高分子加工学-混合及混炼
高分子加工思考题解答
第一章绪论1．高分子材料分为哪几类？（高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。
分为塑料、橡胶、纤维三类）2．塑料、橡胶、纤维分类？3．名词解释：工程塑料通用塑料特种塑料化学纤维合成纤维4．生产塑料制品的完整工序有哪五个？原料准备、成型、机械加工、修饰和装配5. 热塑性高分子材料和热固性高分子材料得物理性质及加工性能比较（见讲义）。
第二章高分子材料成型原理1．高分子材料的熔融性能热传递三种方式：热传导、对流、辐射聚合物的加热与冷却都不易由于聚合物的表观粘度随摩擦升温而降低，使物料熔体烧焦的可能性不大2．聚合物的流动和流变性能拉伸流动和剪切流动，各类型流体的流动曲线，影响高聚物熔体粘度的因素，粘度、流动稠度、流动指数、流动性的关系，熔体流动速率熔体流动速率——在规定的温度、压力（2160×9.81×10-3N）下，每10min内通过国标指定尺寸（书P76装料筒直径φ9.55±0.025mm, 出料口直径φ2.095±0.005mm）毛细管的试样总质量（克数）单位：克/10分钟3．聚合物熔体的弹性流动缺陷：管壁上的滑移，端末效应，离模膨胀，弹性对层流的干扰，熔体破裂，鲨鱼皮，产生原因熔体破裂——当挤出速率逐渐增加，挤出物表面将出现不规则现象（畸变、支离和断裂），甚至使内在质量受到破坏。
离模膨胀——被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大，称为离模膨胀鲨鱼皮——挤出物周边具有周期性的皱褶波纹。
4．高分子材料的成型性能聚合物的聚集态:结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态等聚集态可挤压性、可模塑性、可纺性、可延性概念5．成型过程中的取向作用拉伸取向（薄膜双向拉伸后，拉伸后的薄膜在拉伸方向上的拉伸强度和抗蠕变性能会提高。
6．高分子材料的降解与交联交联、交联度熟化降解——高分子材料化学键的断链、交联、主链化学结构改变、侧基改变以及上述四种作用的综合交联——线性大分子链之间以新的化学键连接、形成三维网状或体型结构的反应。
高分子成型加工原理
1、什么叫混合、混炼？并指出各自的特点。
混合是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作。
混炼是指用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂练成混炼胶的工艺。
混合：温度低（一般低于聚合物熔点），剪切速率小；混炼：温度高（一般高于聚合物熔点），剪切速率大。
2、试述捏合机、高速混合机、开炼机、密炼机的基本结构、工作原理和机器的规格型号。
（1） Z形捏合机基本结构：带有加热（冷却）夹套的鞍形混合室、一对Z形搅拌器、电气传动装置等。
捏合机除了通过夹套加热和冷却外，还可在搅拌器中心开设通道，通加热或冷却载体，以便准确及时地控制捏合时物料的温度。
工作原理：混合时，物料借助于相向转动的一对搅拌器沿着混合室的侧壁上翻,而后在混合室的中间下落，再次为搅拌器所作用。
这样重复循环，物料得到多次折叠和撕捏作用，从而得到均匀混合。
(2)高速混合机基本结构：附有加热或冷却夹套的圆筒形混合室、一个装在混合室底部的高速转动的搅拌叶轮、排料装置、折流板（挡板）以及电气传动装置等。
工作原理：高速混合机工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。
同时，由于离心力的作用物料被抛向混合室内壁，并且沿内壁面爬升，当升到一定高度后，由于重力的作用，物料又落回到叶轮中心，接着又被抛起。
物料的表面不断得到更新，由于叶轮的转速很高，物料运动速度很快，快速运动的物料粒子之间相互碰撞、摩擦，使得团块破碎，物料因摩擦升温，同时迅速地进行着交叉混合，这些作用促进了各组分的均匀分布和对液态添加剂的吸收。
规格型号：GH200，GH表示高速混合机，200表示工作容量200升。
实际加料量为工作容量的50～75％。
（3）开炼机基本结构：两只辊筒、辊距调节装置、安全装置、加热冷却系统和传动系统等。
辊筒为中空结构，内部可通加热或冷却载体，也可直接放置电加热棒加热。
工作原理：开炼机工作时，两个辊筒相向旋转，且速度不等。
放在辊筒上的物料由于与辊筒的摩擦和粘附作用以及物料之间的粘结力而被拉入辊隙之间，在辊隙内物料受到强烈的挤压和剪切，这种剪切使物料产生大的形变，从而增加了各组分之间的界面，产生了分布混合。
混合与混炼
第一章 混ห้องสมุดไป่ตู้与混炼 06:27
第一章 混合与混炼 06:27
密闭式炼塑（胶）机
简称密炼机。 在开炼机的基础上发展起来的一种高强度的间歇 混炼设备。 与开炼机相比的优点和不足：
第一章 混合与混炼
密闭式炼塑（胶）机－结构
14：气缸 13：活塞 12：填料箱 11：翻板门 10：加料装置 09：压料装置 08：转子 07：上密炼室 06：上机体 05：下密炼室 04：下机体 03：卸料装置 02：卸料门锁紧装置 01：底座
第一章 混合与混炼 06:27
内容
第一节：概述 第二节：混合和混炼的设备 第三节：混合和混炼工艺 第四节：配方设计
第一章 混合与混炼 06:27
第一节：概述
混合和混炼是高 分子材料成型比较重 要的工序，对于许多 加工是不可缺少的
它包括高分子化合物和助剂（固体或液体）、高分子 和高分子（共混）的混合；也包括在常温下的混合和高 温下的混炼（塑炼或塑化）；有化学变化也有物理变化 等等。
开 放 式 炼 塑 机 类 型
第一章 混合与混炼 06:27
开
放
开炼机规格是采用辊筒直径来表示。
式
是在辊筒直径数字前冠以汉语拼音符号。表示机台
炼 的用途。
塑 机 规
如XK－450，其中“X表示橡胶用，“K”表示开炼 机，450表示辊筒工作部分直径为450mm；
SK-450表示辊筒直径为450mm的开放式炼塑机(“S” 表示塑料用)。
在混炼过程中，物料在被压缩状态下进行分散混合是 混炼区别于混合的一个显著的特征。
混炼往往不可控制的伴随着物料全部或绝大部分发生 相变。
第一章 混合与混炼 06:27
混合与混炼的基本理论
Volume fraction(%)
2、混合混炼目的
加工性能
使用性能 的改善
成本控制
混合混炼的目的
分子水平 纳米水平
尺度
分散
均匀性 可控分散
微米水平 大尺寸
简单复合
2、混合混炼目的
关于分散尺度的问题 在大多数情况下，对于聚合物改性用的混合，分散均匀
性越好和分散度越高（但不是分子水平分散），对共混物性能的 贡献越大。
份 数 法 举 例
4、共混的几个基本概念
（2） 共混物组成及配比的表示方法 配比 • 质量分数 • 体积分数 • 摩尔分数
含 量 法 举 例
w1
m1
mi
ii
n
1
V1
Vi
i 1
n
x1
n1
n
i 1
m
i
w2
m2
mi
ii
n
2
V2
Vi
i 1
n
x2
n2
4、共混的几个基本概念
（2） 共混物组成及配比的表示方法 配比 PVC配方例： PVC DOP 三碱式硫酸铅 二碱式硫酸铅 BaSt PbSt HSt 100 40 3 2 1.5 0.5 1
份 数 法 举 例
4、共混的几个基本概念
（2） 共混物组成及配比的表示方法 配比 NR/SBR二元共混物配方： NR+SBR 100 NR/SBR 70/30 炭黑 50 S 1.5 TT 0.2 硫磺促进剂 CZ 1.0 硫磺促进剂
白炭黑 水
机械分散
白炭黑水浆
改性白炭黑水浆
偶联剂
滴加
液相混合与絮凝 脱水 干燥 Silica/NR(SBR) 母胶
混炼的原理与实例课件
匀混合。
混炼过度
描述
混炼过度是指物料在混合过程中过度搅拌或摩擦，导致物料温度升高、黏度增加，甚至产 生交联反应，影响物料的加工性能和产品性能。
原因
混炼过度通常由于搅拌速度过快、混合时间过长、物料温度过高或物料的化学性质不稳定 导致。
解决方案
为避免混炼过度，可以采取降低搅拌速度、缩短混合时间、控制物料温度和选择合适的物 料等措施。此外，对于易产生交联反应的物料，应采用适当的配方和加工条件，以避免过 度混合。
02
混炼后的物料可加工成各种塑料 制品，如薄膜、片材、管材、型 材等。
混炼的重要性
混炼是塑料加工中的重要环节之一， 它直接影响产品的性能、质量和生产 效率。
通过混炼，可以获得具有优异性能的 聚合物材料，满足各种塑料制品的要 求。
混炼的原理
混炼是将不同物质进行均匀混合的过程，通过摩擦作用和剪 切力作用，使不同物质分散、混合、取向、分散相粒子细化 。
橡胶混炼是将天然橡胶或合成橡 胶与各种添加剂、硫化剂、补强 剂等混合在一起，以制备具有所
需性能的橡胶混合物。
橡胶混炼过程中，需要考虑到橡 胶的分子量、粒度、弹性以及与 添加剂的相容性等因素，以确保
最终产品的质量。
橡胶混炼的目的是为了获得具有 特定性能的橡胶材料，例如提高
硬度、弹性、耐磨性等。
胶黏剂混炼
03
混炼的应用实例
塑料混炼
塑料混炼是将各种塑料原材料、添加剂和色料混合在一起，以制备具有所需性能的 塑料混合物。
塑料混炼过程中，需要考虑到不同材料的粒度、熔点、热稳定性以及相容性等因素 ，以确保最终产品的质量。
塑料混炼的目的是为了获得具有特定性能的塑料材料，例如提高硬度、韧性、耐热 性等。
高分子材料成型加工原理笔记(精简)
11 减轻挠度的方法：通常可将辊筒设计和加工成略带腰鼓型，或调整两辊筒的轴，使其交叉一定角度或加预应力，就能在一定程度上克服或减轻分离力的有害作用，提高压延制品厚度的均匀性。
12 在压延过程中，热塑性塑料由于受到很大的剪切应力的作用，因此大分子会顺着薄膜前进方向发生定向作用，使生成的薄膜在物理机械性能上出现各向异性，这种现像称为压延效应。
压延效应的大小，受压延温度、转速、供料厚度和物料性能等的影响，升温或增加压延时间，均可减轻压延效应。
5 压延分离力：在辊筒对物料挤压和剪切的同时，辊筒液受到来自物料的反作用力，这种力图使两辊分开的力称为分离力或横压力。
1、简述离模膨胀的含义、原因及主要影响因素。
答：定义：被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大的现象。
离模膨胀比定义为充分松弛的挤出物直径d 与口模直径D之比。
原因：a、取向效应b、弹性变形效应c、正应力效应影响因素：1)长径比一定，B随剪切速率增加而增大。
在熔体破裂临界剪切速率之前有最大值Bmax，而后下降；2)低于τc之下，B随τ增加而增大。
高于τc 时，B值则下降；3)在低于临界ɤc的一定的剪切速率下，B随温度升高而降低；4)剪切速率恒定，B随长径比L/D的增大而降低。
L/D超过某一数值时，B为常数。
5)离模膨胀比随熔体在口模内停留时间呈指数关系地减少。
6)离模膨胀比随聚合物的品种和结构不同而异。
线性、柔性聚合物位阻低，松弛时间短，B值小；粘度大，分子量高，分布窄，非牛顿性强，松弛缓慢，B值大。
5、为什么在一种设备上螺杆转速（n）不能过高？并且靠增加转速来提高生产率也是有限度的？答：随着转速的增加，物料所受到的剪切作用加大，即剪切速率增大，因为大多数聚合物都是假塑性流体，因此，随γ↑，η↓，则漏流↑，逆流↑，所以，当转速高到一定程度时，漏流和逆流对产量的影响就不能忽略了。
在实际生产中，也不能靠提高螺杆的转速无限制的增加生产能力，随n不断提高，剪切速率达到一定范围后，就会出现熔体破裂现象。
高分子材料加工原理 第3章 混合
2
V H
1 2
增加时，2 下降
黏度比大，变形速率小，混合质量下降
共混体系各组分选择时的黏度相近原则
高黏度的少组分混合到低黏度的多组分中——比较困难 低黏度的少组分混合到高黏度的多组分中——相对容易
二、分散混合
定义：将呈现出屈服点的物料混合在一起时,要将它们分散， 应使结块和液滴破裂，这种混合称为分散混合。
一、添加剂的属性 1. 添加剂的形态
指添加剂颗粒的形状。 添加剂的不同形态，具有不同程度的混合与改性效果。 例:添加剂颗粒纤维状对增强改性有利。
2. 添加剂的粒度 指其颗粒的具体尺寸。 添加剂的粒度大小不同，对混合物体系的改性效果大不
相同。
例 1: 对 于 冲 击 改 性 ， 作 为 分 散 相 橡 胶 平 均 粒 子 为
各组分流变性不均匀，即少组分的黏度与多组分的黏度有差异。
流变性不均匀流体在平行平板混和器中的混合
11 22 13
2
V H
1
1
2
1
少组分的剪切速率是黏度比和少组分占据的间隔分数 的函数。
<<1 2
当 1
(一) 统计学上的混合指标
(1)平均粒径 (2)总体均匀度 (3)分离尺度 (4)分离强度
(二) 视觉检测法(对比样本法)
ASTM推荐的方法，是定性的视觉法。
将观察到的试样切口情况与一组标准照片比较，评定炭 黑分散等级，其结果可用数值来表示。 将炭黑的分散情况与5张标准照片相比较，然后评定等 级。 共有5个视觉等级。等级为5时表示这样的分散状态使某些重
高分子材料成型加工基础复习提纲 高分子材料成型加工基础复习
高分子材料成型加工基础复习提纲绪论及第一章:混合与混炼1、聚合物加工：高聚物的成型加工，通常是在一定的温度下使弹性固体、固体粉状或粒状、糊状或溶液状态的高分子化合物变性或熔融，经过模具或口型流道的压塑，形成所需的形状，在形状形成的过程中有的材料会发生化学变化（如交联，最终得到能保持所取得形状的制品的工艺过程。
P52、聚合物的加工工艺过程一般可以分为混炼、成型、后加工等三大部分。
P53、混合混炼的目的：为获得综合性能优异的聚合物材料，除继续研制合成新型聚合物外，通过混合、混炼方法对聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径。
P74、共混的方法：a 机械共混法 b 液体共混法 c 共聚—共混法 d 互穿网络聚合物IPN 制备技术P75、共聚物的均匀性是指被分散的物在共混体中浓度分布的均一性，或者说分散相浓度分布的变化大小。
6、共聚物的分散程度是指被分散的物质（如橡胶中掺混部分塑料）破碎程度如何，或者说分散相在共混体中的破碎程度。
P117、常见的共混体系有：a固体 / 固体混合、b液体 / 液体混合、c固体 / 液体混合。
P208、混炼三要素及其作用：a压缩；物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度增加，这样剪切时，剪切力作用大，可提高剪切效率，同时当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压缩引起的流动剪切 b剪切剪切的作用是把高粘度分散相的粒子或凝聚体分散于其它的分散介质中 c分配置换分布由置换来完成。
P229、混合与混炼设备根据操作方式分为间歇式和连续式两大类。
P2510、常见初混合设备概念及类型：初混合设备是指物料在非熔融状态下（粉料、粒料、液体添加剂）进行混合所用的设备。
常用的典型初混合设备有 a 转鼓式混合机 b 螺带混合机 c Z 型捏合机 d 高速混合机p25-2811、混炼和塑化的概念及它们的区别：将各种配合剂混入并均匀分散在橡胶中的过程叫混炼；将各种配合剂混入并均匀分散在塑料熔体中的过程叫塑化。
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一、高分子材料混合与混炼的过程
塑炼机理
低温塑炼：力、氧的作用
橡胶大分子
过氧化氢物
进一步分裂成较小分子
起主要作用的是机械力，氧起到封端作用。
高温塑炼：力作用相对小（起活化作用），
主要是氧引发断链，通过链引发、链增长， 生成橡胶过氧化氢物，分解成较小的大分 子链，链终止。
b. 密炼机的操作 以上，软硬制品，塑料与橡胶共混。
温度、时间 c. 连续式混炼：单螺杆、双螺杆，
设备的结构对混炼效果很重要。 温度控制: 便于流动，混合，过高造成物料分解。
温度控制：便于流动、混合、 温度过高造成物
料分解
功
率Hale Waihona Puke 塑化料散料T＞（塑化）
T
＜T ＜
本章总结
混合与混炼是高分子材料加工过程中的一 个重要环节。
一次塑炼 分段混炼
生胶 配合剂
a. 一次混炼
密炼
冷却至100℃以下
开炼（压片）
开炼机混炼
硫磺 超速促进剂
混炼胶
b.分段混炼（生热量大，填充量大）
生胶 配合剂 填充剂
密炼
母胶
密炼
开炼（压片）
硫磺 超速促进剂
低速密炼
开炼（压片）
密炼工艺条件
填充系数：0.48～0.75 转速：20，40，60，80 高速时需要冷却 时间：10～12，4～5，1～1.5 温度：初始50～60℃，最高低于160℃（温
补强剂 填充剂
液体 软化剂
硫磺 超速 促进剂
影响因素
温度：T
辊隙：e 塑炼效果 e：0.3～0.5
装胶容量：Φ16英寸 16～22
工厂中： Φ22英寸 45～62
密炼工艺
密炼 生胶 塑解剂
开炼
开炼
高温塑炼
塑炼胶
密炼机操作：140℃～160℃，上顶栓压力0.5～0.8， 装胶容量，填充系数0.48～0.60，1～2
什么情况需混合，混炼？哪些料可以共混？ 共混的原则和机理 混合、混炼设备的工作原理 橡胶混合与混炼原理和工艺 塑料混合与混炼原理和工艺
从分子量分布了解两种混炼方式的分子量变化 低温塑炼
橡胶分子受力而断裂， 断裂部位：大分子中央。 相对分子质量越大， 塑炼中越先被切断， 低相对分子质量级分变化小 中等相对分子质量级分增加 ——塑炼后相对分子质量 分布变窄。
从分子量分布了解两种混炼方式的分子量变化 高温塑炼
氧化对相对分子
质 量 分
1、橡胶
（1）准备工序：烘胶、切胶、破胶
（2）开炼工艺：
塑炼（低温塑炼40℃～50℃）
一次塑炼：塑炼时间长，塑炼效果
差
分段塑炼：生产效率高，可塑度高
薄通塑炼：可塑度高且均匀
混炼温度与炼胶状态
二、混合与混炼工艺
混炼 T＝50℃～60℃
包胶
吃粉
捣胶
加料顺序：
出片
塑炼胶 再生胶 母胶
促进剂 活性剂 防老剂
高温塑 炼后
数
质量大小同样起 断链作用，所以
％
高温塑
相对分子质量分
炼前
布曲线整体向相
对分子质量降低
相对分子质量 方向移动。
影响因素
机械力作用：力作用越强塑炼效果越好。 温度的作用： 低温区：力作用为主，温度越高，分子
易滑动，不易断链。T↑，η ↑ 高温区：温度越高，氧化断链作用为主，
粘度降低，塑炼效果提高。 T↑，η ↓
第三节:高分子材料的混合与混炼工艺
一、高分子材料混合与混炼的过程
1.橡胶的塑炼与混炼
橡胶：弹性、强韧性 可塑性（易流动） 生胶——未硫化的橡胶 例： 分子量100万左右
加工过程需降低分子量
（1）橡胶的塑炼（素炼） 定义：通过热、氧、机械力或某些化学试剂 作用使生胶韧性、弹性下降，柔软度、可 塑性上升。
度太高，料太软，不利分散）排料120℃～ 130℃
密炼过程的有关参数变化
V
混入
N
T
V
出料
t
密炼过程的有关参数变化
2. 塑料（化纤原料）的混合与混炼 （1）混合、预处理、初混合加料顺序。 （2）混炼（塑化、混合）
a. 开炼机的操作 以上，顺序加料 混炼 出片 破碎或给下道工序供料
操作控制：温度、辊间距、混炼时间、打三角包
（1）初混合：常温、玻璃态、晶态、硬粒料、 粉料，不发生状态的变化，只发生位置变 化。
（2）混合（塑化、分散）：树脂与助剂、填 料经塑化，制成均匀的混合料、防止热、 氧、力的作用下的降解。
举例：色母粒生产工艺
颜料 树脂 分散剂 其他助剂
初混合 熔融混合 成粒 冷却 干燥 色母粒成品
二、混合与混炼工艺
氧的作用 、化学降解剂的作用
影响因素
氧的作用：高温塑炼时，翻动生胶，增加橡 胶与氧的接触，温度越高，橡胶大分子的运 动和氧越活泼，氧化引发的断链加剧。
化学塑解剂（硫醇类）
与氧有同样的断链作用
—— 生胶塑炼时加入，提高可塑性。
橡胶的混炼
多种生胶混炼
生胶+配合剂
混入（润湿）
分散
均化
2. 塑料（化纤）的混合与塑化