成型用的物料及其配制.ppt

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1、2020/8/15,1,第三章 成型用的物料及其配制3.1 概述,工业上用作成型的塑料有粉料、粒料、溶液和分散体等几种。完成配制的方法大都靠混合，使它们形成均匀的复合物。,3.2 粉料及粒料的配制,由聚合物和助剂两类物质组成，聚合物为主要成分。 将加入各种助剂的树脂复合物制成粉料或粒料的目的主要是为了装卸、计量和成型等操作提供方便。,2020/8/15,2,干混粉料的制备，是将配方中的PVC树脂及其各类助剂、添加剂、经正确计算和准确称量后，加入高速热混合机内进行热混合。达到规定温度和时间后，卸入混合机内冷却，得到有一定体积密度、均匀松散、易流动的粉状混合物，可供下道工序单螺杆挤出机造粒或双螺杆

2、挤出机直接成型,2020/8/15,3,一、物料混合原理,1.混合种类 按混合物料的物理状态不同可分为干掺混（简单混合）、捏合和塑炼（混炼）,干掺混：指两种或两种以上粉、粒状固体物的非强烈混合，但有些物料的干掺混也允许加入少量的液体成分。主要用于制备粉状成型物料，也常用作造粒的预混操作。设备：转鼓式混合机、桨叶式混合机和螺带式混合机。,捏合：指少量粉状添加剂或液状物与大量粉体介质、纤维固体介质以及糊状介质的强烈混合。主要用于湿粉状、纤维状和糊状成型物料的制备。设备：Z形捏合机和高速混合机。,塑炼：指大量的塑性状态聚合物与较少量的液体、粉状和纤维状添加剂的塑性混合。广泛用于要求组分均一性高的热固

3、性模塑料和多组分热塑性粒料的配制，而且是聚合物共混改性和成型中物料塑化必不可少的操作。设备：二辊开炼机、密炼机和各种类型的塑化挤出机。,2020/8/15,4,根据混合过程是否有分散粒子尺寸变小分为非分散混合（简单混合）与分散混合。 非分散混合：混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的混合过程。如干掺混，通过重复的排列各组分减少非均匀性，运动的基本形式是通过对流来实现。它可分为分布性混合和层状混合。分布性混合主要发生在固体与固体、固体与液体、液体与液体之间，可能是无规的（固体与固体），也可能是有序的（熔体与熔体的静态混合）。层状混合发生在液体与液体之间。,2020/8/15,

4、5,分散混合：指在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加想界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的，主要通过剪切应力起作用。分散度取决于混合器内最大有效剪切速率和通过次数，剪切速率越高，混合料通过次数越多，分散程度越好。,2020/8/15,6,分散混合的主要作用： 1、把较大的添加剂团聚体和聚合物团块破碎为适合于混合的较小例子； 2、在剪切和传导热的作用下，使聚合物熔融塑化，以降低聚合物的粘度； 3、粉状或液状的较小粒子组分克服聚合物的内聚能渗入到聚合物内； 4、使较小粒子组分分散，即在剪应力的作用下，把添加剂聚集体或团聚体的尺寸减小到形成聚

5、集体之前初始粒子的最小尺寸； 5、固相最终粒子分布均匀，使粒子发生位移，从而提高物料的无规程度、随机性或均匀性； 6、聚合物和活性填充剂之间产生力-化学作用，使填充物料形成强化结构。,2020/8/15,7,按物料状态分类可分为固体与固体混合、液体与液体混合和液体固体混合三种。,2020/8/15,8,2.混合与分散过程,混合（单纯混合）：多组分体系内各组分在其组成单元无本质变化的情况下，相互进入其他组分单元所占空间位置的过程，即在整个体系所占的全部空间内，各组分单元趋向均匀分布的过程。,分散：多组分体系内的至少一种组分在混合过程中发生了基本单元尺寸减小的变化，即这是一种不仅有组分单元空间位置

6、变化，而且有组分单元本身细化的混合过程。组分单元本身的细化在原则上可达到分子级的程度。,2020/8/15,9,3.混合机理 混合过程一般是靠分子扩散（扩散)、涡旋扩散（剪切）、体积扩散（对流）三种作用来完成。在实际过程中，三种作用是同时作用的，只是在一定条件下，其中的某种作用占优势而已。 分子扩散：分子扩散作用是凭借各组分之间的浓度差的推动，使各组分的微粒从浓度大的区域向浓度小的区域迁移，从而达到组成的均一。分子扩散在气体和低粘度液体的混合中占支配地位。但在聚合物加工中由于熔体黏度很高，熔体于熔体间分子扩散极慢，无实际意义。,2020/8/15,10,对固体物料而言，除非在较高温度下才有此作

7、用，一般都不甚显著；而在聚合物熔体中的扩散是一个比较慢的过程，对在挤出机中的混合影响很小。只有固体和液体、液体与液体之间的扩散才较大，若物料层很薄时，虽扩散速度很小，但很显著。升高温度，增加接触面积，减少料层厚度有利于扩散作用的进行。,2020/8/15,11,剪切作用：剪切作用是利用机械的剪切力，促使物料的各组分达到均一的混合过程。物料在力的作用下，上平面和下平面之间发生了相对的平行移动，结果物料块变形，被偏转或拉长；在这个过程中体积没有发生变化，只是截面变细，向倾斜方向伸长，从而使表面积增大，分布区域扩大，因而进入另外的物料块中，占有的空间机会加大，渗进别的物料中可能性增加，因而达到混合均

8、匀的目的。涡旋扩散需要熔体有较高的流速，势必需要对聚合物施加高的剪切速率，易使聚合物分解。,2020/8/15,12,混合效果与剪切力的方向是否改变、剪切速率的大小有关。,利用剪切力的混合作用，特别适用于塑性物料，因为塑性物料粘度大，流动性差，不能粉碎增加粉碎程度，应用剪切作用时，剪切力的距离总是很小，因此物料在变形的过程中，即很均匀地被分散在整个物料中,2020/8/15,13,体积扩散：是指在机械搅拌等外力的推动下，物料体系内各组分发生相对位移，从而促使各组分的质点、液滴或固体微粒由体系的的一个空间位置向另一个空间位置运动，以达到各组分单元均匀分布的过程。体积扩散在聚合物加工中占支配地位。

9、,2020/8/15,14,4.混合状态评定 混合是否均匀，质量是否达到预期的要求，混合终点的判断等，都涉及到混合的效果。衡量混合效果的办法，随物料性状而不同。 检验尺度：指考查多组分混合物料均一化程度时所依据的基本组元尺寸。 试样的大小：指为检验物料混合均匀程度而抽取试样的量，相对于整个混合料的量和相对于基本单元的比例。,为考察混合料中各组分分布均匀程度而抽取试样时，试样量的大小与整个混合料的量相比应当很小，而与组分基本单元相比则应当很大。,2020/8/15,15,1）直接描述法 直接从混合后的物料中取样并对其混合状态进行检测，可用视觉观察法、聚团计数法、光学显微镜法、电子显微镜法和光电分

10、析法等进行。一般是将观察所得的混合料形态结构、各组分微粒的大小及分布情况与标准试样进行对比，或经过统计分析后，以定性或定量的方式表征各组分分布的均一性与分散程度。 分布均一性：所抽取试样中混入物（通常为小组分物料）占试样量的比例与理论的或总体的比例之间差异的大小。 分散程度：同一组分的相邻粒子间平均距离来描述，这一平均距离越小就表明分散程度越高。而同一组分的相邻粒子间距离的大小又与各粒子自身的大小有关。粒子自身的体积越小或在混合过程中其体积能不断减小，粒子微观分布可能达到的均匀程度就越高。,2020/8/15,16,经混合后原始物料相互分散，不再象混合前那样同类物料完全聚集在一起。实践证明，各

11、占一半的两种组分混合后，两种粒子间也难于形成均匀的相互间隔成为有序排列那样的情况,（2）、（3）分布很可能。,2020/8/15,17,2）间接描述法 指不直接检测混合物料，而检测由混合料所成型的塑料制品或标准试件的物理性能、力学性能和化学性能等，再用这些性能的检测结果间接地表征多组分体系的混合状态，因为由制品或标准试样测得的性能与混合料的混合状态有密切关系。 混合时应尽量（1）尽量增大不同组分间的接触，减少物料的平均厚度；（2）各组分的交界面（接触面）应相当均匀地分布在被混合的物料中；（3）要使在混合物的任何部分各组分的比例和整体的比例相同。,2020/8/15,18,二、粉料的配制 1.原

12、料的准备 预处理、称量和输送 2.原料的混合,2020/8/15,19,3.主要的混合设备,塑料制品生产中所用的混合设备，按操作方式通常可分为间歇和连续设备两大类。,塑料工业中常用的混合设备有：捏合机、高速混合机、管道式捏合机等，主要用于初混合，双辊塑炼机、密炼机和挤出机等主要用于混合塑炼。,2020/8/15,20,以上设备除挤出机是连续式的能将初混合和塑炼两个步骤结合在一起完成外，其它均是间歇式的，而且在完成初混合和塑炼上，不能同时进行，各有侧重，各有特点。,近年来，还采用静态混合器，以改进混合时垂直流动方向物料的均匀性，以增加混合效果。,2020/8/15,21,1、粒料的配制,粒料的配

13、制一般分为四步。,（1）原料的准备,包括原料的预处理、称量及输送。,预处理：,过筛吸磁，除去杂质；,润性物料混合前，增塑剂的预热；,浆料或母料的制备。,2020/8/15,22,称量：保证准确性，进行复称。,输送：液态原料 高位槽 固体粉料 高位料仓,泵,气流,（2）初混合,是在聚合物熔点以下的温度和较为缓和的剪切应力下进行的一种简单混合。,混合时的加料次序：树脂、增塑剂、由稳定剂、润滑剂、染料等调制的混合物和其它固态填料等。,混合的终点一般凭经验判断，也可通过混合时间来控制。,2020/8/15,23,（3）初混物的塑炼,塑炼的目的是为了改变物料的性状，使物料在剪切力的作用下热熔、剪切混合达

14、到适当的柔软度和可塑性，使各组分的分散更趋均匀，同时还依赖于这种条件来驱逐其中的挥发物及弥补树脂合成中带来缺陷（驱赶残余单体、催化剂残余体等），使有利于输送和成型等。,塑炼的工艺控制条件：塑炼温度、时间、剪切力。,塑炼的终点：测定试样的均匀性和分散度、测定塑料试样的撕力强度。,2020/8/15,24,（4）塑炼物粒化,粒化都是使固体物料在尺寸上得到减小；所不同的只是前者所成的颗粒大小不等，而后者比较整齐且具有固定形状。,粒料是用切粒机，将片状塑炼物分次作纵切和横切完成；也有用挤出机将初混物挤成条状物，然后，再由装在挤出机上的旋刀切成颗粒料。,2020/8/15,25,第三节 塑料溶液及塑料糊

15、的配制,1.溶液的组成及其作用,溶质：聚合物和有关助剂,溶剂：烃、芳烃、氯代烃、酯、醚、醇类。 溶剂只是为了粉碎树脂而加入，它能将聚合物溶解成具有一定粘度的液体，在成型过程中必须予以排除。,溶剂选择原则：聚合物的良溶剂、无色、无毒、无臭、成本低、易挥发等。 相似相溶、溶度参数差1。,2020/8/15,26,2.聚合物的溶解,片状,粉状,粒状,溶剂,溶剂化,溶胀,粘性小团,加速溶胀和扩散，可以加快溶解过程。,采用疏松或颗粒较小的聚合物原料。 加热溶解，利用搅拌防止团块或摧毁团块。,加速溶解方法：,2020/8/15,27,3.溶液的制备方法：,设备：附有强力搅拌和加热夹套的釜，釜内可以加挡板。

16、,（1）慢加快搅法,溶剂 釜 快速搅拌，定温 缓慢加聚合物,边加料边搅拌,（2）低温分散法,先加料后搅拌。,控制指标：固体含量、粘度。,2020/8/15,28,三、分散体的配制,1.成型用分散体及其分类,固态的聚氯乙烯聚合物或共聚物与非水液体形成的悬浮体，通称为PVC溶胶塑料或PVC糊。,2.溶胶塑料生产制品的过程,（1）塑形（成型）,利用模具或其它器械，在室温下，使溶胶塑料具有一定的形状。,（2）烘熔,将塑形后的物体进行热处理，从而使溶胶塑料通过物理或化学变化成为固体。,2020/8/15,29,3.溶胶塑料的分类,（1）塑性溶胶,氯乙烯树脂的悬浮体，液相完全是增塑剂，增塑糊。,（2）有机

17、溶胶,氯乙烯树脂的悬浮体，液相物有分散剂和稀释剂两种，稀释增塑糊。,（3）塑性凝胶,加有胶凝剂的塑性溶胶，增塑胶凝糊。,（4）有机凝胶,加有胶凝剂的有机溶胶，稀释增塑胶凝糊。,2020/8/15,30,区别：,塑性溶胶：增塑剂含量一般不少于树脂的40%，只能做软制品。,有机溶胶：部分或全部增塑剂用挥发性高的非水溶液代替。,塑性凝胶和有机凝胶加有胶凝剂，属于宾哈流体。,4.溶胶塑料的组成及其应用,聚氯乙烯糊除含聚氯乙烯树脂和增塑剂以外，还配有稳定剂、填料、着色剂、胶凝剂、稀释剂、挥发性溶剂等。 配入的目的和种类都取决于制品的使用要求。,2020/8/15,31,（1）树脂,宜采用乳液聚合的，其成

18、糊性好。 粒度：塑性溶胶和塑性凝胶：0.22.0m 有机溶胶和有机凝胶：0.020.2m,颗粒太大，易下沉，太小，粘度高，不易存放。 颗粒小，易成糊 颗粒形状：球形。,（2）分散剂,增塑剂和挥发性溶剂，极性的。,增塑剂粘度高，溶胶塑料的粘度也高。,2020/8/15,32,溶解能力越大，不利于久放。,常用：邻苯二甲酸酯、磷酸酯、己二酸或二元脂肪酸酯、环氧油类、聚合体型增塑剂。 挥发性溶剂：酮类、酯类、二醇类 沸点：100200。,（3）稀释剂,降低溶胶塑料的粘度和削弱分散剂的溶剂化能力。 烃类，沸点：100200 ,（4）胶凝剂,使溶胶体变成凝胶体。,能在静态下形成三维结构，由物理力结成的。,

19、2020/8/15,33,金属皂类、有机质膨润土 用量为树脂地35%。,（5）填充剂,磨细或沉淀的碳酸钙、重晶石、煅烧白土、硅土、云母粉等。 颗粒直径：510m 吸油量大，粘度大。 用量不超过树脂的20%。,（6）表面活性剂,降低或稳定溶胶塑料的粘度。,三乙醇胺、羟乙基化的脂肪酸、高分子量的烷基磷酸钠。用量不超过树脂的4%。,2020/8/15,34,（7）其它助剂,利于成型操作、提高制品性能、扩大溶胶塑料的用途等。,5.溶胶塑料的制备,（1）常用设备 球磨机：钢制 瓷球、瓷衬 行星搅拌型的立式混合机（适用粘度低） 三辊磨（适用粘度高）,（2）配制后需脱泡,离心机、抽真空、薄层流动等方法。,2

20、020/8/15,35,6.溶胶塑料的流动行为,分散体的粘度总是大于它的分散媒的粘度，而且随着固体粒子含量的增加而增大。,流动行为：剪切速率低：可能与牛顿流体一样； 剪切速率高：假塑性流体； 剪切速率再增高：膨胀性流体； 加有胶凝剂的，还具有一定的屈服值。,四、粉料和粒料的工艺性能,模塑（成型）周期：循环而有按一定顺序的模塑作业中，由一个循环的某一特定点进至下一循环同一点所用的时间。,2020/8/15,36,1.热固性塑料的工艺性能,（1）收缩率,SL：收缩率 L0：模具型腔在室温和标准压力下的单维尺寸 L：制品在相同情况下与模具型腔相应的单维尺寸,影响因素：,化学结构的变化,线型结构 体型

21、结构，密度增大。,2020/8/15,37,热收缩,制品冷却收缩较模具大。,弹性回复,硬化后脱模时压力降低。,塑性变形,脱模时压力降低，模壁使制品发生局部塑性变形。,综上所述：工艺条件、模具和制品设计、塑料的性质。,2020/8/15,38,测定方法： 试样：直径 厚 圆片 每边长 厚 立方体,根据规定的成型条件，脱模后，恒温201下，放1620h，准确程度应达0.02mm。,收缩率太大：制品易发生翘曲、开裂。,降低措施：采用预热、严格遵守工艺规程、采用不溢式模具。,（2）流动性,塑料在受热和受压下充满整个模具型腔的能力。,2020/8/15,39,测定方法：,测流程法： 在特定的模具中，于固

22、定温度、压力及施压速率下，测定塑料在模具中的流动距离。 测流动时间法： 从开始对模具加压至模具完全关闭所需的时间，以时间表示。 流程时间测量法： 用流动速度来表示流动性。,2020/8/15,40,影响因素： 塑料本身： 树脂与填料的性质和比率。 颗粒的形状与大小、含水量、增塑剂及润滑剂含量。 模具与成型条件： 型腔表面的光洁度、流道的形状、模具的使用、模具的加热、预热方法、成型工艺等。,2020/8/15,41,（3）水分与挥发分,水分：大气中渗入的水汽或制造塑料时没排完 的游离水分。 挥发分：塑料受热、受压时所放出的低分子物。如：氨、甲醛、结合水等。,原因： 树脂相对分子量偏低； 未充分干

23、燥； 存放不当。,2020/8/15,42,对制品的影响： 流动性过大，成型周期长，制品收缩率大，多孔，易翘曲，表面波纹，闷光，降低电性能，力学性能等。,测定方法： 称试样（5g）,30min,100105,重量损失率,2020/8/15,43,（4）细度与均匀度,细度：塑料颗粒直径的毫米数。 均匀度：颗粒间直径大小的差数。,细度小：制品外观好； 太小：会延长成型周期，脱模起泡； 均匀度好：易计量，制品质量好，性能前后均匀。,测定方法： 按指标，过筛分析。,2020/8/15,44,（5）压缩率,压缩率大：模具的装料室大，耗材，不利于加热，成型周期长等。,降低方法：采用预压。,2020/8/1

24、5,45,（6）硬化速率,压制标准试样（直径100mm，厚50.2mm的圆片）时，使制品物理力学性能达到最佳值的速率。 用：秒/毫米厚度表示。值越小，硬化速率越大。,依赖于塑料的交联反应性质，决定于成型时的具体情况。 过小：增大成型周期； 过大：大型或复杂制品不适用。,2020/8/15,46,2.热塑性塑料的工艺性能,与热固性塑料相似。,硬化速率：物理的冷却过程，模具的冷却速率。,（1）收缩率,收缩在时间上滞后。,无定型聚合物局部存在类似晶体的结构，无序结构形成空孔区域，随温度变化进行消涨，需一定的时间。,塑料体积与温度和压力的关系。 热收缩,2020/8/15,47, 弹性回复,具有时间效应，体积随压力变化不可忽略。,（2）流动性,熔融状态下粘度的倒数。依赖于温度、压力、剪切速率、聚合物与助剂的性质等因素。是比较塑料加工难易的一项指标。,测定方法： 流变仪、熔体流动速率测定仪。,2020/8/15,48,作业：1、分散混合及其作用,