1、第二篇第二篇 塑料成形塑料成形第四章第四章 塑料成形原料及配制塑料成形原料及配制 4.1 塑塑料成料成形原料形原料 4.2 成形原料预处理成形原料预处理 4.3 成形原料混合成形原料混合 4.4 成形物料配制成形物料配制 4.1.1 塑料树脂塑料树脂 4.1.2 塑料添加剂塑料添加剂4.1 塑料成形原料塑料成形原料4.1.1 塑料树脂塑料树脂l通用塑料品种通用塑料品种：PE、PP、PVC、PS、PF和UFl工程塑料品种工程塑料品种：PET、PA、PC、ABS、POM、PPO、PTFE和PI等l简要介绍简要介绍：PE、PP、PVC、PS、ABS、PAF11.1.1小节介绍PET，16.1.2小节
2、介绍PF、UF、EP和UPPE特点特点：性能优良(绝缘、耐化学、耐低温和加工性)，原料丰富价格低PE品种品种：HDPE、MDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE和UHMWPELDPE：高压法（称高压聚乙烯），含较多长短支链(每1000个碳含约21个支链)，结晶度较低（45%65%），密度较小(0.9100.925)，质轻柔性，耐寒性和耐冲击性较好l 应用应用：生产薄膜、管材、电缆绝缘层和护套1聚乙烯聚乙烯HDPE：低压法（称低压聚乙烯），支链少，结晶度高（85%95%），密度高（0.9410.965），工作温度、硬度、强度和耐化学品性较高l应用应用：瓶、罐、桶、鱼网、捆扎带、电线电缆、管材、
3、板材和型材等LLDPE：乙烯与-烯烃的共聚物，分子结构规整性、密度和结晶性介于HDPE和LDPE间（更接近LDPE），分子量分布较LDPE窄，平均分子量较大；抗张、抗撕裂、耐低温、耐热及耐穿刺均好于HDPE和LDPEVLDPE：低压聚合，乙烯和极性单体（如乙酸乙烯酯、丙烯酸或丙烯酸甲酯）共聚树脂，密度低于普通PE下限0.912，柔软度很好，较高力学及热学特性l应用应用：软管、瓶、桶、箱、包装薄膜、共挤膜、电线电缆和玩具等UHMWPE：分子量大于70万，密度高（0.9360.964），远高于HDPE，优异的强度、抗环境应力开裂、抗高温蠕变及消音和高耐磨等，黏度特别高，只能采用特殊方法（比如模压烧
4、结）成形l应用应用：工程机械及零部件PP品种品种：等规PP、间规PP和无规PPPP品质特性品质特性PP等规度一般控制在92%98%范围，熔体流动速率为0.1 100线性、高结晶，熔点165，密度仅0.890.91（热塑性塑料中最低）力学性能优良，耐弯曲疲劳优于其他一般塑料，比PE更坚韧耐磨耐热，介电性能和化学惰性卓越2聚丙烯聚丙烯100下不受一般无机酸、碱、盐溶液破坏，室温下对极性有机溶剂稳定最大缺点最大缺点：耐老化性能比PE差，成形收缩率大，耐低温和抗冲击性能差PP应用应用挤出、注塑、吹塑、模压和真空成形等成形，以注塑法为主薄膜、汽车保险杠、编织带、吸塑薄片和低压配电箱等PVC产品为白色无定
5、形粉末，生产以悬浮聚合法为主（占总产量85%）悬浮法悬浮法PVC两类：紧密型（俗称“玻璃球树脂”）和疏松型（“棉花球树脂”）紧密型树脂的颗粒表面光滑，为实心球状结构疏松型树脂的颗粒表面粗糙，内部疏松多孔F疏松型易于塑化，吸油性、浸润性好，成形时间短，制品性能较优 PVC糊、人造革等采用乳液聚合法乳液聚合法粉末，粒径小（仅0.25m），糊稳定性好3聚氯乙烯聚氯乙烯PVC品质特性品质特性相对密度约1.4，阻燃性、化学稳定性良好，力学强度较高，透水率很低室温耐磨性优于普通橡胶，光、热稳定性较差，成形须使用热稳定剂PVC制品生产通常要使用增塑剂增塑剂，调节制品软硬程度，获得软质和硬质制品PVC制品制品
6、PVC薄膜通常采用吹塑、压延法制造板材、管材、棒材、线材及异型材主要采用挤出法人造革、壁纸、地板革和防护涂层等通常采用压延、铸塑法PS合成方法合成方法：本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合等PS品质特性品质特性：无定形、非极性线型高分子，密度1.054，Tg80100，熔点较低（约90），熔限较宽，熔体流动性和成形性好，塑料用分子量4500070000PS主要品种品种两个：通用级和抗冲级4聚苯乙烯和聚苯乙烯和ABS树脂树脂通用级通用级PS：无定形、硬脆性，冲击强度低，但拉伸和弯曲等较好，电绝缘性、耐老化性、化学稳定性良好，透光率仅次于有机玻璃应用应用：成形以注塑法为主，光学玻璃、仪器、灯罩、
7、电气仪表零件及泡沫等ABS树脂树脂 丙烯腈赋予耐化学腐蚀和表面硬度，丁二烯赋予弹性，苯乙烯赋予刚性和流动性；结构单元配比不同，树脂性质不同 ABS力学性能突出、综合性能良好，用途是汽车零件、电器外壳、电话机、旅行箱、安全帽等PA主要品种主要品种：PA6、PA66、PA1010、PA610、PA612等PA品质特性品质特性：结晶度较高（40%60%），半透明白色粉末或颗粒状，易吸水最大特点最大特点：韧性、耐磨性、自润滑性良好，拉伸（70210MPa）和弯曲强度（110280MPa）很高，耐油、耐化学腐蚀性良好PA应用应用：挤出、注塑注塑、模压、烧结和流化床浸渍涂覆等方法成形5聚酰胺聚酰胺4.1.
8、2 塑料添加剂塑料添加剂塑料常用添加剂塑料常用添加剂：稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、交联剂、偶联剂、着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、开口剂和防雾剂等 1稳定剂稳定剂定义定义：能阻止或延缓树脂贮存、加工及使用中老化老化降解破坏和变质的添加剂引起老化的因素引起老化的因素：氧、光、热、微生物、重金属离子、高能辐射和机械疲劳等稳定剂种类稳定剂种类：热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、金属离子钝化剂、防霉剂等uPVC制品成形中通常需使用热稳定剂热稳定剂，耗量约为PVC树脂产量2%4%热稳定剂热稳定剂：铅类、金属皂类、有机锡类、锑类和稀土类等光稳定剂光稳定剂（抗紫外线剂）：光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂和自由
9、基捕捉剂光屏蔽剂光屏蔽剂：炭黑、二氧化钛、氧化锌等紫外线吸收剂紫外线吸收剂：UV-326和UV-531等自由基捕捉剂自由基捕捉剂：受阻胺类胍啶衍生物抗氧剂抗氧剂基本类型：链终止型的抗氧剂和破坏氢过氧化物型的抗氧剂，前者叫主抗氧剂，后者叫辅助抗氧剂，两者协同作用良好主抗氧剂主抗氧剂主要种类：受阻酚类和仲芳胺类两类胺类因污染变色大而较少使用，酚类最常用辅助抗氧剂辅助抗氧剂：有机硫化物和亚磷酸酯类F需要使用抗氧剂的塑料需要使用抗氧剂的塑料：聚烯烃、PS、PVC、ABS、PA、POM和PPO等金属钝化剂金属钝化剂：指能使各种变价金属（Cu、Fe、Mn、Co）离子转化为稳定的络合物，从而使变价金属对聚合
10、物氧化破坏过程丧失催化活性的物质主要应用主要应用：以聚烯烃为绝缘材料的通讯电缆，多与酚类抗氧剂并用增塑剂作用作用：降低玻璃化温度、熔融温度、黏度和硬度，增加流动性和制品柔软性及耐寒性增塑剂主要应用应用：PVC制品，总耗量80%以上增塑剂品质品质：与树脂相容好，增塑效果大，化学稳定性好，挥发性低，耐抽出性、耐低温性和电绝缘性好，无毒无臭无味无色，不污染，价格低2增塑剂增塑剂（按化学结构）增塑剂种类种类：邻苯二甲酸酯类（主要主要）、含氯化合物、烷基磺酸苯酯类、多元醇酯类、脂肪族二元酸酯类、磷酸酯类、环氧脂肪酸酯类、聚酯类、烃类等（按分子量）增塑剂种类种类：单体型和聚合物型单体型分子量200600间
11、，聚合物型平均分子量10008000（按使用情况及其相容性）增塑剂种类种类：主增塑剂、次（副）增塑剂和增量剂主增塑剂与树脂相容性好，添加量大，可单独使用副增塑剂（辅助增塑剂）与树脂相容性差，用量少且只能与主增塑剂并用增量增塑剂与树脂相容性极差，只能混入主、辅增塑剂中使用，降低成本增塑剂种类种类（按添加方式）：内增塑剂和外增塑剂常用的都是外增塑剂，即配料过程中添加的增塑剂树脂合成中作为共聚单体加入的称为内增塑剂填充剂（填料）种类种类：增量剂和增强剂两类常用填充剂通常为矿物类无机物，主要品种主要品种：碳酸钙、硅酸盐、硫酸盐、金属氧化物、金属粉、炭黑、白炭黑、玻璃球、纤维类和有机粉等碳酸钙碳酸钙（最
12、重要）：重质碳酸钙、轻质碳酸钙和改性碳酸钙重质碳酸钙由白垩、大理石、石灰石等粉碎制成，粒径210m；轻质碳酸钙由化学法制得，粒径小于0.1 m；改性碳酸钙是表面改性碳酸钙3填充剂填充剂硅酸盐硅酸盐品种品种：陶土、滑石粉、云母和石棉等陶土陶土（瓷土或高岭土）：天然粘土制成，电绝缘性能优良，用于电缆料滑石粉滑石粉：硅酸镁类片状填料，可提高制品刚性、尺寸稳定性、耐蠕变及化学腐蚀性、电绝缘性等，用于平面及大型制品云母粉云母粉：层状铝硅酸盐类填料，可大大提高制品拉伸和弯曲弹性模量玻璃球玻璃球种类种类：实心球体和空心球体两种实心球体密度2.5g/cm3，直径444m较好空心球体密度0.30.6g/cm3，
13、直径10250 m，主要用于泡沫制品应用应用：玻璃球像轴承一样能很好提高物料流动性，允许填充量高，能提高拉伸、压缩强度和弯曲模量，降低制品应力开裂程度炭黑炭黑：导热导电，兼有着色和光屏蔽作用有机粉有机粉：包括木粉、果壳粉、植物杆粉等金属粉金属粉：导热导电，并可发挥装饰作用，铝粉可屏蔽中子和射线硫酸盐硫酸盐：硫酸钡、硫酸钙、锌钡白等，主要起增量作用，也有着色作用金属氧化物金属氧化物：氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化镁等，增量和着色作用纤维类填充剂纤维类填充剂：玻纤、硼纤维、碳纤维等，主要发挥增强作用润滑剂作用作用：主要降低树脂内摩擦作用，防止对设备及模具粘附，节约能耗和提高效率，减少生热量及
14、其对树脂的降解作用，保证制品表面光滑润滑剂要求要求：与树脂有适当相容性和良好分散性，热稳定性好，不引起塑料颜色漂移，无毒价廉4润滑剂润滑剂（按作用机理）润滑剂品种品种：内润滑剂和外润滑剂两类内润滑剂主要起降低树脂内部的摩擦和黏度的作用外润滑剂主要减小树脂对设备等的粘附和摩擦，改善制品脱模性和外观（按化学组成）润滑剂品种品种：烃类、醇、酮、羧酸（酯、盐）、酰胺和卤代烃等 烃类烃类：矿物石蜡（固体石蜡、液体石蜡、微晶石蜡和氯化石蜡等）PVC：成形时必须加入润滑剂，PVC对润滑剂的需求量最大硬PVC通常使用1%（特殊4%）；增塑PVC只0.5%或更低苯乙烯系聚合物苯乙烯系聚合物：使用的润滑剂仅限于少
15、数产品聚烯烃聚烯烃：聚乙烯蜡（PE）、聚丙烯蜡（分子量约2000，PP）具有良好外润滑作用的外润滑剂有时称为脱模剂或脱脱模剂或脱模润滑剂模润滑剂内脱模剂内脱模剂：直制加入成形物料，如硬脂酸和聚硅氧烷（特别适于HDPE）外脱模剂外脱模剂：直接喷涂于模腔表面形成隔离膜发挥脱模，如硅油水分散液交联剂主要是有机过氧化物，常用品种常用品种：过氧化二异丙苯、双（叔丁基过氧化异丙基）苯、二叔丁基过氧化物、叔丁基异丙苯基过氧化物等热塑性塑料交联工业应用工业应用主要限于PE及其共聚物如电线电缆的PE绝缘层和电缆护套、盐浴或蒸汽连续交联的PE异型材、PE鞋底材料、PE旋转模塑制品和闭孔结构的PE发泡制品等5交联剂
16、交联剂 6偶联剂偶联剂作用作用：增进聚合物与填充剂之间的界面结合分子为两性结构两性结构，一端为极性及可水解基团，可与极性表面发生化学反应而结合；另一端为活性反应基团，可与聚合物产生化学结合及物理吸附作用主要类型主要类型：硅烷类偶联剂和钛酸酯类偶联剂硅烷类适于含硅类无机填充剂，如白炭黑、玻璃纤维和石英粉等钛酸酯类类对干燥表面的碳酸钙类填料与热塑聚合物的偶联特别有效定义定义：改变或赋予物体的颜色的物质类型类型：染料和颜料两大类，其中颜料有无机和有机两类染料染料：多数是合成有机化合物，可扩散溶解于着色塑料甚至可产生化学反应，染色制品透明性好，着色力强，色彩鲜明艳丽，密度低颜料颜料：有天然和合成产品，
17、有色固体物质，以分散微粒形式使材料着色，耐热、耐候、耐迁移性持久优良 7着色剂着色剂无机颜料无机颜料：热稳定性和光稳定性优于有机颜料且密度高常用常用：金属氧化物和硫化物等，主要品种有钛白粉、炭黑、钛黄、铁丹等有机颜料有机颜料：多为苯型有机化合物，着色力和透明性优，但易变质、褪色、渗色常用常用：偶氮系和多环系，多环系品种如二萘嵌苯系、海里诺系、蒽醌系等定义定义：凡不与聚合物发生化学反应并能在特定条件下产生无害气体的物质类型类型：物理发泡剂和化学发泡剂两大类物理发泡剂物理发泡剂：压缩氮气、氯代脂肪烃（如一氯甲烷）、醇、醚等化学发泡剂化学发泡剂：无机发泡剂和有机发泡剂无机发泡剂无机发泡剂：碳酸铵、碳
18、酸氢钠、亚硝酸等有机发泡剂有机发泡剂：偶氮类、磺酰肼类、亚硝基类等生产最常用生产最常用有机发泡剂（尤其是发泡剂AC，即偶氮二甲酰胺）8发泡剂发泡剂最常用最常用：含磷、溴、氯、锑、硼和铝的化合物如氯化石蜡、四氯双酚A、氯化苯乙烯、二溴季戊四醇、六溴环十二烷等溴代联苯醚是热塑性塑料的优良阻燃剂，红磷广泛用作聚酰胺的阻燃剂增效剂增效剂：与阻燃剂并用可提高阻燃效果，如SbO3是含卤阻燃剂最常用增效剂消烟剂消烟剂：SbO3-硼酸盐、MoO3对PVC具有良好阻燃和消烟作用9阻燃剂阻燃剂类型类型：高分子型抗静电剂、离子型抗静电剂和导电性填料等高分子型抗静电剂高分子型抗静电剂：乙二胺的环氧乙烷环氧丙烷加成物、
19、聚4-乙烯吡啶型聚皂、辛烷基苯乙烯和苯乙烯磺酸共聚型聚皂等离子型抗静电剂离子型抗静电剂：阳离子型剂SN、SP导电性填料导电性填料：乙炔炭黑、石墨炭黑、高结构高耐磨炭黑、金属填料等10抗静电剂抗静电剂定义定义：防止聚烯烃和聚氯乙烯薄膜自身之间粘着所加入的助剂常见品种常见品种：改性脂肪酸类（如芥酸酰胺）12防雾剂防雾剂定义定义：使薄膜或薄板上的水珠容易流下，避免影响透光性所加入的助剂常见品种常见品种：多元醇非离子型表面活性剂（如木糖醇单硬脂酸酯）11开口剂开口剂 4.2.1 粉碎粉碎 4.2.2 干燥干燥 4.2.3 预热预热4.2 成形原料预处理成形原料预处理u成形前物料往往需要预处理，主要包括
20、粉碎预处理，主要包括粉碎和加热，加热主要有干燥和预热作用和加热，加热主要有干燥和预热作用热塑性聚合物成形前加热预处理目的主要是干燥，同时带有预热效果，结晶性聚合物还会产生预结晶效果(类似于热处理)，提高物料软化温度热固性模塑料成形前加热以预热为主，多数情况兼具干燥和预热双重功能 4.2.1 粉碎粉碎u作用作用：将废制品、边角料或流道冷凝料等粉碎后便于回收使用；将较粗的原始物料或初加工物料粉碎以便于顺利加料或满足工艺对细粉状物料的要求u实施方法实施方法：破碎和磨碎两种破碎是指将块状物变成粒状物，磨碎是指将粒状物变成粉状物l施力形式施力形式有压缩、冲击、研磨和剪切等，粉碎机往往以一种施力形式为主l
21、常见粉碎机常见粉碎机：颚式破碎机、轮碾机、球磨机、振动机、气流磨、搅拌磨等聚合物聚合物：多是韧性物料，常温下只能选用剪切式粉碎机，如果冷冻到脆化则可用压缩式、冲击式和研磨式粉碎机进行粉碎大块物料大块物料多先选用压缩式粉碎机（特别是颚式破碎机）破碎，薄膜状物料薄膜状物料多用剪切式粉碎机先切成窄条或小片，破碎后常用冲击式或研磨式粉碎机磨碎粉碎操作要消耗大量的机械能，因此必须遵守“不作过分粉碎”的原则原则粉碎后物料一般需进行筛分筛分除去超粗或超细物料筛分常用设备是手摇筛、平动筛和各种形式振动筛u热塑性聚合物成形物料(包括配合剂)常存在水分及低分子物(如溶剂和单体等)，成形前常需进行干燥u水分及低分子
22、物危害危害：成形时气化造成制品表面缺乏光泽和内部出现气泡等；可能促进物料高温降解或交联等，对成形带来困难和制品性能不利u聚合物结构和分子极性不同，吸湿能力吸湿能力不同分子极性较大（如PET、PA），吸湿能力较大非（或弱）极性（如PE、PP），吸湿能力较小 4.2.2 干燥干燥u吸湿能力强的树脂和含吸湿性配合剂的物料，含水率常高于成形允许含水率u聚合物树脂不同，成形所允许含水率不同实例实例：PC成形温度达300且含酯键，物料含水率超0.02%很难成形PS成形温度不超200且为碳链，含水率0.5%仍可成形，无需干燥u成形的制品不同，允许含水率也不同实例实例：PET成形塑料制品允许含水率约0.05%
23、，纺制涤纶纤维时常规纺应小于0.008%，高速纺丝时应小于0.005%u干燥方法干燥方法：热风循环干燥、红外线干燥、沸腾床干燥、远红外线干燥等前两种为常压烘箱干燥法，只适于小批量干燥高温易氧化或降解物料（如PET、PA）采用真空烘箱或真空转鼓干燥较适合沸腾床干燥的干燥效果好，特别适合于干燥大批量物料远红外线干燥加热快、耗电少和设备简单，是值得推广的干燥方法u干燥后物料应装入密闭密闭容器（或料斗）或保温箱内储存储存，以防止再吸湿u热固性聚合物模塑料成形前常常进行预热u预热预热作用作用一是可以提高物料成形时的流动性，有利于降低成形压力、减少模具磨损和减少因流动性过低而造成的制品报废二是缩小成形物料
24、与成形模具间的温差，使物料加热到成形温度的时间缩短，并使模腔内物料各处温度不均匀性降低，从而有利缩短成形周期、减少制品内应力和提高制品结构与尺寸的稳定性 4.2.3 预热预热u热固性聚合物模塑料不同，预热条件不同合适预热条件预热条件：预热后物料在成形条件下具有最佳流动性u确定合适预热条件的常用方法常用方法在不同预热温度下测定模塑料预热不同时间后的流动性，然后绘出不同预热温度下模塑料流动性与预热时间关系的曲线找出各预热温度曲线峰值所对应的流动性，其中峰值最大的预热温度曲线的温度和峰值对应时间即为模塑料合适的预热温度和时间u预热预热方法方法：除物料干燥各种方法外采用高频电热法预热的效果往往更佳u高
25、频电热法预热原理预热原理任何极性物质放进高频电场后，随电场方向的交替变化，极性物质分子的偶极取向极性物质分子的偶极取向随之改变，这将使分子间产生强烈的内摩擦，内摩擦内摩擦产生的热量使极性物质的温度升高温度升高绝大多数热固性模塑料是极性聚合物，同时通常含有各种极性添加剂，故各类热固性模塑料均可各类热固性模塑料均可采用高频电热法预热采用高频电热法预热u预热预热特点特点：采用高频电场预热物料，热量不是从外部逐渐传到内部，而是在物料内部均匀和快速产生，因而预热时间短，预热物内外受热均匀预热时间短，预热物内外受热均匀含湿量较大且表观密度高的热固性模型料预成形物最适合用高频电加热法预热需要需要注意注意：高
26、频电加热法只用于成形物料的预热，而不适用于成形物料的干燥（因水分未驱尽之前快速升高的温度可能使预热物料局部烧伤）4.3.1 混合类型混合类型 4.3.2 混合原理混合原理 4.3.3 混混合状态的评定合状态的评定4.3 成形原料混合成形原料混合u定义定义：多组分体系实现空间分布均匀化的操作u（根据混合物态）混合类型类型：固体/固体混合、液体/液体混合和液体/固体混合模压烧结成形中粉末混合、树脂与固体配合剂混合等属于固/固混合两种或多种树脂在熔融状态下共混则属于液/液混合溶液的配制、固体配合剂与熔融聚合物的混合属于液/固混合4.3.1 混合类型混合类型u（根据混合效果）混合类型类型：初混合和终混
27、合树脂间或树脂与配合剂间的混合，先在固体状态下(有时可含少量液体)进行简单初混合，分散状态并不满足有些成形的要求，尚需树脂熔化状态下塑化混合，后阶段为终混合u（根据组分尺寸是否减小）混合类型类型：非分散混合和分散混合两种非分散混合非分散混合：组分尺寸不发生减少，通常在固固和固液混合情形，主要对流实现分散混合分散混合：至少一种组分发生尺寸减小，包括混合与分散两个基本过程u分散过程伴随有凝聚和密度差异引起的沉淀等反分散过程，因此很难达到微细化和分子级混合的程度u 分散混合可发生在固固、固液、液液等所有形式，可通过多种混合机理实现u（根据混合操作方式和设备）混合类型类型：间歇式和连续式两类F球磨机、
28、转鼓式混合器、V型混合器、高速混合器、捏合机、开炼机、密炼机等属于间歇式，挤出机属于连续式一、混合方式一、混合方式u混合是借助分子扩散、涡旋扩散和体积扩散3种基本种基本运动形式运动形式实现1分子扩散分子扩散u定义定义：由浓度梯度驱使而自发进行u分子扩散混合分子扩散混合：各组分单元靠分子扩散实现空间分布均化的混合方式聚合物黏度较大，分子扩散速度很慢，聚合物熔体间无法分子扩散混合相容性好的低分子物(如增塑剂等)可通过分子扩散实现与聚合物的混合4.3.2 混合原理混合原理u涡旋扩散（涡流扩散）涡旋扩散（涡流扩散）：依靠体系内产生的湍流实现的流体混合u聚合物熔体黏度较高，聚合物熔体的塑化混合很少发生或
29、利用湍流扩散湍流状态须要有很高流速，聚合物将发生力降解和摩擦生热热降解 2涡旋扩散涡旋扩散u体积扩散（对流扩散）体积扩散（对流扩散）：机械搅拌等外力作用下各部分间相对位移从而使各组分的质点、液滴或固体微粒位置互换以达到均匀分布的过程u聚合物许多操作中体积扩散混合机理常占主导地位体积扩散混合机理常占主导地位u混合方式混合方式：体积对流混合和层流对流混合两种体积对流混合体积对流混合：仅通过对流使各组分进行空间重新排布，不发生物料连续变形层流对流混合层流对流混合：流体因层状流动而引起的各种变形，发生在塑性物料混合过程主要是依靠外部施加的剪切、拉伸和压缩等作用而引起的变形 3.体积扩散体积扩散聚合物分
30、散混合过程：分散相剪切拉伸破碎和相遇内聚聚集的动态平衡过程动态平衡过程分散相平衡粒径取决于混合动态平衡过程综合因素 二、混合机理二、混合机理u混合机理混合机理：“剪切”、“分流、合并和置换”、“挤压”、“拉伸”、“聚集”诸作用是否出现、表现程度及所占比例会因混合目的、物态、温度、压力和速度等不同而不同1剪切剪切u剪切作用是高黏度体系混合过程中最重要的机理最重要的机理u剪切情形剪切情形介于两块平行板间物料通过板的平行运动而产生“黏性剪切”刀具切割物料的“分割剪切”及类似于石磨磨东西的“磨碎剪切”图4.3 剪切变形现象平行平板混合器的黏性剪切平行平板混合器的黏性剪切整个过程中粒子体积没有变化（剪切
31、很强时可能破碎），只是截面变细伸长，表面积增大，渗进别的物料中的可能性增加，因而达到混合均匀剪切是塑性物料实现层流对流混合最重要的外部作用剪切作用越强，剪切距离越小，混合效果越好仅受一个方向剪切作用一个方向剪切作用，则层间流动混合小，混合效果不理想剪切作用改变方向或同时多方向，发生层间交互流层间交互流动动，分散相条纹拉长的同时发生扭折，更易发生破碎，大大增强混合效果u利用器壁（如设置突起板或隔板状剪切片）对流动进行分流分流时剪切片数为1则分流数为2，剪切片数为n时分流数为（n+1）剪切片设置成串联，其串联阶数为m，则分流数为N=（n+1）mu合并情形合并情形：分流后在流动下游再合并，在各分流束
32、内循环流动后再合并，在各分流束进行相对位置交换（置换）后再合并，有的几种情形同时存在 2分流、合并和置换分流、合并和置换u 物料受剪切前先压缩使密度提高，则剪切时剪切应力大，且压缩本身会产生流动剪切，因此剪切效率可提高实例实例：密炼机的转子突棱侧壁和室壁之间、双辊开炼机的两个辊隙间，挤出机的压缩段（螺槽从深变浅）3挤压挤压u拉伸可使物料产生变形，减小料层厚度，增加界面，有利于混合u挤出成形设备中产生拉伸作用的方法多为改变混合螺杆外形及尺寸实例实例：采用楔形螺棱，其螺棱上开有许多锥形的槽，熔体越过螺棱及通过开在螺棱中的锥形槽时，会受到双重拉伸u混合逆过程混合逆过程：已破碎的分散相在热运动和微粒间
33、相互吸引力作用下可能重新聚集。混合过程中应尽量减少聚集的发生 4拉伸拉伸 5聚集聚集u混合状态评定混合状态评定：直接描述和间接描述两种方法一、直接描述法一、直接描述法u直接描述法是直接从混合后物料中取样，通过对样品进行检测来评定混合状态p检测方法检测方法：视觉观察、聚团计数、光学显微镜、电子显微镜和光电分析等p评定方法评定方法：待测样的混合形态结构、组分单元大小及分布情况与标准样比对u 采用统计分析考察各组分的均匀程度和分散程度4.3.3 混合状态的评定混合状态的评定u定义定义：随机样品中某组分质量分数与整个体系中该组分质量分数的差值 混合均匀程度通常采用不均匀系数不均匀系数Kc表示：uKc越
34、小表示物料中该组分分布得越均匀u需要注意需要注意：应在混合物料不同位置随机取样；试样量与整个物料量相比很小，而与各组分基本组元尺寸相比很大；取样数应尽可能多1均匀程度均匀程度u定义定义：混合后各组分的组元尺寸大小，与初始组元尺寸和破碎程度有关混合前初始组元尺寸越小，混合过程破碎程度越大，则分散程度越高u最简单和最常用评价方法评价方法：混合分散后形成的各组分条状物平均厚度描述某组分条状物的平均厚度小则表明该组分的分散程度高u分析方法分析方法：测量条状物平均厚度或采用组分体积除以总界面积的一半计算 2分散程度分散程度u定义定义：通过检测混合物料某种或某些与混合状态有密切关系的性能（物理性能、化学性
35、能或力学性能等）来间接评价多组分体系的混合状态u实例实例：混合过程物料黏度常会变化，因此通过混合功率变化判定混合过程位置F混合物料混合均匀性越好，制品力学性能越好，因此测定力学性能判定F聚合物混合物有时可通过测定其玻璃化温度判定混合程度二、间接描述法二、间接描述法 4.4.1 固体物料的配制固体物料的配制 4.4.2 聚合物溶胶的配制聚合物溶胶的配制 4.4.3 聚合物溶液的配制聚合物溶液的配制 4.4 成形物料配制成形物料配制4.4.1 固体物料的配制固体物料的配制v 固体物料配制固体物料配制：配制得到的物料为固体，涉及的原料多数为固体，允许少量液体v 配制工序配制工序：原料准备原料准备和固
36、态混合固态混合，聚合物多组分物料常需塑化混合塑化混合才能达到成形要求，塑化混合后常需粉碎或粉碎或粒化粒化混合前原料准备包括原料准备包括：原材料的预处理、配料计量和输送等v原材料的预处理预处理包括进行吸磁、过筛、干燥和预热等小剂量和难分散的配合剂可制成浆料或母粒一、原料的准备一、原料的准备v固态混合情形情形：干混干混（所有物料均呈固态）和湿混湿混（主体物料呈固态而少量液态）所属两种类型：非分散混合或分散混合v固态混合设备固态混合设备：转鼓式混合机、螺带式混合机、捏合机和高速混合器等v转鼓式混合机转鼓式混合机：依靠转动使物料翻动达到混合，不适用于润性物料的混合v其其它它3类类混合机混合机：依靠螺带
37、、搅拌桨等进行搅拌混合，适用于各种物料的混合二、固态混合二、固态混合v混合效果影响因素影响因素：混合设备、混合条件(如温度、时间等)、投料方式(顺序、快慢、是否分次等)v混合要求混合要求：各组分密度和细度应较接近；尽可能提高混合效率；保证各组分的料量和性能不因混合操作不当而减小或降低v应用应用：直接用于带有强自塑化混合的成形过程（如挤出成形）分散要求较高场合或没有塑化混合作用的成形，仅作为初混合v所属类型所属类型：分散性混合v常用设备常用设备：开炼机、密炼机和螺杆挤出机v工艺条件工艺条件：温度、时间和剪切力等v混合终点判断混合终点判断：测定均匀程度、分散程度或撕裂程度，实际生产常凭经验开炼机塑
38、混开炼机塑混：小刀切开塑炼片，截面没有毛粒、色泽均匀作为终点密炼机塑混密炼机塑混：根据密炼机转子运转电流负荷变化判断三、塑化混合三、塑化混合v 制成粉状还是粒状取决粉状还是粒状取决于物料性质和成形要求：脆性物料可制成粉料，韧性物料多制成粒料；挤出成形、注射成形多要求粒料，压制成形多数要求粉料 聚合物粉料制备粉料制备：切碎机先切碎，再用粉碎机粉碎脆性物料（如热固性压塑粉）可用有冲击和摩擦作用的粉碎机和研磨机多数韧性或弹性聚合物常用具有切割作用的切粒设备来制成粒料粒料 开炼机混合后物料轧成片状物再用平板切粒机先纵切再横切成方块状采用挤出机先挤出成条状物，经冷却成条后再用切粒机切成粒状四、粉碎和粒化
39、四、粉碎和粒化4.4.2 聚合物溶胶的配制聚合物溶胶的配制一、聚合物溶胶类型一、聚合物溶胶类型v采用浸渍、搪塑和涂层等成形制品时常使用聚合物溶胶作为成形物料，聚氯乙烯及其共聚物的溶胶应用最广（通常称聚氯乙烯糊）v聚合物溶胶聚合物溶胶(聚合物糊、溶胶塑料或糊塑料)：固体聚合物树脂微粒悬浮在非水液体介质中形成的固液悬浮分散体系v非水分散介质非水分散介质：室温下对树脂溶剂化作用很小而高温下很易增塑树脂的增塑剂或溶剂v配合剂配合剂：稀释剂、胶凝剂、填充剂、表面活性剂、稳定剂、着色剂等v胶凝剂胶凝剂：作用是降低流动性，使溶胶成为具宾汉型流体特性的凝胶体，常用的是金属皂类和有机膨润土v聚合物溶胶类型聚合物
40、溶胶类型：塑性溶胶、有机溶胶、塑性凝胶和有机凝胶4种v塑性溶胶塑性溶胶：固体树脂和固体配合剂悬浮在液体增塑剂里形成的稳定分散体v有机溶胶有机溶胶：塑性溶胶上增加对树脂无溶胀性但有挥发性的有机溶剂(即稀释剂)，可全用稀释剂而不用增塑剂v塑性凝胶塑性凝胶：塑性溶胶基础上加入胶凝剂组成的分散体系v有机凝胶有机凝胶：有机溶胶基础上加入胶凝剂而成的凝胶体v塑性溶胶塑性溶胶应用最广，主要用来成形软制品软制品v有机溶胶有机溶胶主要用来成形薄型制品薄型制品和和硬质制品硬质制品薄型制品要求成形流动性好，因此采用有机溶胶硬质制品增塑剂用量少，因此需采用稀释剂以获得流动性，即需采用有机溶胶v聚合物溶胶（常用聚氯乙烯
41、糊）用途用途较广：人造革、地板、涂层、泡沫塑料、浸渍和搪塑制品等v配制工序配制工序：原料准备、研磨、混合、脱泡和贮存等1原料准备原料准备v原料准备原料准备：包括含湿粉料的干燥、结团粉料的粉碎、过筛、吸磁等处理2研磨研磨v配制溶胶前将颗粒较大且不易分散的固体配合剂(如颜料、填料、固体稳定剂等)与部分液体增塑剂在三辊研磨机上研磨均匀成为浆料v作用作用：使液体增塑剂充分浸润粉料粒子表面并使附聚结团粒子尽可能分散二、聚合物溶胶的配制二、聚合物溶胶的配制v混合是配制聚合物溶胶的关键工序，混合设备应有一定的剪切作用v常用混合设备混合设备：调漆式混合釜、捏合机、螺带式混合机、高速混合器和球磨机等塑性溶胶通常
42、用捏合机或行星搅拌型的立式混合机有机溶胶用球磨机在密闭下进行以防止有机溶剂挥发3混合混合v加料方式加料方式：增塑剂含量较大时宜分步加入；有机溶胶（凝胶）的增塑剂应和其它物料一起一次加入以免有机溶剂挥发v混合温度混合温度：不得超过30以避免树脂溶剂化而使溶胶黏度增大v设备最好附有冷却装置冷却装置以防止混合过程生热使温度升高v混合操作质量检验质量检验：一般测定溶胶的黏度和固体粒子的细度v常用脱泡方法常用脱泡方法利用真空或离心作用进行真空或离心脱泡混合后再用三辊研磨机以薄层方式再研磨一两次脱除气泡5贮存贮存v贮存温度贮存温度不宜超过30，不可直接与光线接触v避免与铁、锌等接触以免树脂降解，贮存容器以
43、搪瓷、玻璃等器具为宜4脱泡脱泡4.4.3 聚合物溶液的配制聚合物溶液的配制v采用溶液成形的工艺方法有流延成形和溶液纺丝等v聚合物溶液有些是合成时采用溶液聚合直接制备，有些则成形前专门配制一、溶液的组成一、溶液的组成v通常采用烃、芳烃、氯代烃类、酯类、醚类和醇类物质作为溶剂，溶剂应无毒无臭、不易燃、成本低、化学稳定性好等v溶剂选择原则溶剂选择原则：相似相容和极性相近v助剂助剂：增塑剂、稳定剂、色料和稀释剂等1典型相图典型相图v相图意义意义：可确定哪些聚合物可采用溶液成形和什么条件下进行成形只有在高于溶剂沸点条件下才能互溶的体系，不能溶液纺丝成形，但这些聚合物可在溶剂中显著溶胀，增塑状态的聚合物可
44、能在加压下成形二、聚合物二、聚合物溶剂相平溶剂相平衡衡v 说明说明：UCST(上临界混溶温度)、LCST(下临界混溶温度)Tf（溶剂凝固点）、Tb（溶剂沸点）聚合物分子量和溶剂等都可能影响临界混溶温度聚合物分子量和溶剂等都可能影响临界混溶温度实例实例：聚丙烯正戊烷体系（分子量16002000和1.21061.2106的聚丙烯的UCST分别152和105，LCST分别202和204）v大多无定形聚合物溶剂体系或部分结晶聚合物溶剂体系具有UCST特特征征v有的聚合物溶剂体系在不同情况表现出不同相图特征不同相图特征(需要注意需要注意：压力也会影响聚合物溶剂体系相平衡，随压力增高，聚合物溶胀和溶解能力
45、下降 v根据不同的相图特征可以合理地选择溶解条件，可以用3种方种方法法使UCST特征的聚合物溶剂体系转变为溶液（1）改变体系组成）改变体系组成v恒温下改变聚合物溶剂体系组成可以使聚合物溶剂体系转变为溶液例例：使X1T1移至X2 T1可形成均匀溶液，但溶解过程非常慢且溶液浓度很低2实现溶解的途径实现溶解的途径（2）改变温度）改变温度v改变温度使聚合物溶剂体系超出相图中的不互溶区域例例：X1T1移至X1T2，为加速溶解可将温度尽可能升至接近于溶剂沸点（3）改变溶剂组成）改变溶剂组成v改变溶剂组成使相平衡由曲线l变为曲线2，使X1T1处于互溶区域v溶解过程常借助加热和搅拌等作用且选用结构疏松或颗粒较
46、小的聚合物为原料需要注意需要注意：结晶性聚合物（如PP）溶液配制好后存放时可能因结晶而导致溶液黏度增大甚至析出配制设备配制设备：一般是带有强力搅拌装置和加热装置的溶解釜三、溶液的制备方法三、溶液的制备方法v生产常用配制方法配制方法：慢加快搅法和低温分散法两种慢加快搅法慢加快搅法：先加溶剂入溶解釜，然后加热至设定温度，边快速搅拌边缓慢加入聚合物直到加完，投加聚合物的速度应保证釜内不出现结块低温分散法低温分散法：先将溶解釜内溶剂温度降到失去溶解活性的温度后，一次加入全部聚合物并很好地分散，随后在搅拌下升温溶解分散聚合物粒子(需要注意需要注意：溶剂易挥发故温度不能升得太高，否则造成溶剂损失甚至酿成事
47、故；搅拌力不宜过大，以免聚合物发生力降解v配好的溶液需过滤、脱泡处理，脱泡方式脱泡方式主要采用常压静置脱泡和真空脱泡v溶液配制的质量检验指标和配制过程控制指标质量检验指标和配制过程控制指标：主要是固体含量和溶液黏度本本 章章 小小 结结一、塑料成形原料v塑料成形物料成形物料：通常是多组分物料，包括塑料树脂和各种添加剂v简要介绍PE、PP、PVC、PS和PA等主要树脂v简要介绍稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、交联剂、偶联剂、着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、开口剂和防雾剂等常用添加剂v成形物料预处理与混合是成形前辅助工序，物料预处理预处理包括物料粉碎和加热v按粉碎后产物粒径的不同，粉碎实施方法常
48、有破碎和磨碎两种粉碎物料施力形式有压缩、冲击、研磨和剪切4大类，粉碎后一般需筛分v加热预处理加热预处理主要有干燥和预热两种作用热固性聚合物模塑料成形前常常预热二、成形原料预处理二、成形原料预处理v（根据混合过程特征）混合类型混合类型：非分散混合和分散混合两种v混合运动形式混合运动形式：分子扩散、涡旋扩散和体积扩散v混合机理混合机理：“剪切”、“分流、合并和置换”、“挤压（压缩）”、“拉伸”、“聚集”v混合状态的评定方法评定方法：直接描述和间接描述两种三、成形原料混合三、成形原料混合v固体物料固体物料配制工序：包括原料准备和固态混合原料准备和固态混合，聚合物树脂多组分体系常需塑化混合塑化混合，塑化混合后还常需进行粉碎或粒化粉碎或粒化v聚合物溶胶聚合物溶胶类型：塑性溶胶、有机溶胶、塑性凝胶和有机凝胶4种F配制工序配制工序：原料准备、研磨、混合、脱泡和贮存等v实现聚合物溶解溶解3条途条途径径：改变体系组成、改变温度和改变溶剂组成F聚合物溶液溶液工业生产常用的配制方法配制方法：慢加快搅法和低温分散法两种四、成形物料配制四、成形物料配制
