第三章 成型用物料及其配制2011

第三章成型用物料及其配制3.1概述为了成型工艺过程的需要，将合成树脂与添加剂配制成粉料、粒料、溶液和塑料糊等，配制过程中要通过混合使其形成均匀的复合物。无论是哪一种物料，一般都不是单一的合成树脂，都加有不等量的各种添加剂，其目的是为改善成型工艺性能，提高制品质量，降低成本。通常热固性塑料的配制多在合成树脂生产过程中进行，因此，本章主要讨论热塑性塑料的配制。工业上用作成型的塑料根据成型工艺的不同和成型设备的不同有粉料、粒料、分散体（溶胶塑料、糊塑料）和溶液等四种:•粉料：主要用于双螺杆挤出机的挤出成型，压延成型，滚塑。•粒料：主要用于单螺杆挤出机的挤出成型，注射成型。•分散体：主要用于涂覆成型，搪塑。•溶液：主要用于流涎成型，浇铸成型。塑料制品生产厂所需要的大多数塑料品种，均由树脂生产，直接提供粉料或粒料。对PVC塑料按产品性能要求常需进行配方设计和制备粉料或粒料。粉料和粒料的制备过程是将聚合物和各种助剂通过混合设备进行初混合后而制成粉料，再经塑炼机进行塑炼。最后通过造粒机而制成粒料。3.2粉料及粒料塑料——树脂＋助剂1.树脂塑料的主要成分决定塑料的类型和基本性能3.2粉料及粒料3.2粉料及粒料3.2.1粉料及粒料的组成2.添加剂种类⑴填充剂（填料）重要的但非必不可少的成分,不起化学作用，与树脂牢固黏在一起作用：减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。3.2粉料及粒料填料可分为有机填料和无机填料两类，前者如木粉、碎布、纸张和各种织物纤维等，后者如玻璃纤维、硅藻土、石棉、炭黑等.⑵增塑剂能够增加塑料的可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物。常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。3.2粉料及粒料提高塑性、流动性和柔软性；降低刚性和脆性；改善塑料的工艺性能和使用性能。作用：⑶稳定剂凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。可分为以下三种：它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。延缓或抑制塑料氧化速度。热稳定剂：光稳定剂：抗氧化剂：3.2粉料及粒料⑷润滑剂为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。3.2粉料及粒料⑸着色剂起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。分类颜料染料有机颜料无机颜料3.2粉料及粒料无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间。3.2粉料及粒料3.2.2粉料的配制混合：是指将二种或二种以上组分的空间位置发生变化。分散：是指在混合中一种或多种组分的颗粒尺寸的减小或溶于其它组分中。一种在加工中，混合和分散操作是同时进行的，即物料在改变其空间位置的同时，由于物料之间的碰撞、剪切作用，使其尺寸不断减小，起到混合和分散作用。混合和分散一般通过扩散、对流和剪切三种作用来完成的。（1）扩散利用各组分间的浓度差，使浓度大的组分自发向浓度小组分的空间迁移，以达到组成均匀。对于固体之间扩散作用可以忽略，只有固体/液体、液体/液体之间的扩散作用才较大。（2）对流两种组分相互间向对方所占有的空间进行流动，以期达到组分均一。物料的流动，一般凭机械力的搅拌，对于任何一种聚集态的物料，对流作用是必不可少的方法。（3）剪切依靠机械作用产生的剪切力，促使物料达到均一3.2粉料及粒料在剪切力作用下，物料块上下两平面发生相对平移，结果使料块变形、拉长，在这个过程中物料体积没有变化，但其表面积有较大增长，物料粒子分布区域扩大，一个料块中的平面进入另一个料块，从而达到混合的目的，而在剪切过程中，组分被剪切拉长，产生断裂，从而达到分散的目的。xyvdd0xyd0d0ld*I)II)3.2.2粉料的配制•剪切作用，特别适用于塑性物料的混合。因为塑性物料粘度大，流动性差，又不能以粉碎增加分散程度，因而剪切变形、断裂可使物料很好地混合、分散。•剪切混合的效果与剪切力的大小，力的作用距离和作用力方向的改变有关。•剪切力↑，剪切力距离↓，剪切力方向改变→混合、分散效果↑，3.2.2粉料的配制3.2.2粉料的配制3.2.2粉料的配制3.2.2粉料的配制混合均匀，达到预期的质量要求，涉及到混合效果，衡量混合效果的办法随物料状态而不同。①对液体物料可以分析混合物不同部分的组成与平均组成相差的情况，如相差较小，则混合效果好，反之则混合效果差。②对固体及塑性物料需从物料的分散程度和组成的均匀程度两个方面来衡量其混合效果。3.2.2粉料的配制3.2.2粉料的配制1.均匀程度•均匀程度是指物料的实际组分比率与理论组分比率之间的差异，是混合效果的度量。•实际组分比率与理论组分比率相近，则均匀程度高，混合效果好。但实际组分比率与取样点数有关，取样点少不足以反映实际物料的组分比率。3.2.2粉料的配制计算均匀程度的方法可以用不均匀系数式中：C0——某组分的理论百分比Ci——某组分的取样百分比I——取样组数，I=n/nin——取样次数ni——每组中同一浓度的试样数仅仅用均匀程度来评定混合效果是不够的，有时还不能反映出物料混合效果。例如某一混合物，甲乙两组分各占50%，如果任意取两个试样进行分析，结果也是接近50%。从均匀程度上可以说混合效果很好，但是在这种情况下还会有两种不同情况。从分散程度来看，显然第二种情况混合效果是不好的。因此仅仅从均匀程度是不能完全评定混合效果的，必须还要考虑物料的分散程度。2）混合分散效果的评价3.2.2粉料的配制2.分散程度（分散效果的度量）•分散程度指被分散物质的破碎程度，一般用平均粒径大小来表示。破碎程度高，粒径小，分散程度就高。•平均粒径大小的计算方法主要有平均算术直径和平均表面直径两种：3.2.2粉料的配制3.2.2粉料的配1）原料的准备：–树脂的干燥，称量，固体助剂的研磨等。2）原料的混合：搅拌、振动、翻滚、研磨、空气流态化等。工厂以温度来控制终点。混合工艺：注意初混合的加料顺序①非润性物料：以树脂→稳定剂→色料→填充剂→润滑剂的顺序加入混合设备；②润性物料：树脂→增塑剂→稳定剂→其它助剂投料。3.2.2粉料的配高速混合设备：通过摩擦生热；低速混合设备：外部加热。低速混合工艺：润性物料①将聚合物加入设备内，开始混合加热（不超过100℃）温度高，增塑剂吸收太快，混合不均匀；增塑剂量大时可加入部分填料。②在翻动的同时加入增塑剂（增塑剂可预热至预定的温度）；③加入稳定剂、染料和增塑剂调制的浆料；④加入颜料、填料以及其它助剂；⑤达到要求时出料。目前多采用高速混合机，出料温度120℃，再进入低速搅拌机3.2.2粉料的配•混合通常指固态组分间的混合，如粉末状组分与小颗粒状组分间的混合。主要要求各组分在空间分布均匀，基本属简单混合，但也不可避免地有分散混合成分。混合主要用于非润性物料。•捏合通常指液态与固态物料间的混合，是在捏合机中借助强烈的剪切作用使混合物各组分充分混合均匀的过程。捏合可用于润性物料，也可用于非润性物料。一般当物料中固体较多或固体、液体组分相差不多时在捏合机上进行。•塑炼主要用于塑性物料与固体物料或塑性物料间的混合。它是指借助热和（或）机械功作用，使热塑性塑料在处于可塑的熔融状态下与其它组分间进一步混合均匀的过程。（3）混合设备①转鼓式混合机，靠混合室的转动来完成。用于非润性物料的混合②螺带式混合机，多用在高速捏合后物料的冷却上，也叫冷混合机③捏合机，混合时间长，均匀性差，效率较前两者高④高速捏合机（3）粉料混合用机械•捏合机原理（动画效果）•高速混合机原理（动画效果）3.2.3粒料的配制初混物：简单混合制成粉料的过程为初混合；而将由此取得的粉料为初混物。混匀程度高；提高物料的塑性；缩短成型时的塑化时间；成型工艺性能得以提高。1、初混物的塑炼：原因：存在胶凝粒子、杂质（单体、催化剂、水分）目的：借助加热和剪切力使聚合物获得熔化、剪切、混合等作用而驱出其中的挥发物并进一步分散其中的不均匀组分。塑炼条件：温度和时间，双辊中翻料的次数。判断：切开断面观看颜色的均匀性。3.2.3粒料的配制塑炼设备：（1）双辊筒炼胶机（开启式塑炼机）长径比：2.5左右、转速17-20r/min，两辊筒的转速不同（1:1.05－－1:1.1）→速度梯度→剪切力；两辊筒的间隙可调，间隙越小→剪切力越大→生产能力越小。注意：①接触空气→冷却快η→剪切效果→氧化降解。②单方面的剪切，不利混匀，打三角包。特点：投资小。但劳动强度大，劳动条件差，粉尘及排出的低分子物料污染大。塑炼后的物料是片状→板式切粒机→粒料塑炼后的物料是块状→破碎→挤出造粒3.2.3粒料的配制⑵密炼机结构：一对转子和密炼室，转子的方向相反，转速不同，较强大的剪切力。特点：能在较短的时间内给予物料以大量的剪切能，劳动条件、塑炼效果和防止氧化等方面都比较好。塑炼后的物料：团状→破碎→挤出造粒→粒料双辊下片→板式切粒→粒料3.2.3粒料的配制⑶挤出机单螺杆挤出机:没有对流、大范围的混匀效果不好。双螺杆挤出机：混合效果优于单螺杆挤出机。多螺杆挤出机：螺杆长径比小，物料在机筒塑化质量比较好、受热时间短，产生降解作用较小，能够直接切粒。挤出机与双辊相比：连续作业。能耗低、在占地面积、劳动强度上都比较小。3.2.3粒料的配制2.炼成物的粉碎或粒化粉碎：颗粒大小不均匀。粒化：颗粒大小均匀。设备：切碎机粉碎机3.2.3粒料的配制•塑炼机械图（双辊炼塑机、挤出机、密炼机）3、造粒方法：塑炼物的切粒或造粒将塑炼物加工成一定规格尺寸塑料粒子的过程称为切粒或造粒。•切粒过程根据切粒时物料的冷热状况可分冷切法和热切法。冷切法：先将片状或条状塑炼物冷却后，放入切粒机中切割。冷切法可分为空冷冷切和水冷冷切。热切法：将挤出条状的塑炼物切割成粒后，再冷却。热切法可分为干热切、空中热切和水下热切法。•一般PP、PE采用水冷的冷切法、水下热切法；PC、PA、ABS采用空冷的冷切法（因易吸水）；PVC采用干热切法，或空中热切法。3、造粒方法：•（1）冷切（拉片冷切、挤片冷切、挤条冷切）•（2）热切（干热切、空中热切、水下热切）挤出造粒挤出造粒挤出造粒ExtruderMehrlochdüseMesserWasserzuflußGranulatimWasserstrom3.2.4粉料和粒料的工艺性能1.热固性塑料⑴．收缩性：成型塑料制品尺寸或体积小于型腔相应尺寸或体积的现象。成型收缩的形式：⑴塑件的线尺寸收缩⑵收缩方向性⑶后收缩⑷后处理收缩SL=[(L0-L)/L0]×100%①．收缩率L0为模具尺寸L：制品尺寸②．原因：a.固化收缩；b.弹性回复：减小收缩率c.塑性变形；d.热收缩①．收缩率aba实Scbc计S3.2.4粉料和粒料的工艺性能③．降低收缩率的措施：a.工艺条件b.模具和制品的设计c.塑料的性质适当提高注射压力、注射速度、增大浇口和流道尺寸，增加浇口数目；制品退火处理；预热；严格遵守工艺规程和采用不溢式模具等。几种常见的热固性塑料的收缩率：酚醛0.6-1.0％、氨基塑料0.8-1.0％。3.2.4粉料和粒料的工艺性能（2）流动性：热固性材料因受热、受压软化而移动的性能，会影响材料的充模能力。①三种测定方法：测流程、流动时间、流程时间（流动速度）法。流动性对制品有什么影响？3.2.4粉料和粒料的工艺性能②影响流动性的因素–材料本身（树脂与填料的性质和比率、颗粒的形状与大小、含水量、增塑剂及润滑剂的含量)。分子质量小、填料颗粒细小而又呈球状、增塑剂、润滑剂、含水量高流动性增大。–模具模腔光滑、流道呈流线型、使用较久的模具。–成型工艺温度、压力是否预热、预压③流动性对制品的影响流动性大填塞不紧或填料与塑料分头聚集、以至会塑料溢出模外，造成尺寸偏差增大，制品质量下降。太小降低生产能力，充不满模腔，废品率增加。3.