第五章成型物料的配制

第五章成型物料的配制一、本章基本内容：1、混合原理和效果评定2、粉料的配制，粒料的配制3、溶液的配制，分散体的配制二、学习目的与要求:1、塑化机械的合理选用2、造粒方法的确定3、了解溶液配制方法，掌握溶胶的制备过程三、本章重点、难点：重点：1、热切和冷切的特点；2、分散体的制备难点：1、如何把原料性能与造粒方法结合分析。2、分散体粘度的稳定性课时：2塑料的成型加工:一、塑料的生产;二、塑料制品的生产两个体系是相互依存的成型加工的目的在于根据塑料的原有性能，利用一切可行的方法使其成为具有一定形状而又可以应用的产品塑料工业包括两个生产系统成型方法分类一次成型挤出成型、注射成型、模压成型、压延成型、铸塑成型、模压烧结成型、传递成型、发泡成型二次成型中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜成型5.1物料的组成和添加剂的作用简单组分塑料：主要成份塑料、少量或无添加剂缺点：性能单一、成型加工差、成本高、不能满足很多要求，故一般不采用。复杂组分塑料：除树脂外，还加有多种添加剂或辅助材料优点：性能可调、易成型加工、成本低添加剂：增塑剂、防老剂、填料、润滑剂、着色剂、固化剂一、聚合物主要成份，连续相，将各种添加剂粘合在一起，赋于制品机械性能。聚合物不同，性能不同；同一种聚合物，牌号不同，性能不同同一种聚合物，聚合方法不同，性能不同同一牌号，批号不同，性能也有差异。聚合物本身性能影响加工性能和制品性能（一）分子量的影响Mn增大，抗张强度增大，抗冲强度先增大再减小，蠕变减小，弯曲强度减小，热变形温度增大，总的力学性能和热性能增大Mn增大，粘度增大，流动性减小，成品收缩率减小，加工性能下降Mn影响结晶，取向及结构，故要选择适当的分子量（二）分子量分布的影响分子量分布宽，总的来讲力学性能和热性能降低分子量分布宽对加工来讲有利有弊：利：流动性好，易加工弊：影响与添加剂的配合的均匀性，在高分子量的组分出现“生料”（三）颗粒结构的影响表面毛糙，不规则，断面结构疏松、多孔的粒子，易于吸收增塑剂。配制时，T低，t短。但吸收不能太快，否则与其它组分混合不良，产品质量下降。表面光滑，断面结构规则，实心、无孔的粒子吸收增塑剂不易。T高，t长，影响生产效率。（四）粒度的影响粒度主要影响混合的均匀性聚合物粒度大，总表面积小，与添加剂接触机会少，造成混合不均;在辊压时间内，颗粒大的往往不易塑化或塑化不完全。过细易造成粉尘飞扬和容积计量困难。（五）其它影响因素树脂中的水分及挥发物含量结晶度密度二、增塑剂对热和化学试剂稳定液体固体增塑过程可看作是聚合物和低分子物互相“溶解”的过程，溶剂是要在加工过程中挥发出去，而增塑剂则要求长期留在聚合物中。1、增塑剂的作用利处：增加塑料的柔韧性、耐寒性；使塑料的玻璃化温度、熔点、软化温度或流动温度降低；粘度减小，流动性增加，从而改善了塑料的加工性能。坏处：抗张强度下降，硬度下降，模量下降2、增塑剂的作用机理外增塑作用：分子间距和分子间作用力非极性增塑剂主要作用是通过聚合物—增塑剂间的溶剂化作用，增大分子距离，从而削弱它们之间的作用力。△Tg=B·VB：比例常数V：增塑剂体积分数未增塑和已增塑聚合物的示意图极性增塑剂极性聚合物----极性增塑剂的增塑作用不是由于填充作用，而是增塑剂中极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用，代表了极性分子间的作用。同时，增塑剂的非极性基团把聚合物中极性基屏蔽起来，这也减弱了分子间的作用力△Tg=k·nk：比例常数n：增塑剂摩尔数如PVC-DOP内增塑作用如果用化学方法，在分子链上引入其它取代基，或在分子链上或分子链中引入短的链段，从而降低了大分子间的吸引力，也可达到使刚性分子链变软和易于活动的目的，这种增塑称为内增塑。3.增塑剂的种类与性能不需增塑：如PA、PS、PE、PP等；增塑：硝酸纤维系、醋酸纤维素、聚氯乙烯使用增塑剂最多的是聚氯乙烯，主要以邻苯二甲酸酯类、己二酸和癸二酸的二辛酯类，以及磷酸酯类等为增塑剂。对增塑剂的要求（1）与聚合物相溶（2）不挥发，迁移性小，溶浸性小（3）耐热、耐光、不燃及无毒（4）在使用混合和使用温度范围内能与聚合物形成真溶液（5）加入增塑剂量适当不同增塑剂对制品性能有不同的影响例如：PVC加入癸二酸二辛配、己二酸二辛酯等耐低温性能好的增塑剂，能显著改善制品的耐寒性能；加入季戊四醇酯(双酯)等能使制品耐热性提高；加入磷酸二苯—辛酯无毒主增塑剂辅增塑剂配合使用三、防老剂聚合物在成型加工过程或长期使用和贮存过程中，会因各种外界因素的作用而引起降解或交联，并使聚合物的性能变坏而不能正常使用。为防止或抑制这种破坏作用而加入的物质称为防老剂。（一）抑制聚合物的降解作用去除降解活性中心例如PVC加入有机锡，聚合物自由基结合-C4H9而稳定，形成稳定自由基。有机锡稳定剂有很多品种，透明性好，效率高，相溶性好，可单独使用，但成本高。2、除去聚合物中不稳定的原子主要是金属皂类和金属硫醇盐。金属皂：铅皂、鎘皂、碱土金属皂、硬脂酸皂同时具有润滑作用，可用透明、半透明和不透明制品金属皂类金属硫醇盐3、对双键成的加成作用防止聚合物继续降解及颜色变化如螯合剂、硫醇类化合物，顺丁烯二酯类等。（二）抑制聚合物的氧化作用防老剂能代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟氧对聚合物的影响，抑制聚合物的氧化。（1）抗氧剂成为自由基的终止剂（2）抗氧剂成为氢过氧化物的分解剂ROOH+PD→ROP+HOD（三）抑制聚合物的光降解作用防老剂能吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能，放出没有破坏性的光能(长波的)或热能从而防止了聚合物的老化降解。能起这种作用的物质称为光稳定剂。目前常用的光稳定剂有四类紫外线吸收剂淬灭剂先驱型紫外线吸收剂光屏蔽剂1、紫外光吸收剂有三类：水杨酸类，羟基二苯甲酮类，苯并三唑类。都有分子内氢键，吸光后，内氢键破坏，放出热能2．先驱型紫外线吸收剂本身不具吸收紫外线作用，光照射后分子重排，改变结构成为紫外线吸收剂，发挥其作用。常用的为苯甲酸酯类。3、淬灭剂它是通过转移聚合物分子吸收紫外光而产生的“激发态能”，从而避免由此而产生游离基而使聚合物进一步降解。常用的主要为各种镍螯合物，如光稳定剂NBC、光稳定剂1084、2002等。4、光屏蔽剂用于厚制品或不透明制品在聚合物中主要起屏蔽作用如碳黑、二氧化钛、氧化锌、亚硫酸镁、受阻酚（四）消除聚合物杂质的催化作用金属离子对聚合物具有催化降解作用如铝、锌、铜、铁、锡、镉消除这些重金属离子催化作用的方法是加入适量的螯合剂四、填料概念：为了改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些技术指标，赋于塑料制品某些新的性能，或为了降低成本和聚合物单耗而加入的一类物质称填料。填料的分类按来源分：有机填料和无机填料按形式分：粉状、纤维状和片状粉状填料常用木粉、石棉粉、滑石粉、陶土、硅藻土、云母粉、石墨粉、炭黑粉；纤维状填料常用石棉、玻璃纤维等；片状填料常用纸、棉布、玻璃布、玻璃毡(或带)等。粉状填料的加入常不是单纯的物理混合，而是与聚合物之间存有次价力，这种次价力虽然很弱，但具有加合性，因而当聚合物分子量较大时，其总力显得很可观，从而改变了聚合物分子的构象平衡和松弛时间。降低了聚合物的结晶倾向和溶解度，同时常会使聚合物熔体粘度增大。有的填料能显著改善塑料的耐磨性和自润滑性。线膨胀系数↑收缩率↓耐热性↑阻燃性↑强度↑五、润滑剂为改进塑料熔体的流动性能，减小或避免对设备的粘附，提高制品表面光洁度而加到塑料中的一类添加剂称为润滑剂脱模剂与润滑剂相似，也叫润滑剂涂在模具表面上物质叫脱模剂一般聚合物在加工过程中常需要加入润滑剂1、内润滑剂内润滑剂与聚合物有一定的相溶性，加入后可减少聚合物分子间的内聚力，降低其熔体粘度，从而削弱聚合物间的内磨擦。如硬脂酸及其盐、硬脂酸酯2、外润滑剂外润滑剂与聚合物仅有很小的相溶性，而在成型过程中，易从内部析至表面而粘附于设备的接触表面，形成一润滑剂层，降低了熔体和接触表面间的磨擦，防止塑料熔体对设备的粘结。如硬脂酸、石腊、矿物油、硅油所谓“内润滑”与“外润滑”是相对的，取决于润滑剂与聚合物之间的相溶性；大多数润滑剂既有外润滑性质，又有内润滑性质，仅少数具有单一性质。如硬脂酸钙作聚氯乙烯润滑剂就是这种情况；另外，很多润滑剂不只表现出润滑作用，而且象其它金属皂类一样，还有稳定作用。加入润滑剂→内摩擦↓→表面光滑但加入太多：易析出，物料在设备中停留时间短，不均匀熔融。六、着色剂为使制品获得各种鲜艳夺目的颜色，增进美观而加入的一种物质称为着色剂。着色剂分类无机颜料有机染料有机染料有发色基团：适用于透明制品分散染料和还原染料顔料：有机顔料和无机顔料，有些可调在展色剂中，有些不能，一般只能制不透明制品。有机顔料有：偶氮顔料酞青顔料无机顔料：如铁红、锌白、锌钡白二氧化钛、硒红、铬黄、钴蓝铬绿、炭黑等七、固化剂概念：在热固型塑料成型中加入一种使树脂完成交联反应或加快交联反应的物质常称为固化剂。酚醛树脂：六次甲基四胺环氧树脂：二元酸酐二元胺八、其它促进剂、发泡剂、阻燃剂、防雾剂、偶联剂、抗冲击剂第二节物料的混合和分散机理混合：包括两方面的含义，即混合和分散。所谓混合就是二种组分相互分布在各自所占的空间中，即使两种或多种组分所占空问的最初分布情况发生变化，其原理如下图所示分散: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，如颗粒细化均匀。混合和分散操作，一般是同时进行和完成的。即在混合的过程中，与混合的同时，通过粉碎、研磨等机械作用使被混物物的粒子不断减小，而达均匀分散的目的。常见的混合有：(1)不同组分的粉状物料的混合，如粉状的聚合物(聚氯乙烯)和粉状添加剂(填料—碳酸钙)的混合。(2)粉状或纤维状的物料(如玻璃纤维)与液体状物料(如酚醛树脂的醇溶液)的混合。(3)塑性物料的混合如聚苯乙烯和聚丁二烯在熔融状态的混合。一、混合的基本原理混合过程有三类：混合、捏和、塑炼混合是指粉状固体物的混合捏和是指液体和粉状(纤维状)固体物料的浸渍与混合塑炼则指塑性物料与液体或固体物料的混合混合过程一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的1、扩散利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒，从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。固体与固体不行固体与液体可以液体与液体可以聚合物熔体扩散缓慢，扩散在挤出机中对混合影响很小。2、对流两种物料相互向各自占有的空间进行流动，以期达到组成均一，机械力的搅拌，即是使物料作不规则流动而达到对流混合的目的。对任何聚集态物料，对流作用总是必不可少的。3、剪切靠机械的作用产生剪切力，使物料组成达到均一。剪切力的混合作用，特别适用于塑性物料，因为塑性物料的粘度大，流动性差，又不能粉碎以增加分散程度。在实际混合中，扩散、对流和剪切三种作用通常总是共同作用，只是在一定条件下，其中的某一种占优势而已；但不管那种作用，除了造成层内流动外还应造成层间流动，才能达到最好的混合效果。二、混合效果的评定液体物料的混合效果可以分析混合物不同部分的组成，其各部分的组成，与平均组成相差的悬殊情况，若悬殊小则混合效果好；反之，则效果差。固体及塑性物料的混合效果物料的分散程度和组成的均匀程度固体-塑性物质的混合分散程度：相邻的同一组分间的平均距离衡量接触表面积s条痕厚度rr与s成反比，而与v成正比，亦即接触表面积s愈大，则距离愈短，分散程度愈好混合物单位体积v愈小，距离愈短，分散程度亦愈好。均匀程度：混入物所占物料的比率与理论比率的差别n表示取样数c试样浓度若KC越小，表示试样混合越均匀一般混合组分的粒子愈细，其表面积愈大，愈有利于得到较高的均匀分散程度。无论采用何种方法，注意以下三个方面：（1）在混合过程中要尽量增大不同组分间的接触面，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）使在混合物的任何部分，各组分的比率和整体的比率相同。三、主要混合设备设备要求：耐腐蚀材料或用衬里有加热冷却装置混合和搅拌装置产生剪切力，易于对流与扩散尽量消除死角便于加料、换料或卸料各设备示意图管道式捏合机两种常用混合塑炼设备第三节配料工艺简介粉料和粒