高分子材料加工原理混合详解.ppt

高分子材料加工原理混合详解演示文稿

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优选高分子材料加工原理混合

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一、混合的定义

混合是一种趋向于混合物均匀性的操作，是一种在整个系统

的全部体积内，各组分在其基本

单元没有本质变化的情况下的细

化和分布的过程。

第一节混合的基本概念和原理

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二、混合机理

按照Brodkey混合理论，混合涉及到扩散的三种基

本运动形式。

(一)分子扩散

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的一种扩散形式。

分子扩散在气体和低黏度液体中占支配地位,在固体与固体间作用是很小。

在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散无实际意义,但若混合组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是重要因素。

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(二)涡旋扩散

由系统内产生的紊流而实现流体混合的一种扩散形式。

对于气体和低黏度的液体体系，涡流扩散是常见的混合

类型。

在聚合物加工中黏度高，而且要实现紊流势必使熔体发生破裂，故很少发生涡旋扩散。

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(三)体积扩散

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；或指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.

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对流混合的两种机理：

（1）体积对流混合

涉及通过塞流对物料进行体积重新排列，而不需要物料连续变形。

可以无规则，也可以有序。

（2）层流混合

涉及到通过层流而使物料变形。

物料要受到剪切、伸长（拉伸）或挤压（捏合）。

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小结

聚合物加工中的混合与一般的混合不同：

由于聚合物熔体的黏度高（﹥102Pa·s），因此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散。

不利于混合，并降低混合均匀程度。

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三、混合过程发生的主要作用

剪切

分流

合并和置换

挤压(压缩)

拉伸

聚集

它们的出现及占有的地位会因混合的最终目的、物料的状态、温度、压力、速度等不同而不同。

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(一)剪切

作用:是把高黏度分散相粒子或凝聚体分散于分散介质中。

例:介于两块平行板间的物料通过板的平行运动而使物料内

部产生永久变形的黏性剪切。

剪切作用

在剪切的作用下，少组分立方体粒子将被拉长、变形，最后形成条纹状。

粒子体积没有变化，只是截面变细，向倾斜方向伸长。

表面积增大，分布区域扩大，渗进别的物料中的可能性增加。

混合均匀。

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剪切的混合效果与剪切力F的大小和力的作用距离H有关。

F越大和H越小，受剪切作用的物料被拉长变形L越大，混合效果越好。

剪切力作用下立方体的变形

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(二)分流、合并和置换

在流体的流道中设置突起板或隔板状的剪切片，进行分流。

分流后，有的在下游再合并为原状态，有的在各分流束内

引起循环流动后再合并，有的在各分流束进行置换后再合并，

也可能几种情况同时作用。

在进行分流时，隔板数为n，

分流数为(n+1)。如果的隔板

串联，其串联阶数为m:

分流数为N=(n+1)m。

混合前分流的配置情况

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(三)挤压

作用：物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度提

高，这样剪切时可提高剪切效率。

同时当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压

缩引起的流动剪切。

例：挤出机中，从加料

段到计量段螺槽的深度

是由深变浅。

挤压(压缩)

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(四)拉伸

使物料产生变形，减小料层厚度，增加界面，有利于混合。

(五)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：混合的逆过程。

在混合过程中应尽量减少聚集的发生。

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第二节高分子材料混合加工的原料配方设计

聚合物混合加工的原料：

聚合物连续相和分散相（添加剂）。

配方设计：注意添加剂的属性、添加剂之间的相互作用及其与

聚合物的