1、1第七章第七章 聚合物共混设备介绍聚合物共混设备介绍 粉料共混设备粉料共混设备 熔体共混设备熔体共混设备 粒化设备粒化设备 制备聚合物共混物，不但要考查聚合物间的制备聚合物共混物，不但要考查聚合物间的热力学相容性，还要考查如何实现聚合物间热力学相容性，还要考查如何实现聚合物间的相容、得到具有一定形态结构的共混物材的相容、得到具有一定形态结构的共混物材料。料。2 混合物的均匀性及组份粒子尺寸是两个有着本质不同混合物的均匀性及组份粒子尺寸是两个有着本质不同的衡量混合效果的指标。的衡量混合效果的指标。(a)、(b)粗分散的粗分散的 (c)、(d)细分散的细分散的(a)、(c)混合不好混合不好 (b)
2、、(d)混合较好混合较好 相关介绍相关介绍31、分散程度分散程度 指混合物中各物料彼此分散的程度。指混合物中各物料彼此分散的程度。即：混合体系中各混入组分粒子在混合后的即：混合体系中各混入组分粒子在混合后的破碎程度。破碎程度。测定方法：一般采用测相邻同种物料之间的测定方法：一般采用测相邻同种物料之间的距离（距离（r）。）。4 分散程度越好分散程度越好 各物料的分散粒子越小各物料的分散粒子越小 分散粒子的体积（分散粒子的体积（V）越小）越小 分散粒子的表面积（分散粒子的表面积（S）越大）越大 而分散粒子的体积与表面积有如下关系：而分散粒子的体积与表面积有如下关系：3V r=S 因此，因此，r 越
3、小，分散程度越好。越小，分散程度越好。52、混合状态的间接判定混合状态的间接判定检测制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，检测制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，间接地判断多组分体系的混合状态，这些性能往往与混合物间接地判断多组分体系的混合状态，这些性能往往与混合物的混合状态密切相关。的混合状态密切相关。T Tg g 表征并用（共混）聚合物混合状态很好的指标。表征并用（共混）聚合物混合状态很好的指标。力学性能力学性能 填充聚合物材料混合状态的间接表征因填充聚合物材料混合状态的间接表征因素。素。6 粉料共混设备粉料共混设备 高速捏合机高速捏合机 Z形捏合机形捏合机7 熔体共混设备熔
4、体共混设备 开炼机开炼机 又叫双辊混炼机。主要工作部件为相向又叫双辊混炼机。主要工作部件为相向旋转的两个滚筒滚筒温度可控。安全性、卫生性差。旋转的两个滚筒滚筒温度可控。安全性、卫生性差。目前仍大量使用。目前仍大量使用。8 密炼机密炼机 混炼室是密闭的，操作安全，生产效率高。混炼室是密闭的，操作安全，生产效率高。9连续熔体混合设备连续熔体混合设备 单螺杆挤出机通常配有包括加料段、压缩段和计量段的螺杆。绝大多数单螺杆挤出机被用来挤出造粒、成型板、管、丝、膜中空制品、异型材等，也有少数单螺杆挤出机用来完成某些混合任务。单螺杆挤出机的工作机理为：在固体输送区，物料是靠它与螺杆和机筒之间的摩擦系数的差值
5、形成的摩擦力而向前输送的。当物料熔融成为熔体后，在螺纹区物料是靠粘性拖曳向前输送的。而在无螺纹区则是靠压差向前输送的。在单螺杆挤出机中，只有当物料熔融后，混合才得以进行。单螺杆挤出机单螺杆挤出机 在塑料加工领域应用极为广泛，可生产在塑料加工领域应用极为广泛，可生产管材、板材、膜、异型材等产品。也是一种造粒设备。其管材、板材、膜、异型材等产品。也是一种造粒设备。其最关键部件是螺杆。最关键部件是螺杆。1011单螺杆挤出机的最关键部件是螺杆，螺杆的几何参数，诸如直径、长径比、螺槽深度、螺槽深度或宽度变化(比例)、螺杆各段长度比、螺旋角、螺棱宽度等都不同程度地影响着其混炼效果或输送能力。此外，螺杆转速
6、、表面光洁度、料筒的结构特征也都有定影响。普通的单螺杆挤出机并不能获得满意的混合分散作用，应使用高效混炼挤出设备，采用新型螺杆和混炼元件。这些高效混炼挤出设备强化了剪切作用和对流作用，它们主要从三方面采取措施提高设备的混炼效果，即提高剪切速率，延长混炼作用时间，加强对混合物料的分割和扰动。混炼型挤出机的螺杆型式主要有屏障型、销钉型和波型等。12屏障型螺纹形式促使熔化并使熔体受到较强的剪切，更有利于混合作用的发挥。13双螺杆挤出机双螺杆挤出机 14双螺杆挤出机的混炼挤出装置系由两根互相啮合的螺杆和一个“”字形料筒组成。其工作原理与单螺杆挤出机完全不同。物料在单螺杆挤出机中的输送，主要是依靠摩擦力
7、；而双螺杆挤出机则主要是由两根互相啮合的螺杆在料筒内旋转时所产生的“正向输送”作用，强制地将物料推向料筒末端，在输送过程中，大部分物料强制地由一根螺杆的螺槽转移到另根螺杆的螺槽中去。随螺杆的转动，物料在两螺杆之间反复转向，因而物料受到相当良好的混炼。据分析，在同向旋转双螺杆挤出机中，物料经过十个螺距后，混合次数可达220之多。因此，即使参与共混的两种聚合物的熔融粘度相差比较大，也能强制地混炼成为均匀的聚合物共混物。双螺杆示意图15Counter-rotati ngCounter-rotati ngCo-rotati ngCo-rotati ngInterm eshi ngInterm eshi
8、 ngN on-i nterm eshi ngN on-i nterm eshi ng1617用啮合型双螺杆挤出机进行塑料配混和聚合物共混的优点混炼效果好混炼效果好 单螺杆挤出机的混炼效果不够理想，其原因是单螺杆挤出机的分散、混合作用仅依靠螺杆的压缩比及螺杆旋转时产生的背压，以及由背压产生的反向流动所引起。双螺杆挤出机的两根互相啮合的螺杆在啮合处产生了强烈的剪切作用，对物料的分散与混合极有利。物料在料筒内停留时间分布窄物料在料筒内停留时间分布窄 双螺杆挤出机的“正位移输送”使物料在其中的平均停留时间比单螺杆挤出机少二分之一以上，停留时间分布范围也仅为单螺杆挤出机的五分之左右。挤出量大，能量消耗
9、少挤出量大，能量消耗少 当螺杆直径和转速相同时，双螺杆挤出机的实际挤出量可达单螺杆挤出机的三倍。18 切粒机切粒机 粒化设备粒化设备 造粒机造粒机 切碎机切碎机 （1 1）切粒机粒化）切粒机粒化 主要指对经开炼机辊压后的片状物料的纵横向切粒，主要指对经开炼机辊压后的片状物料的纵横向切粒，又称平板切粒机。又称平板切粒机。所切粒子形状：矩形六面体所切粒子形状：矩形六面体 粒化设备粒化设备 19（2）造粒机粒化）造粒机粒化 对经挤出机塑化挤出后的条状物料的进行横切，又分对经挤出机塑化挤出后的条状物料的进行横切，又分为两种：为两种：热切热切 在口模处装有旋转刀，直接对热条切粒，然在口模处装有旋转刀，直
10、接对热条切粒，然 后冷却和输送（风冷或水冷）。后冷却和输送（风冷或水冷）。冷切冷切 挤出物料条先冷却（水冷或风冷），再切粒。挤出物料条先冷却（水冷或风冷），再切粒。所切粒子形状：相同横截面的柱体。所切粒子形状：相同横截面的柱体。通常：用于加工塑料制品的称为粒子（如通常：用于加工塑料制品的称为粒子（如PPPP粒子）粒子）用于纺丝的称为切片（如用于纺丝的称为切片（如PETPET切片）切片）（3 3）切碎机粒化）切碎机粒化 20A+AA+AB+BB+BA AB BM i xi ngM i xi ngInterfaci alInterfaci al reacti on reacti onREACTIV
11、E BLENDING21V VMixing dispersion +interfacial area generationReaction at the interfaces22Polymerization:from monomer to polymerCNOHnActi vatorActi vatorCatal ystCatal ystPol yam i de 6Pol yam i de 6M onom erM onom erCatal ystCatal ystActi vatorActi vatorD evol ati l i zati onD evol ati l i zati onPA
12、6PA6*Barrel temperature:200 then 240C*Residence time:1 to 3 minutes*Conversion:95%*Molecular weight:20 000 to 40 000 g/mole.EXAMPLES OF REACTIVE EXTRUSION 23Chemical modification:conversion of the vinyl acetate groups of poly(ethylene-co-vinyl acetate)to the corresponding alcohol groups CH2CHOCOCH3R
13、OH+CH2CHOH+CH3COOR24Reactive blending:formulation of PP/PA6 alloys H2NC NHCOOHOCCH3HCH2OOOCHCCH3PA 6:functionalreactivityPP:free radical reactivityPP-g-MAfunctionalreactivity25050100150200250010203040Stress(MPa)Elongation(%)PP-g-MAPA 6CH2CCH3CHCH2OOOH2NCOOH+150CCH2CCH3CHCH2COHOCONHCOOHCH2CCH3CHCH2CO
14、CONCOOH+H2OCOMPOSITIONPP/PA6=80/20 26REX 设备设备设备主要是双螺杆挤出机设备主要是双螺杆挤出机(TSE)(TSE)和单螺杆挤出机和单螺杆挤出机(SSE)(SSE)，TSE TSE 以同以同向啮合型为主，用于向啮合型为主，用于REX REX 的挤出机要求机筒的不同区段能添加不同反的挤出机要求机筒的不同区段能添加不同反应物并配备排气设备，应物并配备排气设备，TSE TSE 的混炼效果好，其脱挥发分段位置和长度的混炼效果好，其脱挥发分段位置和长度是是TSE TSE 的关键所在，挤出温度和螺杆转速的配合是的关键所在，挤出温度和螺杆转速的配合是REX REX 的重要工艺条的重要工艺条件。件。高混炼反应挤出机向高混炼反应挤出机向双螺杆同向、异向旋转及锥形双螺杆方向发展双螺杆同向、异向旋转及锥形双螺杆方向发展，螺杆向深螺槽、长螺杆方向发展，螺杆转速不断提高。国外的反应式螺杆向深螺槽、长螺杆方向发展，螺杆转速不断提高。国外的反应式挤出机仅见图片报道。国内的王益龙等人开发设计了反应式挤出机，挤出机仅见图片报道。国内的王益龙等人开发设计了反应式挤出机，并用于并用于PE-g-MA PE-g-MA 的生产上，效果良好。的生产上，效果良好。
