03第三章混合-2007.ppt
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1、高分子材料成型原理,第三章 混合,在实际应用中,高分子材料中一般有各种添加剂或其它种类的聚合物。,混合是聚合物共混和添加改性的一个重要环节。,聚合物共混和添加改性的目的: 改善聚合物的加工性 改进制品的使用性能 降低成本。,关键,一.混合的定义 混合是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作 是系统内各组分在其基本单元没有本质变化的情况下,在系统全部体积内的细化和分布的过程。,第一节 混合的基本概念和原理,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(molecular diffusion) 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
2、较小的区域从而达到各处组分均化的一 种扩散形式。,(二)涡旋扩散(涡流或紊流扩散) (eddydiffusion) 由系统内产生的紊流而实现的一种扩散形式。 在聚合物加工中,很少发生涡旋扩散。,气体和低粘度液体中占支配地位。低分子物质存在有作用。,(三)体积扩散(对流混合) (bulkdiffusion) 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。,占支配地位,体积扩散通过两种机理发生,体积对流混合(bulk convection mixing) 层流混合(laminar mixing) 层流对流
3、混合(laminar convection mixing),通过塞流使物料不需要连续变形便发生简单的体积重排和置换来达到混合。,(2)层流对流混合(层流混合) 通过层流(层状流动)使物料受到剪切、拉伸 或挤压等作用而变形来达到混合。,发生在熔体之间的混合,固体粒子间的混合,(1)体积对流混合,三、混合过程发生的主要作用,影响因素,应 力,应 力 方 向,距 离 H,利用器壁,对流动进行分流,即在流体的流道中设置突起状或隔板状的剪切片,进行分流。,(2)分流、合并和置换,在流动下游再合并为原状态, 在各分流束内引起循环流动后再合并, 在各分流束进行相对位置交换(置换)后再合并, 以上几种过程一起
4、作用。 分流数=分流片数n+1 将M个分流器串联,分流次数为(n+1) (m+1),分流后:,分流 均化,物料被压缩时,物料内部会发生流动,产生由于压缩而引起的流动剪切。由于压缩使物料密度增大,剪切时剪应力作用大。 在密炼机、开炼机和挤出机中都存在。,剪切,拉伸,断裂,聚集,(3)挤压(压缩)。,拉伸,聚集,物料变形,有利于混合,第二节 混合加工的原料配方设计,聚合物加工的原料: 一级聚合物连续相和次级的分散介质(填充剂)。 连续相的聚合物混合物材料 连续相:聚合物。,热固性树酯:聚醛类、酚醛类、三聚氰胺甲醛类、环氧树酯和有机硅树酯。,热塑性塑料:聚酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚
5、甲醛及其共聚物、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等, 弹性体:聚异戊二烯、聚丁二烯、丁基橡胶、乙丙橡胶、丁苯橡胶、橡塑共混物等。,一、常用添加剂的种类,1.热稳定剂 聚合物加工过程中为阻止热降解反应所加的添加剂。 eg:铅盐类、金属皂类 、有机锡类、有机锑类、稀土类、复合稳定剂等 . 应用实例: PVC,PP 2.抗氧剂 可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度、延长其使用寿命的物质。 (1)链终止型:通过与动力学链相结合(与自由基R、ROO 反应)中断自动氧化的链增长并消灭自由基。 (2)预防型:可尽量少形成自由基以抑制或 减缓引发反应。,3.抗臭氧剂 可以阻止或延缓高分子材料发生臭氧破坏的化学物质。 eg:
6、喹啉类衍生物,醛胺、酮胺的缩合物、对苯二胺衍生物等。 4.光稳定剂 有效地抑制光致降解物理和化学过程的一类化合物。 (1)光屏蔽剂(能反射和吸收紫外光的物质) (2)紫外线吸收剂(能强烈地选择性吸收高能量的紫外线,并进行能量 转换,以热能形式或无害的低能辐射将能量释放的一类物质). (3)猝灭剂(能通过分子间的能量转移迅速将激发态分子猝灭并转变成热能、荧光或磷光形式经辐射散失后回到基态的一类物质)。 (4)自由基捕捉剂(含氢过氧化物分解剂)(能通过捕获自由基、分解过氧化物等途径赋予高分子材料高度光稳定性的一类化合物).,5.生物抑制剂(防霉剂、杀菌剂、抑菌剂) 保护材料免受微生物不利影响的物质
7、。 eg:酚类、有机硅季铵盐、双胍类、苯胺类、有机锡化合物、无机类,DC5700: 3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基季铵氯化物,6.抗静电剂 能有效地阻止材料物质。加工或使用过程中发生静电荷积累的一类物质。 eg: 阴离子型:硫酸衍生物 磷酸衍生物 聚丙烯酸盐等 阳离子型:季铵盐、胺盐等 两性离子型:季胺内盐、烷基氨基酸类等 非离子型:多元醇(醇酯)、胺类衍生物等 炭黑,7. 阻燃剂 能提高可燃性材料耐燃性的物质。 eg:添加型:磷酸酯及其它磷化物 有机卤化物 无机化合物(Sb2O3、Al(OH)3等 含卤有机硅和有机锑化合物等 反应型:卤代酸酑 含磷多元醇 其它 极限氧指数LOI L
8、OI 阻燃性,8.增塑剂 用以使高分子材料制品塑性增加,改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。 eg:苯二甲酸酯类(DOP等) 水 9.化学剂(交联剂及交联用添加剂) 能使高分子材料发生某些化学反应以改变其性质的物质。 eg:有机过氧化物 硫化剂 典型实例:橡胶的硫化,10.发泡剂 可使一定粘度范围内的液态或塑性状态的高分子化合物形成微 孔结构的物质。 eg:物理发泡剂 化学发泡剂 11.着色剂 能赋予高分子材料某种颜色的物质。 eg:有机染料 颜料(有机、无机),12.填充剂(填料) 能使高分子化合物的用量减少或(并)能改善制品 某些机械性能的固体物质。 增量填充剂(增量剂、非增强填料) eg
9、: CaCO3、硫酸盐类、含硅化合物 补强性填充剂(补强剂、增强剂、增强填料) eg:炭黑、纤维类、金属晶须,13.润滑剂 为降低聚合物熔体与加工机械之间及熔体内部相互间的摩擦和粘附、改善流动性、促进加工成型、提高制品外观质量等的一类添加剂。 内润滑剂:eg:脂肪醇(酸) 外润滑剂:eg:石蜡,14.其他添加剂 eg:偶联剂、橡胶软化剂、增粘剂、抗冲击改性剂,填加剂的属性 1、形态 纤,片好 2、粒度 力学性能 着色剂粒度与着色性能 着色力 遮盖力 色泽 3、表面特性 4、密度、硬度 5、其他特性,三、添加剂之间的相互作用,(1)添加剂的协同作用 协同作用是指塑料配方中两种或两种以上添加剂一起
10、加入时的效果果高于其单独加入效果的平均值。 例如,链终止型抗氧剂抗氧机理是向过氧自由基施放氢,使其形成氢过氧化物。当两种抗氧效果不同的主辅抗氧剂并用时,主抗氧剂与过氧自由基反应,使其活性终止时,产生一个抗氧自由基。此时辅抗氧剂向此抗氧剂自由基提供氢原子,使主抗氧剂再生,并重新发挥主抗氧剂的抗氧作用。,物理或化学作用结果,抗老化配方协同作用有: a两种邻位取代基位阻不同的酚类抗氧剂并用; b两种结构相似,活性不同的胺类抗氧剂并用; c二芳胺/受阻酚类并用; d受阻胺类/亚磷酸酯并用。 E. 酚类/亚磷酸酯并用,(2)添加剂对抗作用 对抗作用是指塑料配方中两种或两种以上添加剂起加入时的效果低于其单
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