混合与分散原理PPT演示课件(PPT 35页).pptx

1、61第1页，共35页。2塑料的混合与塑化塑料的混合与塑化。本章教学内容本章教学内容1混合与分散理论混合与分散理论；2第2页，共35页。性能好、价格低性能好、价格低耐高温、易成型耐高温、易成型韧性好、强度大韧性好、强度大与其他物质共混与其他物质共混或复合，或复合，并加入添加剂并加入添加剂改善使用性能改善使用性能改善加工性能改善加工性能降低成本降低成本3第3页，共35页。4第4页，共35页。分子扩散分子扩散分子扩散的动力来自于浓度差所造成的化学势能梯度分子扩散的动力来自于浓度差所造成的化学势能梯度这种扩散作用的发挥取决于分子运动的能力和速度，主要发这种扩散作用的发挥取决于分子运动的能力和速度，主要

2、发生于气体和低粘度液体中；生于气体和低粘度液体中；问问题题在聚合物的各组分混合过程中，分子扩散可以在什么情况下发挥在聚合物的各组分混合过程中，分子扩散可以在什么情况下发挥一定作用？一定作用？5第5页，共35页。涡流扩散涡流扩散 即紊流扩散即紊流扩散其前提是要求体系粘度低或物料流速快，在化工过其前提是要求体系粘度低或物料流速快，在化工过程中，流体的混合一般是靠系统内产生紊流来实现程中，流体的混合一般是靠系统内产生紊流来实现的。的。在聚合物的混合和加工过程中，这种扩散作用在聚合物的混合和加工过程中，这种扩散作用很少发生很少发生.6第6页，共35页。体积扩散体积扩散 又称对流混合，是指两种或多种组分

3、在相互占有的又称对流混合，是指两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动，以期达到多组分在体系内均布的空间内发生运动，以期达到多组分在体系内均布的目的。目的。在聚合物加工中在聚合物加工中 占支配地位。占支配地位。体积对流混合，在物料无需连续变形的情况下，通体积对流混合，在物料无需连续变形的情况下，通过塞流对物料进行体积重排，这种重排是重复进行过塞流对物料进行体积重排，这种重排是重复进行的，可以是有序的，也可以是无序的；的，可以是有序的，也可以是无序的；层流对流混合，是通过层流使物料产生剪切、伸长层流对流混合，是通过层流使物料产生剪切、伸长(拉伸拉伸)、挤压、挤压(捏合捏合)等连续变形，从而达到混

4、合的目等连续变形，从而达到混合的目的。主要发生在聚合物熔体之间的。主要发生在聚合物熔体之间。7第7页，共35页。剪切剪切F F1、粘性剪切粘性剪切 在剪切变形作用下，物料块被拉长和偏转，截面变细，使在剪切变形作用下，物料块被拉长和偏转，截面变细，使得其表面积增加，与其他物料接触机会变大，渗入另的物得其表面积增加，与其他物料接触机会变大，渗入另的物料块的机会增加，可达到均匀混合的目的；料块的机会增加，可达到均匀混合的目的；8第8页，共35页。2 2、分割剪切、分割剪切 有助于料层变薄和体积对流的发生；有助于料层变薄和体积对流的发生；3 3、磨碎剪切磨碎剪切 前两种剪切作用的合成，使得体系中分散相

5、的粒径前两种剪切作用的合成，使得体系中分散相的粒径变小，相畴减少，可以使组分细化。变小，相畴减少，可以使组分细化。剪切混合效果的大小与剪切力的大小与方向以及力剪切混合效果的大小与剪切力的大小与方向以及力的作用距离有关，的作用距离有关，9第9页，共35页。剪切的作用剪切的作用10第10页，共35页。分流分流,合并和置换合并和置换 利用器壁利用器壁,对流动进行对流动进行分流分流,即在流体的流道中设即在流体的流道中设置突起状或隔板状的剪切片置突起状或隔板状的剪切片,对流动进行分流对流动进行分流.分流后分流后:1、分流束分流束在流动下游再合并为在流动下游再合并为原状态原状态;2、在各在各分流束分流束内

6、引起循环流动后再内引起循环流动后再合并合并;3、在各在各分流束分流束进行相对位置交换进行相对位置交换(置换置换)后再后再合并合并;4、以上几种过程一起作用的情况以上几种过程一起作用的情况.11第11页，共35页。混合前的分流配置与混合后的分流配置混合前的分流配置与混合后的分流配置 当当x方向分流数方向分流数m=3，y方向方向分流数分流数n=3时混合前后分流时混合前后分流的配置情况的配置情况12第12页，共35页。挤压作用挤压作用 当物料被压缩时当物料被压缩时,物料内部会发生流动物料内部会发生流动,产生由于压缩而引起的产生由于压缩而引起的流动剪切流动剪切.这是由于压缩使物料密度增大这是由于压缩使

7、物料密度增大，剪切时剪应力作剪切时剪应力作用大而引起的用大而引起的.这种由挤压这种由挤压(压缩压缩)引起的流动在密炼机引起的流动在密炼机,开炼机开炼机和挤出机中都存在和挤出机中都存在.13第13页，共35页。拉伸作用拉伸作用 主要作用是使物料变形，使得料层变薄，增加界面，使得主要作用是使物料变形，使得料层变薄，增加界面，使得料层之间接触面积增加，以利于混合料层之间接触面积增加，以利于混合 聚集作用聚集作用 是分散混合作用的可逆过程，在加工过程中，破是分散混合作用的可逆过程，在加工过程中，破碎过程和聚集过程之间会达到一平衡值，这时分碎过程和聚集过程之间会达到一平衡值，这时分散相颗粒的粒径称为平衡

8、粒径。散相颗粒的粒径称为平衡粒径。14第14页，共35页。混炼三要素混炼三要素P-压缩压缩 S-剪切剪切 D-置换置换15第15页，共35页。按混合形式分类按混合形式分类 非分散性混合，又称简单混合，是一种减少混合物非均匀非分散性混合，又称简单混合，是一种减少混合物非均匀性的操作，是整个系统的全体积内，各组分在其基本单元性的操作，是整个系统的全体积内，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，是通过各组没有本质变化的情况下的细化和分布的过程，是通过各组分的物理运动来完成的。分的物理运动来完成的。只是粒子在空间上的重排而不涉只是粒子在空间上的重排而不涉及粒子尺寸的变化。及粒子尺寸

9、的变化。非分散性混合非分散性混合分布性混合分布性混合层流混合层流混合16第16页，共35页。分布性混合：分布性混合分有序分布性混合和无分布性混合：分布性混合分有序分布性混合和无规分布性混合。规分布性混合。有序分布性混合用条纹厚度表征混合物的混合状态和混有序分布性混合用条纹厚度表征混合物的混合状态和混合过程，而无规分布性混合通常用整体均匀度来表征。合过程，而无规分布性混合通常用整体均匀度来表征。无规的无规的(左左)和有序的和有序的(右右)分布性混合分布性混合17第17页，共35页。层流混合分为流变性均匀流体的层流混合和流层流混合分为流变性均匀流体的层流混合和流变性非均匀流体的层流混合变性非均匀流

10、体的层流混合问问题题把高粘度的少组分混合到低粘度的多组分与把低粘度的少组分把高粘度的少组分混合到低粘度的多组分与把低粘度的少组分混合到高粘度的多组分中哪个容易哪个难？混合到高粘度的多组分中哪个容易哪个难？把高粘度的少组分混合到低粘度的多组分比把低粘度的少组把高粘度的少组分混合到低粘度的多组分比把低粘度的少组分混合到高粘度的多组分难分混合到高粘度的多组分难18第18页，共35页。是指在混合过程中将粒子的尺寸减至最小，增加相间界是指在混合过程中将粒子的尺寸减至最小，增加相间界面，提高混合物组分均匀性的过程，分散混合是把少量面，提高混合物组分均匀性的过程，分散混合是把少量的固体颗粒和液相滴分开来，成

11、为最终粒子或更小的颗的固体颗粒和液相滴分开来，成为最终粒子或更小的颗粒或滴，并均匀地分散在多组分中的操作，过程复杂，粒或滴，并均匀地分散在多组分中的操作，过程复杂，在其中要发生物理、化学和力学作用。在其中要发生物理、化学和力学作用。非分散混合和分散混合非分散混合和分散混合19第19页，共35页。分散过程的两个同时进行的过程：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；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。分散相粒子均匀地分散于整个聚合物中。1.混合物各组分粒子被粉碎为适合于混合的较小粒子；混合物各组分粒子被粉碎为适合于混合的较小粒子；2.在热（剪切热和传导热

12、）的作用下，聚合物熔融塑化；在热（剪切热和传导热）的作用下，聚合物熔融塑化；3.粒子渗入到聚合物内；粒子渗入到聚合物内；4.粒子的分散；粒子的分散；5.粒子的均匀分布。粒子的均匀分布。20第20页，共35页。按物料的物理状态按物料的物理状态 固体与固体的混合固体与固体的混合，主要是固体树脂之间或固体树脂与固体，主要是固体树脂之间或固体树脂与固体的添加剂之间的混合。的添加剂之间的混合。属于预混合，先于聚合物熔体混合和塑炼以及成型过程。其属于预混合，先于聚合物熔体混合和塑炼以及成型过程。其混合机理是体积对流混合，通常是无规分布的混合，物料无混合机理是体积对流混合，通常是无规分布的混合，物料无需连续

13、变形。一般把这种混合归为简单混合。需连续变形。一般把这种混合归为简单混合。21第21页，共35页。液体与液体的混合液体与液体的混合 小分子液体助剂之间的混合机理是紊流扩散小分子液体助剂之间的混合机理是紊流扩散 聚合物熔体之间的混合机理是层流对流混合聚合物熔体之间的混合机理是层流对流混合 熔体与小分子液体间的混合机理则主要是分子扩熔体与小分子液体间的混合机理则主要是分子扩散散 22第22页，共35页。液体与固体的混合液体与固体的混合 液体小分子助剂与树脂固体间的混合，主要依靠扩液体小分子助剂与树脂固体间的混合，主要依靠扩散作用散作用：固体添加剂与聚合物熔体之间的混合固体添加剂与聚合物熔体之间的混

14、合，主要依靠剪，主要依靠剪切作用切作用 聚合物加工中的主要混合形式聚合物加工中的主要混合形式:液液-液混合液混合(共混共混),液液-固混合固混合(填充填充)23第23页，共35页。在工业生产中简单地将固体与固体间的混合称为混合；在工业生产中简单地将固体与固体间的混合称为混合；液体小分子助剂与固体树脂或添加剂之间的浸渍与混合液体小分子助剂与固体树脂或添加剂之间的浸渍与混合称为捏合；称为捏合；含有树脂熔体的混合称为塑炼。含有树脂熔体的混合称为塑炼。混合混合、捏合捏合和和塑炼塑炼是常用的混合过程。是常用的混合过程。24第24页，共35页。25第25页，共35页。26第26页，共35页。分为直接描述法

15、和间接判定法两种。分为直接描述法和间接判定法两种。统计学的混合指标统计学的混合指标，如用平均粒径来判断分散的程度；而用，如用平均粒径来判断分散的程度；而用总体均匀度来判断混合的均一性。总体均匀度来判断混合的均一性。判断混合效果的方法判断混合效果的方法视觉观察法视觉观察法 27第27页，共35页。问题问题1、聚合物、聚合物/无机物纳米复合材料最难解决的问题是纳米增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。强相的分散，请用分散混合的原理分析原因所在。28第28页，共35页。混合和分散在工业上是在为塑料成型用物料做准备，混合和分散在工业上是在为塑料成型用物料

16、做准备，无论是粉状还是粒状塑料都需进行配制后才能成型。配无论是粉状还是粒状塑料都需进行配制后才能成型。配制一般有以下过程：原料的准备、初混合、初混物的混制一般有以下过程：原料的准备、初混合、初混物的混炼塑化和塑料物的粉碎和粒化等。其中最主要的是混合炼塑化和塑料物的粉碎和粒化等。其中最主要的是混合与混炼塑化。与混炼塑化。29第29页，共35页。1、原料的准备、原料的准备1、原料的准备主要包括原料的预处理、配料计量和输送等、原料的准备主要包括原料的预处理、配料计量和输送等；2、树脂和助剂需经干燥、筛析、吸磁和研磨等处理过程、树脂和助剂需经干燥、筛析、吸磁和研磨等处理过程；3、在固体和小分子液体混合

17、前，可对热稳定性好和挥发性小的液、在固体和小分子液体混合前，可对热稳定性好和挥发性小的液体助剂如增塑剂进行预热，降低其粘度，提高扩散速率，强化传体助剂如增塑剂进行预热，降低其粘度，提高扩散速率，强化传热过程，使聚合物溶胀速率加大，利于混合效率的提高。热过程，使聚合物溶胀速率加大，利于混合效率的提高。4、对于用量少、难以分散、有可能造成粉尘污染的添加剂。可先制成浆对于用量少、难以分散、有可能造成粉尘污染的添加剂。可先制成浆料或母粒，再与其他组分混合，以保证这些添加剂可以均匀分散。料或母粒，再与其他组分混合，以保证这些添加剂可以均匀分散。30第30页，共35页。2、初混合、初混合初混合是指在低于树

18、脂熔化温度和较缓和的剪切力作用下对物料进行混初混合是指在低于树脂熔化温度和较缓和的剪切力作用下对物料进行混合。这种混合是间歇式的、非分散性的混合，合。这种混合是间歇式的、非分散性的混合，非润性物料混合的工艺程序一般是按树脂、稳定剂、着色剂、填料和非润性物料混合的工艺程序一般是按树脂、稳定剂、着色剂、填料和润滑剂的顺序加入物料，混合一定时间后，提高加热设备使物料温度润滑剂的顺序加入物料，混合一定时间后，提高加热设备使物料温度升至规定值，使得润滑剂得以熔化，以便与配方中的其他组分混合均升至规定值，使得润滑剂得以熔化，以便与配方中的其他组分混合均匀匀 31第31页，共35页。润性物料混合的工艺程序一

19、般是先将树脂加入混合器，升温至润性物料混合的工艺程序一般是先将树脂加入混合器，升温至100以下并加以搅拌，脱出水分以便于吸收增塑剂，而后喷入以下并加以搅拌，脱出水分以便于吸收增塑剂，而后喷入已预热的增塑剂，再加入由稳定剂、着色剂和部分增塑剂配制的已预热的增塑剂，再加入由稳定剂、着色剂和部分增塑剂配制的浆料，最后加入填料和润滑剂，混合直至出料为止。浆料，最后加入填料和润滑剂，混合直至出料为止。32第32页，共35页。3、混炼塑化混炼塑化 对初混物进行混炼塑化是在高于树脂的熔化温度和较大的剪切力作用下进对初混物进行混炼塑化是在高于树脂的熔化温度和较大的剪切力作用下进行的。行的。1、树脂在热和剪切的

20、作用下得到了塑化、树脂在热和剪切的作用下得到了塑化；2、除去了小分子液体和水分等杂质；、除去了小分子液体和水分等杂质；3、分散相的粒径和相畴变小；、分散相的粒径和相畴变小；4、混合物的均匀性增加；有利于得到性能比较均一的物料。、混合物的均匀性增加；有利于得到性能比较均一的物料。33第33页，共35页。4、粉碎和粒化、粉碎和粒化粉碎和粒化塑化后的物料，是一个固体尺寸减小的过程，目的是粉碎和粒化塑化后的物料，是一个固体尺寸减小的过程，目的是为了便于物料的储存、运输和对成型设备进行喂料。为了便于物料的储存、运输和对成型设备进行喂料。粉碎过程一般是先将片状塑化物用切粒机切碎，而后用粉碎机粉碎。粉碎过程

21、一般是先将片状塑化物用切粒机切碎，而后用粉碎机粉碎。粒化过程主要有三种粒化过程主要有三种：1用挤出机挤出条状物，而后冷切造粒，得到的是圆柱形粒料；用挤出机挤出条状物，而后冷切造粒，得到的是圆柱形粒料；2是用挤出机热切造粒，得到的是足球状粒料；是用挤出机热切造粒，得到的是足球状粒料；3是将由开炼机得到的片状塑化物用平板切粒机造粒，得到方块状是将由开炼机得到的片状塑化物用平板切粒机造粒，得到方块状粒料。粒料。34第34页，共35页。1、简述聚合物的混合机理，并指出聚合物在进行初混、简述聚合物的混合机理，并指出聚合物在进行初混、塑炼和熔融加工时分别以何种机理为主？塑炼和熔融加工时分别以何种机理为主？问题问题35第35页，共35页。