高分子材料成型加工高分子材料成型加工第五章 高分子材料混合与制备 高分子材料成型加工高分子材料成型加工高分子材料是以高分子材料是以高分子化合物高分子化合物为主体，加上其他添为主体，加上其他添加剂组成的多相复合体系。加剂组成的多相复合体系。对绝大部分高分子材料而言，都不是单独使用高对绝大部分高分子材料而言，都不是单独使用高分子化合物。分子化合物。其原因是：其原因是： 1. 1.性能单纯，不能满足多种制品的使用要求，性能单纯，不能满足多种制品的使用要求，如单纯聚合物老化严重；如单纯聚合物老化严重； 2. 2.不能满足某些成型方法的特定要求，成型工不能满足某些成型方法的特定要求，成型工艺性能差；艺性能差； 3. 3.价格、成本高；价格、成本高；Polymer products are rarely “pure” materials. Most Polymer products are rarely “pure” materials. Most often they are often they are mixturesmixtures, or , or compoundscompounds: : 高分子材料成型加工高分子材料成型加工加入其它物料的目的：加入其它物料的目的：改善高分子材料制品的使用性能改善高分子材料制品的使用性能( (强度、耐热强度、耐热性、抗冲性）性、抗冲性）改善成型工艺性能改善成型工艺性能（粘度、弹性、降低粘流（粘度、弹性、降低粘流温度）温度）降低成本降低成本高分子材料成型加工高分子材料成型加工Compounding Processes Additives are routinely added to modify or improve properties. These additives must be incorporated into the polymer prior to the final shaping operation. Polymer blends and alloys, produced by mixing together two or more polymers to generate a material with a wider range of properties, are finding increasing use.高分子材料成型加工高分子材料成型加工工业上用作成型的塑料根据成型工艺的不同和成型设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）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。和溶液等四种。粉料：主要用于双螺杆挤出机的挤出成型，压延成粉料：主要用于双螺杆挤出机的挤出成型，压延成型，滚塑。型，滚塑。粒料：主要用于单螺杆挤出机的挤出成型，注射成粒料：主要用于单螺杆挤出机的挤出成型，注射成型。型。分散体：主要用于涂覆成型，搪塑。分散体：主要用于涂覆成型，搪塑。溶液：主要用于流涎成型，浇铸成型。溶液：主要用于流涎成型，浇铸成型。工业上以粉料、粒料为主工业上以粉料、粒料为主复合物的形态复合物的形态高分子材料成型加工高分子材料成型加工成型所用的物料一般都是树脂和助剂的混成型所用的物料一般都是树脂和助剂的混合物，为了使在配方中占很小比例的各种合物，为了使在配方中占很小比例的各种助剂充分发挥其作用，就必须将树脂和助助剂充分发挥其作用，就必须将树脂和助剂体系，采取混合操作，使其尽可能地成剂体系，采取混合操作，使其尽可能地成为均匀体系。为均匀体系。Mixing (or compounding) is a vital step in polymer processing, as the mechanical, physical and chemical properties, as well as the appearance of the final product depend strongly on attaining a uniform composition.高分子材料成型加工高分子材料成型加工 第一节第一节 混合与分散混合与分散一、混合的类型一、混合的类型1. 简单简单混合（混合（非分散非分散混合）：粒子初混合）：粒子初始尺寸不减小，增加粒子分布均匀性。始尺寸不减小，增加粒子分布均匀性。 2.分散分散混合：粒子尺寸减小至极限值，混合：粒子尺寸减小至极限值，增加粒子分布均匀性和相界面。增加粒子分布均匀性和相界面。 混合和分散，一般是同时进行和同混合和分散，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粒子不断减小，达到均匀分散的目的。的。高分子材料成型加工高分子材料成型加工高分子材料成型加工高分子材料成型加工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 mixture 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 。Mixing高分子材料成型加工高分子材料成型加工Distributive Mixing Distributive mixing involves stretching, dividing and Distributive mixing involves stretching, dividing and reorienting the flow of the polymer melt compound in reorienting the flow of the polymer melt compound in order to eliminate local variations in material distribution order to eliminate local variations in material distribution and produce a more homogeneous mixture.and produce a more homogeneous mixture. Distributive mixers must impose Distributive mixers must impose high strainhigh strain on the material on the material together with splitting and reorienting the flow.together with splitting and reorienting the flow.l lAchieved by introducing barriers with large clearances Achieved by introducing barriers with large clearances that generate a long, convoluted flow path.that generate a long, convoluted flow path.高分子材料成型加工高分子材料成型加工Dispersive MixingDispersive mixing involves generating high stresses (shear and elongational) in the material to break down dispersed particles. These particles 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，间隔；距离between mixing elements (i.e. between extruder wall and a screw element).高分子材料成型加工高分子材料成型加工Brodkey Brodkey 混合理论混合理论分子扩散分子扩散混合的基本运动形式混合的基本运动形式 涡流扩散涡流扩散体积扩散体积扩散二二. .混合机理混合机理高分子材料成型加工高分子材料成型加工分子扩散分子扩散 由浓度梯度驱使自发地发生的一种过程，各组分由浓度梯度驱使自发地发生的一种过程，各组分由浓度梯度驱使自发地发生的一种过程，各组分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，的微粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域，的微粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域，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。从而达到各处组分的均化。从而达到各处组分的均化。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。不同物态的物料，其分子扩散的程度不同。不同物态的物料，其分子扩散的程度不同。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，不是靠分聚合物的混合是高黏度熔体间的混合，不是靠分聚合物的混合是高黏度熔体间的混合，不是靠分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子扩散实现。但低分子组分在聚合物熔体中的混子扩散实现。但低分子组分在聚合物熔体中的混子扩散实现。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合，可通过分子扩散实现合，可通过分子扩散实现合，可通过分子扩散实现。高分子材料成型加工高分子材料成型加工混合物料的状态分子扩散的程度气体与气体间的混合较快地、自发地进行低黏度液体与低黏度液体间的混合也能较显著地进行低黏度液体与固体间的混合高黏度液体与高黏度液体间的混合不显著，较困难地进行高黏度液体与固体间的混合固体与固体间的混合极慢，很难进行高分子材料成型加工高分子材料成型加工涡流扩散（紊流扩散）紊流扩散的必要前提是体系粘度很低，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，达到紊流的或物料运动的速度很高，达到紊流的程度。由于高分子熔体或浓溶液粘度程度。由于高分子熔体或浓溶液粘度很高，要达到紊流，必须有很高的流很高，要达到紊流，必须有很高的流速。速。聚合物熔体的流速很高时，剪切速率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。中通常很少发生涡流扩散。高分子材料成型加工高分子材料成型加工体积扩散（对流扩散）体积扩散（对流扩散） 流体质点、液滴或固体粒子由系统的一流体质点、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，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。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。在聚合物加工中，体积扩散占支配地位。体积扩散机理体积扩散机理l l体积对流混合：固体粒子之间体积对流混合：固体粒子之间 物料不变形物