共混改性基本原理精选PPT.ppt
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1、共混改性基本原理第1页,此课件共44页哦2.4.1 分布混合与分散混合分布混合与分散混合n分布混合分布混合n也称分配混合,指分散相粒子也称分配混合,指分散相粒子不发生破碎不发生破碎,只改变分散相的空间分布状况、增加分散相分布只改变分散相的空间分布状况、增加分散相分布的随机性的混合过程。的随机性的混合过程。(仅使分散相的空间分布趋仅使分散相的空间分布趋于均匀化于均匀化)n分散混合分散混合n指指既既增加分散相空间分布的随机性,增加分散相空间分布的随机性,又又减小减小分散相粒径,改变分散相粒径分布的过程。分散相粒径,改变分散相粒径分布的过程。n对于对于熔融共混过程熔融共混过程:n分散相在外加能量作用
2、下破碎,粒径变小、粒径分散相在外加能量作用下破碎,粒径变小、粒径在基体中分布发生变化,因此属于在基体中分布发生变化,因此属于分散混合过程分散混合过程。第2页,此课件共44页哦2.4.2 分散相的分散与集聚过程分散相的分散与集聚过程n熔融共混过程:熔融共混过程:分散过程分散过程集聚过程集聚过程互逆互逆分散相在剪切应力作用下分散相在剪切应力作用下发生破碎:发生破碎:1、粒径变小;、粒径变小;2、表面能变大;、表面能变大;3、粒子数量增多;、粒子数量增多;4、相互碰撞几率变大;、相互碰撞几率变大;5、非自发进行的过程。、非自发进行的过程。细小粒子在能量最小定律细小粒子在能量最小定律作用下产生集聚:作
3、用下产生集聚:1、粒径增大;、粒径增大;2、表面能变小;、表面能变小;3、粒子数量减小;、粒子数量减小;4、自发进行的过程。、自发进行的过程。第3页,此课件共44页哦n分散过程的影响因素:分散过程的影响因素:n(一)外界作用于共混体系的剪切能;(一)外界作用于共混体系的剪切能;n与剪切应力、体系的黏度和剪切速率相关与剪切应力、体系的黏度和剪切速率相关nE单位体积的剪切能;单位体积的剪切能;n剪切应力剪切应力n共混体系的黏度共混体系的黏度n剪切速率剪切速率第4页,此课件共44页哦n(二)分散相物料自身的破碎能(二)分散相物料自身的破碎能n 破碎能破碎能=宏观破碎能宏观破碎能+物料的表面能物料的表
4、面能n即:即:n宏观破碎能宏观破碎能EDk分散相物料的粘滞力,包括熔体分散相物料的粘滞力,包括熔体黏度黏度+黏弹性黏弹性n表面能表面能EDf界面张力界面张力+分散相的粒径分散相的粒径第5页,此课件共44页哦n提高分散效率(获得更小粒径)的途径:提高分散效率(获得更小粒径)的途径:n1、增大剪切应力或提高剪切速率;、增大剪切应力或提高剪切速率;n2、提高物料黏度;、提高物料黏度;n3、降低分散相物料的表面能、降低分散相物料的表面能(如添加助剂等)。(如添加助剂等)。n4、改善界面相容性、改善界面相容性:增加连续相包裹分散相的能:增加连续相包裹分散相的能力,减小分散相的碰撞次数和碰撞的有效率。力,
5、减小分散相的碰撞次数和碰撞的有效率。n名词名词:碰撞的有效率碰撞的有效率n分散相粒子相互碰撞而导致集聚成大粒子的分散相粒子相互碰撞而导致集聚成大粒子的几率。几率。第6页,此课件共44页哦n平衡粒径平衡粒径n在熔融共混过程中,分散相的分散过程与集在熔融共混过程中,分散相的分散过程与集聚过程达到一定的动态平衡时,分散相的粒径也聚过程达到一定的动态平衡时,分散相的粒径也达到一平衡值,称为达到一平衡值,称为“平衡粒径平衡粒径”。要降低平衡粒径要降低平衡粒径R*1、降低有效碰撞几率、降低有效碰撞几率P2、降低两相界面张力、降低两相界面张力3、降低分散相的体、降低分散相的体积积分数分数4、提高共混物的熔体
6、黏度、提高共混物的熔体黏度5、提高剪切速率、提高剪切速率6、降低宏、降低宏观观破碎能破碎能E第7页,此课件共44页哦2.4.3 控制分散相粒径的方法控制分散相粒径的方法n主要有三个方面:主要有三个方面:n一是一是 共混时间共混时间n二是二是 共混组分的熔体黏度共混组分的熔体黏度n三是三是 界面张力界面张力第8页,此课件共44页哦n(一)共混时间(一)共混时间n分散相的粒子破碎的难易取决于分散相粒径的大分散相的粒子破碎的难易取决于分散相粒径的大小:小:粒径越大,越容易破碎;粒径越小,则越难破碎粒径越大,越容易破碎;粒径越小,则越难破碎。n在共混过程中,分散相粒径的减小和粒径的分布在共混过程中,分
7、散相粒径的减小和粒径的分布均匀化是同时进行的,这是一个过程,因此需要均匀化是同时进行的,这是一个过程,因此需要时间。时间。n对于相同的共混体系而言,对于相同的共混体系而言,延长共混时间延长共混时间会使分会使分散相的粒径散相的粒径更小更小,且分布,且分布更为均匀更为均匀;n但是,是否共混时间越长越好呢?但是,是否共混时间越长越好呢?第9页,此课件共44页哦n否否!n(1)随着共混时间的延长,共混体系中的分散相)随着共混时间的延长,共混体系中的分散相粒子的破碎和集聚过程会因达到一个粒子的破碎和集聚过程会因达到一个动态平衡动态平衡而而粒径不再减小;粒径不再减小;n(2)共混时间过长共混时间过长的话,
8、也会导致高分子材料的的话,也会导致高分子材料的降解降解,不利于提高甚至恶化共混物的力学性能。,不利于提高甚至恶化共混物的力学性能。n因此,在一定的共混时间里,更应该着眼于如何因此,在一定的共混时间里,更应该着眼于如何提高分散效率提高分散效率?改善共混设备的性能改善共混设备的性能 添加适当的助剂添加适当的助剂助剂起到什么作用?助剂起到什么作用?第10页,此课件共44页哦n(二二)共混组分的熔体黏度共混组分的熔体黏度n分散相与连续相的黏度影响分散相与连续相的黏度影响n由平衡粒径公式,我们知道:由平衡粒径公式,我们知道:降低宏观破碎能降低宏观破碎能EDK,可以降低分散相的粒径可以降低分散相的粒径R;
9、又,;又,EDK取决于聚合物的取决于聚合物的熔体黏度和黏弹性;熔体黏度和黏弹性;nSo,降低分散相物料的熔体黏度,有利于获得较小,降低分散相物料的熔体黏度,有利于获得较小的粒径的粒径.第11页,此课件共44页哦n另一方面,从连续相角度来讲,细化分散相粒径另一方面,从连续相角度来讲,细化分散相粒径的动力来源是:的动力来源是:n外界能量外界能量作用于作用于连续相连续相,经由,经由界面传递效应界面传递效应后,传递给后,传递给分散相分散相,使其,使其破碎、分散并均匀化破碎、分散并均匀化。n因此,提高连续相的熔体黏度,使之能够承受更因此,提高连续相的熔体黏度,使之能够承受更多的外界作用力,从而将更多地能
10、量传递给分散多的外界作用力,从而将更多地能量传递给分散相,更有利于分散相的破碎,降低分散相的粒径。相,更有利于分散相的破碎,降低分散相的粒径。FF第12页,此课件共44页哦nQ:我们已经知道,降低分散相的熔体黏度,同我们已经知道,降低分散相的熔体黏度,同时,提高连续相的熔体黏度,有利于获得更小的时,提高连续相的熔体黏度,有利于获得更小的分散相粒径。但是,分散相和连续相的熔体黏度分散相粒径。但是,分散相和连续相的熔体黏度的降低和升高是否是无限的呢?其依据是什么?的降低和升高是否是无限的呢?其依据是什么?nA:“软包硬软包硬”规律。规律。n“软包硬软包硬”规律:规律:共混过程中,熔体黏度低的一共混
11、过程中,熔体黏度低的一相为软相,倾向于形成连续相;熔体黏度高的一相为软相,倾向于形成连续相;熔体黏度高的一相为硬相,倾向于形成分散相相为硬相,倾向于形成分散相。n这个规律虽然不是绝对适用的,但也控制了绝大这个规律虽然不是绝对适用的,但也控制了绝大部分共混体系的形态结构。部分共混体系的形态结构。第13页,此课件共44页哦n从从“软包硬软包硬”规律中,就可以看出分散相熔体黏规律中,就可以看出分散相熔体黏度的降低是有限度的,通常是不能低于连续相的度的降低是有限度的,通常是不能低于连续相的熔体黏度;同样,连续相的熔体黏度的提高通常熔体黏度;同样,连续相的熔体黏度的提高通常也不能高于分散相的熔体黏度,否
12、则,往往会发也不能高于分散相的熔体黏度,否则,往往会发生连续相和分散相在形态上的互换。生连续相和分散相在形态上的互换。nQ:降低分散相黏度以及提高连续相的黏度到某降低分散相黏度以及提高连续相的黏度到某一程度才能达到最佳的效果?一程度才能达到最佳的效果?nA:等黏点理论等黏点理论第14页,此课件共44页哦n等黏点理论:等黏点理论:在共混两相体系中,若两组分相的在共混两相体系中,若两组分相的熔体黏度相同或相近,则有利于获得最佳的分散熔体黏度相同或相近,则有利于获得最佳的分散效果,即分散相颗粒的粒径最小。其两相熔体黏效果,即分散相颗粒的粒径最小。其两相熔体黏度相等的一点,就称为度相等的一点,就称为“
13、等黏点等黏点”。n如,在橡胶如,在橡胶/塑料共混体系中,依据熔体黏度随温塑料共混体系中,依据熔体黏度随温度的升高而降低的规律度的升高而降低的规律+橡胶的黏度随温度变化橡胶的黏度随温度变化不敏感不敏感+塑料的黏度随温塑料的黏度随温度变化敏感度变化敏感第15页,此课件共44页哦n通过提高温度,使橡胶和塑料的熔体黏度通过提高温度,使橡胶和塑料的熔体黏度-温度曲温度曲线交于一点,即得线交于一点,即得“等黏点等黏点”,相应的温度为等,相应的温度为等黏点温度黏点温度T*。n从图中可以看出,若在加工过程中,通过调整加从图中可以看出,若在加工过程中,通过调整加工温度,则可以改变共混物的形态结构:工温度,则可以
14、改变共混物的形态结构:n(1)共混温度高于)共混温度高于T*,则橡胶是硬相,塑料是则橡胶是硬相,塑料是软相;软相;n(2)共混温度低于)共混温度低于T*,则塑料是硬相,橡胶是则塑料是硬相,橡胶是软相。软相。第16页,此课件共44页哦n调整熔体黏度的方法:调整熔体黏度的方法:na/温度温度n利用不同组分对温度的敏感性,得到等黏点。利用不同组分对温度的敏感性,得到等黏点。nb/助剂助剂n填充剂、软化剂等,如橡胶填充剂、软化剂等,如橡胶+炭黑,提升黏度;炭黑,提升黏度;橡胶橡胶+油,降低黏度。油,降低黏度。nc/改变相对分子质量改变相对分子质量n可行,但不常用,容易导致其力学性能的降低。可行,但不常
15、用,容易导致其力学性能的降低。第17页,此课件共44页哦n(三)界面张力和相容剂的影响(三)界面张力和相容剂的影响n降低界面张力降低界面张力,可降低分散相的粒径,可降低分散相的粒径n添加界面相容添加界面相容剂剂,改善两相,改善两相间间的界面的界面结结合,合,是是连续连续相更易包裹住分散相粒子,减弱其相互碰相更易包裹住分散相粒子,减弱其相互碰撞而形成大撞而形成大颗颗粒的粒的趋势趋势,有利于,有利于获获得得较较佳的分散佳的分散效果。效果。n常用的相容常用的相容剂剂:聚合物:聚合物-马马来酸来酸酐酐接枝物接枝物nPP-g-MAH,PE-g-MAH第18页,此课件共44页哦2.4.4 两阶共混分散历程
16、两阶共混分散历程n分散历程,类似于聚合中的反应历程分散历程,类似于聚合中的反应历程n通过设计有效的分散历程,可以有效地提高共混通过设计有效的分散历程,可以有效地提高共混产品的质量。产品的质量。n所谓所谓两阶共混历程两阶共混历程:是指相对于:是指相对于“一步法一步法”共混共混工艺而言,这是由工艺而言,这是由我国科技工作者我国科技工作者提出来的。提出来的。n第一阶段,将两种共混组分中第一阶段,将两种共混组分中用量较多用量较多组分组分的一部分,与另一组分的的一部分,与另一组分的全部全部先进行共混;在第先进行共混;在第一阶段,依据一阶段,依据“等黏点等黏点”原理原理,要尽可能地使两,要尽可能地使两相熔
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