第一章 混合与混炼.ppt

聊城大学材料科学与工程学院 1.1混合与混炼原理 1.1.1 共混方法及目的 1.1.2聚合物共混的基本概念 1.1.3聚合物共混物的形态结构 1.1.4共混原则 1.1.5共混体系的类型及特征 1.1.6共混过程的要求 1.1.1.1共混目的和效果 单一材料很难胜任人们对材料提出的要求，例如高强、高韧、功能性要求（阻燃、抗静电等）；而通过聚合方法开发新产品需要大量的资金投入，新型共聚产品的开发需要几千万甚至上亿美金，而共混产品资金需要量则小得多。 提高聚合物的使用性能 改善聚合物的加工性能 LLDPE/LDPE 丁基橡胶/OPE 加工速度提高15％。 PVC增塑体系 1.1.1.2共混方法 机械共混法 采用共混设备进行混合 常用的设备如高速搅拌机、挤出机、密炼机、开炼机等。物理共混法、反应－机械共混法。 液体共混法 溶剂法，首先找到共溶剂 例如HDPE/LDPE 甲苯作为溶剂进行共混；PVC/NBR 四氢呋喃作为溶剂进行共混。 乳液法，聚合物乳液共混，共沉淀。 共聚-共混法 接枝共聚共混法，嵌段共聚共混法 先制备一种聚合物，然后将其溶于另一种单体中，形成均匀溶液再引发与第一种聚合物发生接枝反应，形成共聚物。例如，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）。以顺丁橡胶为骨架，将苯乙烯、丙烯腈接枝的方法，生产ABS。 互穿网络聚合物制备技术 所谓互穿网络技术是先制备一种交联聚合物，将其在含有活化剂和交联剂的第二种聚合物单体中溶胀，然后再进行聚合。 1.1.2 共混的基本概念 1.1.2.1共混物的组成及共混比表示方法 a 基体树脂100份，其它组分的重量分数 例如：PVC 100 稳定剂 5 润滑剂 1 抗冲改性剂 8 填料 10 再如：HDPE 100 发泡剂 2 交联剂 0.2 c 体积分数 对于双组分 1.1.2.2 共混物的均匀性与分散程度 均匀性 是指被分散物质在共混体内浓度分布的均一性，或者说分散相浓度变化的大小。 1.1.3聚合物共混物的形态结构 界面层的形成 两相相互接触，两种聚合物大分子链之间的相互扩散。 界面层的作用 两相之间的粘合，传递应力。 1.1.3.1非结晶聚合物共混物的形态结构 单连续结构 两相互锁或交错结构 两相连续（双连续）结构 1.4共混原则 聚合物共混 聚合物与填充增强剂的共混 聚合物共混 相容性原则 流变学原则 表面张力原则 分子扩散动力学原则 自由能变化 相容性原则 根据热力学第二定律，两种化合物等温混合时 对于不相容聚合物如何进行共混 流变学原则 等粘点或等粘区原则：组成共混体系的聚合物的粘度越接近，越能混合均匀。除了分子结构因素外，聚合物的粘度受到剪切速率和温度的影响。 表面张力相近原则 为使聚合物之间有足够的粘结力，两相间应有良好的接触和相互浸润作用。两相之间的浸润状况取决于两相间的表面张力差。聚合物之间的表面张力差越小，聚合物分子之间越容易扩散，两相间的粘结强度越高，共混物的性能越优良。 分子扩散动力学原则 即分子链段渗透相近原则。当两种聚合物相互接触时，会发生链段之间的相互扩散。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近的速度相互扩散，形成模糊的界面层，界面层的厚度越宽，共混物的性能越好。 聚合物与填充增强剂的共混 聚合物－填充增强剂体系的相态结构 填料与聚合物的相容性 填充剂粒径对聚合物性能的影响 纤维增强聚合物 纤维品种:玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维、硼纤维、芳纶纤维等。 从性能价格上比较，目前国内外主要使用玻璃纤维增强聚合物。 无机填料填充增强 为了改善聚合物的刚性，常使用许多无机物和有机物填充在聚合物中，如碳酸钙、云母、滑石粉等。 改性工艺通常采用一步法或二步法 一步法：所谓一步法即将聚合物与填料、改性剂通过混合均匀后，通过双螺杆挤出机挤出造粒后即得到改性产品。 二步法 即聚合物与改性母粒混合后通过造粒得到改性产品。 采用填充改性后的产品可显著提高材料的拉伸屈服强度、弯曲模量，降低成型收缩率，但材料的粘度增加，在加工过程中需要提高加工温度，材料的表观质量也会下降。 1.1.5共混体系的类型及特征 固体/固体混合 固体聚合物与其它固体组分的混合(体积扩散即对流混合机理)。 液体/液体混合 主要是小分子液体与聚合物及聚合物熔体进行混合(分子扩散机理、体积扩散机理即对流混合机理）。 固体/液体混合 聚合物熔体与固体添加剂，三个步骤：润湿、分散、均化。 1.1.6共混过程要求 混炼的要素：剪切、分配置换、压缩、拉伸、聚集。 1.2混合与混炼设