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高分子材料混合与设备PPT
发布时间:2022-06-29浏览次数:159

  简单混合(非分散混合):粒子初始尺寸不减小第一节 混合与分散 一、混合的类型 1. ,分布均匀性增加粒子。华体会体育app下载子尺寸减小至极限值2.分散混合:粒,均匀性和相界面增加粒子分布。和分散混合,行和同时完成的一般是同时进。过程中在混合,研磨、粉碎作用由于机械搅拌、,粒子不断减小使被混物料的,分散的目的达到均匀。扩散 由浓度梯度驱使自发地发生的一种过程Dispersive Mixing 分子,区域迁移到浓度较小的区域各组分的微粒由浓度较大的,处组分的均化从而达到各。态的物料不同物,的程度不同其分子扩散。黏度熔体间的混合聚合物的混合是高,子扩散实现不是靠分。合物熔体中的混合但低分子组分在聚,子扩散实现可通过分。扩散的必要前提是体系粘度很低涡流扩散(紊流扩散) 紊流,的速度很高或物料运动,流的程度达到紊。或浓溶液粘度很高由于高分子熔体,到紊流要达,高的流速必须有很。的流速很高时聚合物熔体,一定也很高剪切速率,合物降解会造成聚,中不允许成型加工。此因,很少发生涡流扩散聚合物加工中通常。子由系统的一个空间位置向另一个空间位置的运动体积扩散(对流扩散) 流体质点、液滴或固体粒,互占有的空间内发生运动或两种或多种组分在相,分的均匀分布以期达到各组。物加工中在聚合,占支配地位体积扩散。:熔体间 物料变形 体积重排 剪切、挤压、伸长 物料分散的关键是使物料发生形变和重新分布体积扩散机理 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,所需的外加作用力以及克服颗粒凝聚。面具有一定角度的话如果作用力F与平,向上产生分力则在垂直方,层与层之间的流动这个分力能造成,强了混合效果从而大大增。互为90°的剪切力的交替作用来提高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。水平方向剪切力作用但混合中物料只受到,受力位置来达到这一目的所以通常用交换物料的。 Mixing Devices Twin Screw Extruders: TSE’s have two screws within the barrel第二节 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 Continuous,g or counter-rotatingand can be co-rotatin,Mixing Devices Continuous Mixing Devices Twin-screw extruders use modular screws that are assembled from screw segments fitted onto a common shaft轴intermeshing or non-intermeshing. They are favoured for Mixing and compounding Chemical reactions / reactive extrusion Devolatilization Continuous ,ts can provide pumping杆状物. Conveying segmen,volatilizationmixing and de,otors are designed for kneading and mixing. Thuswhile non-conveying elements such as discs and r,r a wide range of applicationsscrews are easily optimized fo,alized Compounding Devices: A Cokneader is a single-screw extruder with a slottedmaking twin-screw extruders extremely versatile. Continuous Mixing Devices Speci,ow. The screw flights are interrupted by a channelscrew that oscillates along the axis of polymer fl,w reciprocation互换which during scre,rel wall. 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move through pins 穿销fixed along the bar,力较弱混合能。挤出造粒主要用于,、中空制品和异型材成型板、管、丝、膜。却装置的料筒和三段式螺杆主要结构:带有加热或冷。挤出机对流作用小挤出机 特点:,行初混合物料需进;连续操作生产为,率高效;用于造粒可直接。螺杆挤出机结构:单,机 广泛使用的聚合物加工设备双螺杆挤出机 2、双螺杆挤出,力很强混合能。共混改性、反应挤出、PVC型材挤出主要用于填充改性、纤维增强改性、。置的∞字型料筒和组合式螺杆主要结构:带有加热或冷却装。出机 非啮合型双螺杆挤出机 (3)挤压 当物料被压缩时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,会发生流动物料内部,而引起的流动剪切产生由于压缩 。使物料密度增大这是由于压缩,作用大而引起的剪切 时剪应力。在密炼机、开炼机和挤出机中都存在这种由挤压(压缩)引起的流 动。可以使物料产生变形(4)拉伸 拉伸,层厚度减小料,界面增加,于混合有利。在混合过程中(5)聚集 ,微粒间相互吸引力的作用下已破碎的分散相在热运动和,集在一起重新聚,的逆过程这是混合。减少这种效应混合中应尽量。指出最后,合过程中在实际混,切剪,并和置换分流、合,压缩)挤压(,伸拉,时作用的聚集是同,中的某一种占优势而已只是在一定条件下其。那种作用但不管,层内流动外除了造成,层间流动还应造成,好混合效果才能达到最。对聚合物取样、观察、分析和判定1、混合状态的直接判定 直接。定 液体物料:分析混合物不同部分的组成三.混合效果的评定 混合状态的直接判。个物料的平均组成一致若不同部分的组成与整,差很小或相,合效果好说明混;之反,差则。散程度和混合物的均匀程度两方面考虑固体物料和塑性物料:要从物料的分。性物料的混合效果主要讨论固体和塑。入物所占物料的比率与总体比率的差异(1).均匀程度 均匀程度是指混。中任意位置取样如果从混合物,分的比率分析各组,总体比率越接近如果分析结果与,合均匀程度较高就表明试样的混,果越好混合效。是但,评定混合效果用均匀程度来,不能太少取样点,很少时取样点,的实际和分散情况不能反映全体物料,取多个试样进行分析应该从混合物各组分。匀程度来评定混合效果是不够的三.混合效果的评定 仅仅用均,出物料混合效果有时还不能反映。一混合物例如某,各占50%甲乙两组分,个试样进行分析如果任意取两,接近50%结果也是。以说混合效果很好从均匀程度上可,还会有两种不同情况但是在这种情况下。程度来看从分散,混合效果是不好的显然第二种情况。不能完全评定混合效果的因此仅仅从均匀程度是,物料的分散程度必须还要考虑。邻的同一组分之间平均距离来表示的(2).分散程度 分散程度是用相。 V:混合物料体积r=V/(S/2);接触表面积S:各组分。合过程中因此在混,粒子体积不断减小,接触面增加,程度越高则分散。指被分散物质的破碎程度r S V ?分散程度,径大小来表示一般用平均粒。程度高破碎,径小粒,度就高分散程。直径两种: 从概率统计的概念来说:同种重量或体积的物料?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,越小粒子,部位置的可能性就越小同种粒子集中在一个局,散越均匀即微观分。合角度从混,子越细越好希望物料粒,艺角度看但从工,太细粒子,粉料容易飞扬劳动环境较。指出的必须,理想情况下提出的上述混合理论是在,局限性有一定。混合的效果的评定在实际生产中关于,好的方法还没有很。试样的物理性能、力学性能和化学性能等2、混合状态的间接判定 检测制品或,体系的混合状态间接地判断组分,物的混合状态密切相关这些性能往往与混合。聚合物混合状态很好的指标Tg—表征并用(共混)。料混合状态的间接表征因素力学性能—填充聚合物材。混合设备:混合过程是不连续的1、间歇式和连续式 间歇式。骤:投料、混炼、卸料混合过程三个主要步,复始周而。、开炼机、密炼机等典型设备:捏合机。混合过程是连续的连续式混合设备:。出机、FCM连续混炼机等典型设备:如单、双螺杆挤。he oldest type of mixing equipment and are still widely used. They are versatile unitsMixing Devices Mixers can be classified into two categories: Batch mixers: They are t,ng a cycle to achieve optimum mixing. Continuous mixers: They include single and twin-screw extrudersbecause operating conditions and the time at which the additives are incorporated can be varied duri, mixing offers higher throughputsand modified variants. Continuous,and greater product uniformityreduced manpower requirements ,ntages include less processing flexibilityleading to easier quality control. Disadva,spersive mixing quality 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requirement for expensive feeding equipment and generally lower di,混合的能力即具有分布。推拉作用使物料中的各组分发生位置更换分布混合作用:通过对物料的搅动、翻转。大的剪切应变和拉伸应变对于熔体则可使其发生,面积以及配位作用增大组分的界面。及一般用于干混合的中、低强度混合器等代表性设备:有重力混合器、气动混合器。使混合物中组分粒度减小分散混合设备:主要具有,混合的能力即具有分散。施加剪切力、挤压力而达到分散目的分散混合作用:设备主要通过向物料。炼机、密炼机等代表性设备:开。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2、分布式和分散式 3、高强度、中强度和低强度混合设备 根据混合,度和低强度混合设备分为高强度、中强。惯上习,切变形程度来决定混合强度的高低又常以物料所受的剪切力大小或剪。设备:重力混合器和气动混合器二、间歇混合设备 静式混合,强度混合器是温和的低,态物料的分布混合适用于大批量固。、双锥混合机和V形混合机滚筒类混合:转鼓式混合机。的分布混合设备是中、低强度,于初混适用。刀混合机、双行星混合机、Z形捏合机、高速混合机等转子类混合设备:螺带混合机、锥筒螺杆混合机、犁。混合设备是高强度,于初混适用。开炼机和密炼机最主要的设备是,角度来看从结构,子类混合器应属于转。常用的物料初混装置1、Z型捏合机 是。性)和固液物料(润性)适用于固态物料(非润。鞍型底部混合室和一对Z型搅拌器主要结构:有加热和冷却夹套的的。的混合捏合机,较长时间一般需要,数小时不等越半小时至。转速低特点:,~30转/分n =18,体系开式,效率低混合,~60分钟每次需40,易排出挥发份。高速混合机的混合2、高速混合机 ,时较短一般需,0min约8~1。塑料混合设备是广泛使用的。合和固液混合适用于固态混,配制粉料更适于。筒型混合室、折流挡板和高速叶轮主要结构:有加热和冷却夹套的圆。速高转,00转/分n =18,效率高混合,~10分钟每次只需8;去挥发份不易除,热较多摩擦,一对安装在同一平面内的中空辊筒混合温度不易控制 3、开炼机 ;以通冷热水辊筒中间可,蒸汽或通,却或加热以便冷;辊距可调两辊筒的;辊相向旋转工作时两;速略有差异两辊筒转,5~1:1.27)速比(1:1.1。靠两辊间隙的一条线特点:塑炼作用主要,效率低塑炼,触物料易氧化高温与空气接,定挥发损失助剂有一,环境差工作,强度高劳动,察物料塑炼情况但可以随时观。 一个塑炼室4、密炼机,加料口上部为,排料口下部为,有一顶栓上下各,下顶栓关闭后当上顶栓和,闭式塑炼室即形成一密;相向旋转的转子塑炼室内有个对,面呈梨形转子横截,Z形螺旋沿纵向为;却(加热)夹套塑炼室外壁有冷;略有不同转子转速,一速比存在。切作用强烈特点: 剪,效率高塑炼;气接触不与空,化分解不易氧;排出挥发份同时也不易; 第三章 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机械化程度高 * 高分子材料成型加工 高分子材料成型加工 * *,成的多相复合体系加上其他添加剂组。分子材料而言对绝大部分高,用高分子化合物都不是单独使。1.性能单纯其原因是: ,制品的使用要求不能满足多种,物老化严重如单纯聚合;成型方法的特定要求2.不能满足某些,艺性能差成型工;、成本高3.价格;terials. Most often they are mixturesPolymer products are rarely “pure” ma,型工艺性能(粘度、弹性、降低粘流温度) 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or compounds: 加入其它物料的目的: 改善高分子材料制品的使用性能(强度、耐热性、抗冲性) 改善成,将各种组分相互混合因此在成型前必须要,料再进行成型加工制成合适形态的物,就称为混合这一过程,为配料又称,工前的准备工艺 实际上是成型加。 为何需要在成型前进行准备? 不同的成型工艺Compounding Processes,状胶条……. 各种配合剂需要进行预处理 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对原料的形态有不同的要求 塑料制品:粒状、粉状、片状、液状、糊状…. 橡胶制品:混粒胶、片,工业上用作成型的塑料根据成型工艺的不同和成型设备的不同有粉料、粒料、分散体(溶胶塑料、糊塑料)和溶液等四种需要在成型前进行预处理 聚合物与不同的配合剂需要在成型前进行有效的混合 成型加工的物料必须经过准确计量 。杆挤出机的挤出成型粉料:主要用于双螺,成型压延,塑滚。杆挤出机的挤出成型粒料:主要用于单螺,成型注射。用于涂覆成型分散体:主要,塑搪。用于流涎成型溶液:主要,成型浇铸。成型所用的物料一般都是树脂和助剂的混合物工业上以粉料、粒料为主 复合物的形态 ,的各种助剂充分发挥其作用为了使在配方中占很小比例,脂和助剂体系就必须将树,合操作采取混,成为均匀体系使其尽可能地。 all casesIn almost,y providing convoluted 旋绕的flow paths that split and reorient the flow repeatedly.主要通过对流实现good distribution AND good dispersion are required. Distributive mixing can be achieved b。gh 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 Dispersive mixing can be achieved by passing the mixture throu。butive mixing involves stretchingMixing Distributive Mixing Distri,ive mixers must impose high strain on the material together with splitting and reorienting the flow. Achieved by introducing barriers with large clearances that generate a longdividing and reorienting the flow of the polymer melt compound in order to eliminate local variations in material distribution and produce a more homogeneous mixture. Distribut,es may be insoluble fillers (composites) or a second polymer melt (blend). Dispersive mixers force the material to flow over barriers that form narrow clearances间空convoluted flow path. Dispersive mixing involves generating high stresses (shear and elongational) in the material to break down dispersed particles. These particl,隔间;crew element). Brodkey 混合理论 分子扩散 混合的基本运动形式 涡流扩散 体积扩散 二.混合机理 极慢距离between mixing elements (i.e. between extruder wall and a s,高黏度液体与固体间的混合 不显著很难进行 固体与固体间的混合 ,混合 较快地、自发地 进行 气体与气体间的混合 分子扩散的程度 混合物料的状态 常见的操作过程有: 混合:指粉状固体物混合较困难 地进行 高黏度液体与高黏度液体间的混合 低黏度液体与固体间的混合 也能较显著地 进 行 低黏度液体与低黏度液体间的;粉状物料的混合捏合:指液体和;体或固体物料间的混合塑炼:指塑性物料与液。上且在较强的剪切速率下进行的塑炼一般是在高于流动温度以。性质或物理性质会有所改变塑炼后物料中各组分的化学。反应或粘度发生变化如聚合物产生降解。较缓和的剪切速率下进行的而混合、捏合都是在Tg和,分本质上基本没变化混合后的物料各组。置换”来完成“分布”由“;置换”起辅助作用“剪切”为进行“;提高物料的密度“压缩”则是,速率起辅助作用为提高“剪切”。压缩 剪切 分配置换 在聚合物混合过程中混炼三要素 三者的关系: 混炼三要素 ,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。高粘度分散相的粒子或凝聚体分散于其它分散介质中剪切的类型:粘性、分割、磨碎 剪切的作用:把。切作用后物料受剪,形、拉长发生变,有发生变化但体积没,面变细于是截,方向伸长向倾斜,积增大表面,的可能性增加渗进别的物料,合均匀的目的从而达到混。过程主要是靠剪切作用来达到的高分子材料在挤出机内的混合,料筒间所受到的剪切作用螺杆旋转时物料在螺槽和,限长的平行板之间进行可以设想为在两个无。物料块在力的剪切作用下⑴ 剪切 用图说明: ,料块变形结果物,转拉长被偏。没变体积,面积增大只是截,域扩大分布区。占有空间的机会加大进入另外的物料中,物料的可能性增大同时渗透进入其它。力的大小和力的作用距离有关F 剪切的混合效果与剪切,是否连续改变有关还与剪切力的方向。用距离越小剪切力的作,料被拉得越长受剪切的物,形大变,它物料接触有利于与其,效果好混合。外另,合效果要比单螺杆效果好塑料在双螺杆挤出机中混。0°的两个方向的剪切力的交替作用因为塑料在双螺杆中连续承受互为9,流效果特别好层与层之间对。点:剪切力要大剪切作用三要;距离要小作用力的;料的受力方向要不断改变物。置换 利用器壁⑵分流、合并和,进行分流对流动,突起状或隔板状的剪切片即在流体的流道中设 置,进行分流对流动。动下游再合并为原状态分流后: 分流束在流;循环流动后再合并在各分流束内引起;置交换(置换)后再合并在各分流束进行相对位;一起作用的情况以上几种过程。子材料成型加工 * * * 高分*

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