制备分为原料的准备和混合两个过程。 1.原料的准备 通常包括物料的预处理、称量、输送三个方

45、面 （1）预处理 a.树脂的筛分和吸磁； b.增塑剂的过滤与预热；,112,c.研磨制浆： 常用的添加剂的固体粒子很小，有以下缺点： 容易发生凝聚现象，造成分散不均匀； 容易造成粉尘飞扬，影响加料的准确性； 有些添加剂对人体有害。 为有利于均匀分散，方便配料操作和避免配料误差，最好将小剂量的物料配制成浆料。 浆料的配制方法： 先按比例称取增塑剂和其它添加剂，然后进行搅拌混合，在用三辊研磨机研磨，研磨后的浆料可用细度板测量，细度不够的物料需要再次研磨，直到合格为止。,113,d.母料的制备 母料是指事先配制成的含有高百分比小剂量的塑料混合物，是用一定量树脂和大于配方中用量若干倍的小剂量添加剂经捏

46、合机搅拌或挤出造粒而制成的。 母料与浆料的作用是类似的，区别是母料是添加剂在树脂中的浓缩物，而浆料中不含有树脂。,114,二.原料的混合 主要是简单混合操作和捏合操作。在混合过程中，只增加各组分粒子的空间无规则分布程度，并不减小粒子本身尺寸。 混合时的加料次序： （1）对非润性物料： 一般是先加聚合物，再依次加稳定剂、色料、填料、润滑剂等，将称好的原料加入混合设备中。,115,（2）对润性物料： a.先将聚合物加入设备中，同时加热、混合约10分钟。其目的是驱赶聚合物中的水分，以便更快的吸收增塑剂。 b.用喷射器将预热好的增塑剂喷到翻动的聚合物中； c. 再加入由稳定剂、染料和增塑剂配成的浆料；

47、 d.最后再加入颜料、填料和润滑剂等，混合料达到要求后即可停成放料。常用的混合设备有捏合机和高速混合机。,116,二、常见的混合与粒料的设备 粒料和粉料在组成上是一致的，区别在于混合程度和形状不同。粒料的制备实际上是先制成粉料，然后再经过塑炼和造粒而成。 粒料的制备不直接采用塑炼的原因： a.塑炼要求的条件苛刻，设备的承料量不大； b.对于很不均匀的物料，采用目前的塑炼设备，需要很长时间，聚合物会产生降解。,117,1.塑炼 塑炼的目的是使聚合物在剪切力作用下熔融混合，并进一步驱出粉料中的挥发物，使制品性能更好更均一。 塑炼的控制条件一个是温度，一个是时间，若用双辊机，翻料的次数也是一个条件。

48、 塑炼设备主要有双辊机、密炼机、挤出机。,混合设备,一、混合设备的分类 操作方式 间歇式 连续式 混合过程特征 分散式 分布式 混合强度大小 高强度 中强度 低强度,118,1、间歇式和连续式 间歇式混合设备：混合过程是不连续的。 混合过程三个主要步骤：投料、混炼、卸料，周而复始。 典型设备：捏合机、开炼机、密炼机等。 连续式混合设备：混合过程是连续的。 典型设备：如单、双螺杆挤出机、FCM连续混炼机等。,119,分布混合设备：具有使混合物中组分扩散、位置更换、形成各组分在混合物中浓度趋于均匀的能力，即具有分布混合的能力。 分布混合作用：通过对物料的搅动、翻转推拉作用使物料中的各组分发生位置更

49、换。对于熔体则可使其发生大的剪切应变和拉伸应变，增大组分的界面面积以及配位作用。 代表性设备：有重力混合器、气动混合器及一般用于干混合的中、低强度混合器等。,2、分布式,120,分散混合设备：主要具有使混合物中组分粒度减小，即具有分散混合的能力。 分散混合作用：设备主要通过向物料施加剪切力、挤压力而达到分散目的。 代表性设备：开炼机、密炼机等。,2 分散式,121,3、高强度、中强度和低强度混合设备 根据混合设备在混合过程中向混合物施加的速度、压力、剪切力及能量损耗的大小，分为高强度、中强度和低强度混合设备。 习惯上，又常以物料所受的剪切力大小或剪切变形程度来决定混合强度的高低。,122,二、间歇混合设备 静式混合设备：重力混合器和气动混合器，是温和的低强度混合器，适用于大批量固态物料的分布混合。 滚筒类混合：转鼓式混合机、双锥混合机和V形混合机。是中、低强度的分布混合设备，适用于初混。 转子类混合设备：螺带混合机、锥筒螺杆混合机、犁刀混合机、双行星混合机、Z形捏合机、高速混合机等。是高强度混合设备，适用于初混。 最主要的设备是开炼机和密炼机，从结构角度来看