在高分子材料的工业中， 混合作为材料制备工艺中最重要的手段之一， 还包含在一个更广泛的技术概念“混配”之中。       图(a) (t＝0) ：含有“微粒”而具有恒定粘度的流体充满了保持不动的两块板的间隙中      靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的      对固体结块来说，当剪切对其形成的粘性拖曳在结块内产生的应力超过某个临界值时，结块就破裂。 分散混合特征               是一个复杂的过程，可以发生各种物理-机械和化学的作用 分散混合过程 1.在流场产生的粘性拖曳下将大块的固体配合剂破碎为适合于混      合的较小粒子 3.较小粒子组分克服聚合物的内聚能渗入到聚合     物内 4.较小粒子在流场剪切应力的作用下，进一步减小粒径，直到最终粒子(形成固相结块以前的最小粒子)       大小 5.固相粒子最终在流场作用下产生非分  散混合，混合均匀 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 2.在剪切热和传导热的作用下，使聚合物熔融塑化，粘度逐渐降低至         粘流态时的粘度 分散混合的例子：炭黑和橡胶的混合 A：使配合剂粉碎、聚合物塑化 B：使粉末状和粒状的 配合剂渗入聚合物 分散混合时，主要机械现象和流变现象示意图 黄色－聚合物   蓝色和橘黄色－任何粒状和粉状固体添加剂 C：分散 D：分布均化        实质上在讨论分散混合中所使用的固相结块是由很多更小 的微粒靠它们之间的互相作用力(粘附力、内聚力、静电吸引力等) 而聚集在一起的。       这种相互作用力有一定的作用半径，只有这些微粒被分散得 使其相互间的距离超过作用半径，才不会重新集聚，否则被分散 的微粒可能重新集聚在一起。        在讨论分散混合时，主要讨论固相在液相熔体中的分散， 把液相视作层流混合，把液相的粘性拖曳对固相施加的力视 作剪切力。      注意 固相界面上的粘性剪切力大于结块内各微粒间的相互作用力 被破裂分开的结块的微粒，其相互间的距离应该超过作用半径，否则会重新聚集 因此     为了获得大的剪应力，混合机的设计应引入高剪切区(即设置窄的间隙)，保证所有固体颗粒重复地通过高剪切区。     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，通过次数越多，分散越好。 分散混合主要是通过剪应力起作用的 影响剪切力的因素 2、剪应力大小与物料的粘度有关，粘度大，局部剪应力 大，粒子或结块易破裂。而粘度又与温度有关，温度越高， 粘度越低，因此希望在较低的温度下进行分散混合 3、提高混合机的转数可以提高剪切速度，因而能增加 分散能力。在间歇混合机中，提高转速还可以使物料更 频繁地通过最大剪切区，有利于分散混合 1、剪切应力的大小与粒子或结块的尺寸有关 总  结 混合是将两种组分相互分布在各自所占的空间中， 是使两种或多种组分所占空间的最初分布情况发 生变化 分散是指混合中一种或多种组分的物理特性发生 了一些内部变化的过程，如颗粒尺寸减小或溶于 其它组分中         在制备混合物的过程中，通常蕴涵着两个基本的操作－分散和混合。       第三章   混    合 教学目的和要求 混合概念和机理 重点和难点 混合的分类 思考与练习 掺混物的性质 混合的表征 *       第三章   混    合 教学目的和要求 混合概念和机理 重点和难点 混合的分类 思考与练习 掺混物的性质 混合的表征 例子：聚氯乙烯塑料的成型，橡胶的成型 助剂：改善加工、 使用性能，降低成本 问题： 如此多的组分添加到聚合物中，成型为整体的制品， 需要使多组分不均匀的体系变成为多组分均匀体系， 保证制品的性能，实现这个关键环节的就是混合。   教学目的和要求 1、掌握混合的基本概念和基本原理、混合效果的评价和表征 2、掌握配方设计的基本原则。 重点和难点 1、非分散混合和分散混合的不同 2、混合的要素     第一节 混合的基本概念和机理 混合是一种操作 是一个过程       混合指用机械方法使两种或多种物料均匀参混的操作，产物称为混合物。        或者指      “没有一定比例掺和在一起的多种物质，彼此保留着原有的化学性质”。        是一种趋向于减少非均匀性的操作，是在整个系统的全部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过程  将各种添加剂混合掺入聚合物基体中，使其分散成为树脂体系中的一个含量组分。添加剂包括：稳定剂、润滑剂、增塑剂等等。 以玻璃纤维、碳纤维等增强材组分增强高聚物树脂。 将单一的聚合物熔体均化，或通过受到控制的剪切流动以得到某种期望的流变性质的混合。 另外还有一些小技术过程也可以称为混配： 高分子溶液的增浓处理； 造粒； 体系中残余成分的脱排。 混配通常指下列技术 按照Brodkey混合理论       混合涉及到三种扩散的基本运动形式:      即分子扩散、涡流扩散和体积扩散。 分子扩散          是由浓度梯度驱使的自发发生的一种过程 各组分的微粒子由浓度较大的区域迁移到浓度较 小的区域，从而达到各组分的均化。 分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。            注意         一般来说，聚合物加工中，熔体和熔体之间的分子扩散没有实际意义。        因为熔体粘度很高，分子扩散很慢，就是说熔体和熔体之间的混合不靠分子扩散完成的。      但是如果参与混合的组分之一是低分子物质，如抗氧剂、发泡剂、颜料等，则分子扩散可能是一个比较重要的因素 涡流扩散 也称为紊流扩散 在化工中流体的混合一般是靠系统内产生紊 流来实现的 注意          在聚合物加工中，由于物料的运动速度达不到紊流。       原因：要实现紊流，熔体的速度很高，势必会对聚合物施加很高的剪切速率，使熔体发生破裂，也会造成聚合物的降解，实际上是不允许的，而且聚合物粘度高，因此很少发生涡旋扩散 体积扩散 是指流体质点、液滴或固体粒子由系统一个空间 向另一个空间位置的运动 或两种以及多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。 在聚合物加工中，这种混合作用占支配地位 注意          混合的基本要素        混合的目的就是使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料从一种物料照可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到组成均匀的混合物。       然而，在没有分子扩散和分子运动的情况下，为了达到所需的概率分布，混合问题就变为一种物料发生形变和重新分布的问题，而且如果最终物料颗粒之间不是互相孤立的，分散的颗粒就有一种凝聚的趋势。       因此，要混合分散得好，必须要有外加的作用力(剪切力)来克服颗粒分散后所发生的凝聚。所以，物料分散的关键是使物料发生形变和重新分布，以及克服颗粒凝聚所需的外加作用。     混合过程 剪切 分流 合并和置换 挤压(压缩) 拉伸 集聚等      混合要素：       这些作用并非在每一混合过程中等程度地出现，它们的出现及其占有的地位因混合最终目的、物料的状态、温度、压力、速度等的不同而不同。 剪切情况 A: 介于两块平行板间的物料由于板的平行运动而使物料内部产生永久变形的“粘性剪切” B：刀具切割物料的“分割剪切” C: 由以上两种剪切合成的如石磨磨碎东西时的“磨碎剪切” 主要 剪切
第三章溷合.ppt