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聚合物混合基础 第一节 混合与分散理论 1.??混合的基本原理 在聚合物的成型加工过程中，通常要进行配料操作，即把各种组分相互混在一起，尽可能成为均匀体系，这就要采用混合操作（混合和分散）。 （混合是将两种组分相互分布在各自所占的空间中，即使组分所占空间的最初分布情况发生变化；分散是指混合中一种或多种组分的物理特性发生了一些内部变化的过程，如颗粒尺寸减少或溶于其它组分中。） Mohr认为：混合是改变非随机的物料分布，并在所涉及的整个连续体中，任何小型的取样容积内，提高任何一种组成物粒子出现的几率。 混合、捏合和塑炼属于塑料配制中常用的混合过程。 混合和捏合是在低于聚合物的流动温度和较缓和的剪切速率下进行的，混合后物料组成基本无变化； 塑炼是在高于流动温度和较强的剪切速率下进行的，塑炼后物料中各组分在化学和物理性能上有所变化。 混合过程一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。 剪切、压缩、分配置换是混炼的三要素。 2. 混合的分类 按物料状态，混合可分为固固混合、液液混合和液固混合三种；按混合形式，混合可分为简单混合（非分散混合）和分散混合两种。 (1).简单混合：保证聚合物在一定体积内组分均匀，至少所观察的尺寸大于各个粒子的尺寸。这是一种无相变的固体粒子的混合，只是粒子在空间上的重排而不涉及粒子尺寸的变化。 简单混合可以用统计和概率的方法来表示。 (2).分散混合：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。 分散过程的两个同时进行的过程： a.分散相粒子的尺寸减小； b.分散相粒子均匀地分散于整个聚合物中。 分散混合是一个包括物理机械和化学作用的复杂过程。在该混合过程中： a.混合物各组分粒子被粉碎为适合于混合的较小粒子； b.在热（剪切热和传导热）的作用下，聚合物熔融塑化； c.粒子渗入到聚合物内； d.粒子的分散； e.粒子的均匀分布。 分散混合主要是通过剪应力起作用，为了获得大的剪应力，在混合机的设计中应引入高剪切区（即设置窄的间歇），并保证所有组成颗粒重复地通过高剪切区。提高混合机的转数可以提高剪切速率，从而增加分散能力。 分散度取决于混合器内最大剪切有效速率和通过次数：剪切速率越高，通过次数越多，分散越好。 剪应力的大小于颗粒的尺寸及物料的粘度有关：粒子大，收到的剪应力大，颗粒易破碎，粒子越小，所受剪应力越小，分散变得困难，分散速度下降；粘度大，所受剪应力大，粒子易破碎。粘度还与温度有关：温度越高，粘度越低，因此通常希望在较低的温度下进行分散混合。 3.混合效果的评定 （1）组成的均匀程度：指混合物占物料的比率与理论或总体比率的差异。 混合物的均匀性取决于测试方法的分辨率，当混合尺度小于分辨率时混合物呈现出是均匀的。混合程度的定量标准是混合的尺度小于测试方法的分辨率。 （2）物料的分散程度：混合体系中各个混入组分的粒子在混合后的破碎程度。 破碎度大，粒径小，分散程度就高。分散程度通常可从混入物间的距离来考虑，距离越短分散程度越好，而物料间的距离，与各组成粒子的大小有关。 对混合状态的判定，有直接法和间接法两种。 在实际操作中应视配制物料的种类和使用要求来掌握混合程度。工业上除凭经验判断外，也可用物理机械性能和化学性能的变化来进行判断。 在混合操作过程中应注意以下三点： （1）在混合过程中要尽量增大不同组分间的接触面，减少物料的平均厚度 （2）各组分的交界面应相当均匀地分布在被混合的物料中 （3）使在混合物的任何部分，各组分的比率和整体的比率相同 问题：聚合物/无机物纳米复合材料最难解决的问题是纳米增强相的分散，请用分散混合的原理分析原因所在。 第二节 混合设备 根据操作方式，混合设备可分为间歇式和连续式两大类；根据混合过程的特征，则分为分布式和分散式两类；根据混合物强度大小，可分为高强度、中强度和低强度混合设备。 分布混合设备主要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。如重力混合器、气动混合器及一般用于混合的中、低强度混合器等。 分散混合设备主要具有使混合物中组分粒度减少，即具有分散混合的能力。如开炼机、密炼机等。 间歇式混合设备包括捏合机、高速混合机、开炼机、密炼机等。 连续混合设备主要为挤出机，包括单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。 常用的物料初混装置，其主要结构部分是一个有可加热和冷却夹套的鞍型底部的混合室和一对Z型搅拌器。 混合时，物料借助于相向转动的一对搅拌器沿着混合室的侧壁上翻，而后在混合室的中间下落，再次为搅拌器所作用。周而复始，物料得到重复折叠和撕裂作用，从而取得均匀的混合。 2. 高速混合机 高速混合机广泛用于塑料的混合，它主要由附有加热或冷却夹套的圆筒形混合室和一个装在混