chapter1 2概况及共混设备new
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塑料混合混炼设备的种类与性能特点
塑料混合混炼设备的种类与性能特点耿孝正（北京化工大学，北京100029）塑料改性（物理改性――共混，填充，增强改性，化学改性）中一个重要而不可或缺的步骤就是混合混炼。
除了参与改性的各组份选择外，混合混炼工艺路线的确定及混合混炼设备的选择就是一个重要的问题。
本文主要介绍各种混合混炼设备的特点及其选择。
为讲清这个问题，也有必要对塑料改性中的混合混炼做一简单的介绍一、塑料改性中的混合将两种或两种以上的聚合物熔混在一起，或将非聚合物的添加剂与聚合物熔混在一起，形成一种新的，具有与参与混合的各组分性能不同的，且具有所希望的新的性能的混合物的方法，叫聚合物改性。
聚合物改性有物理改性，化学改性，物理改性过程中一般没有化学反应，而化学改性过程中有化学反应。
物理改性又分共混改性，填充改性，增强改性。
共混改性是指将两种或两种以上的聚合物熔混在一起；填充改性是把非聚合物（各种填料）与聚合物熔混在一起；增强改性是把长径比大的填料加入聚合物熔混在一起。
所有这些改性都要经历混合过程，可以说，混合是聚合物改性中最重要的一个环节，没有混合也就没有聚合物改性。
更广义地讲，聚合物加工中，没有一种过程不存在混合。
什么是混合？混合是一种操作，是一个过程，是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作过程。
或者说，混合是这样一种过程：在整个被混合系统的全部体积内，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。
按照混合理论，聚合物改性中的混合可分为非分散混合，分散混合。
也可以按物料的状态分为固/固混合；固/液混合；液/液混合。
前一种分类是本质的，本文不讨论固/固混合。
1．非分散混合非分散混合（non-dispersive mixing），也叫分布性混合（distributive，mixing）。
其特点是：混合过程中各组分粒子只有相互空间位置的变化，而无粒径大小的变化。
非分散混合过程的关键变量是应变和应变施加的方向。
对于层流混合的简单剪切流场，混合进行的好坏，可以用条纹厚度（间隔）表示，也可以用各组分之间的界面的大小（增长）来度量。
聚合物共混改性
可以实现分子级别的混合，且乳液稳定性 好，易于储存和运输。
缺点
应用范围
破乳过程可能产生大量废水，对环境造成 污染。
适用于含有亲水性基团的聚合物之间的共混 。
其他共混方法
熔融插层法
利用插层剂将两种或多种聚合物在熔融状态下插入到彼此的分子链之间，形成共 混物。这种方法可以实现分子级别的混合，但需要选择合适的插层剂和反应条件 。
弯曲强度
衡量材料在弯曲过程中所 能承受的应力，反映聚合 物的刚性和抗弯曲能力。
冲击强度
衡量材料在冲击载荷下的 抵抗能力，反映聚合物的 韧性和抗冲击性。
热学性能表征
热稳定性
01
衡量聚合物在高温下的稳定性，通过热失重分析（TGA）等方
法进行评估。
玻璃化转变温度（Tg）
02
反映聚合物的热性质和相变行为，影响聚合物的使用温度和范
界面作用原理
界面张力
聚合物共混体系中，不同组分间的界 面张力影响共混效果，界面张力越小 ，共混效果越好。
界面增容
通过添加增容剂、采用特殊加工技术 等手段，增强聚合物共混体系的界面 相容性和稳定性。
界面相互作用
聚合物共混体系中，组分间可能产生 化学键合、物理缠结等相互作用，增 强界面结合力，提高共混效果。
分类
根据混合方式和相容性的不同，聚合物共混改性可 分为机械共混、溶液共混、乳液共混和熔融共混等 。
发展历程及现状
发展历程
聚合物共混改性的研究始于20世纪50年代，随着高分子科学 的发展，其理论和应用不断得到完善。目前，聚合物共混改 性已成为高分子材料科学领域的一个重要研究方向。
现状
随着科技的进步和需求的增长，聚合物共混改性的研究不断 深入，新型共混材料和改性技术不断涌现。同时，聚合物共 混改性的应用领域也在不断扩展，涉及到汽车、电子、医疗 、建筑等多个领域。
粉体工程与设备Chapter2
• 颗粒的体积：a3 • 颗粒的表面积：
S=6a2 • 等体积球的直径：
• 等体积球的表面积：
6
dv 3 a
S球
3
6
a 2
6 23 a 2
• 所以
S球 0.805
S
注意！
（1）球形度表示颗粒与球形颗粒接 近的程度，即φc值越接近1，则颗粒 形状越接近球形；
（2）除球形颗粒外，任何形状的颗 粒的φc值都小于1。
c
(6v / )2/ 3 d 2 s d 2
4.836
2 v
/
3
s
一些规则形状体的球形度：
球体 圆柱体（d=h）
立方体 正四面体 圆柱(d：h=1：10) 圆板(d：h=10：1)
w =1 w =0.877 w =0.806 w =0.671 w =0.580 w =0.472
球形度计算举例（以棱长为a的立方体颗粒为例）：
三轴径的平均值计算公式
序 号
计 算式
名称
意义
1
l b 2
二轴平均径
显微镜下出现的颗粒基本大 小的投影
2
l bh 3
三轴平均径 算术平均
3
3 1 1 1 lbh
三轴调和平 均径
与颗粒外接长方体比表面积 相等的球的直径或立方体的 一边长
4
lb
二轴几何平 均径
接近于颗粒投影面积的度量
5
3 lbh
三轴几何平 均径
粉体工程与设备
第2章 粉体粒度分析及测量
PARTICLE SIZE ANALYSIS AND MEASUREMENT OF
POWDER
材料的机械、物理和化学性质描述了组 成材料的物质组态的基本特性，当物质被 “分割”成为粉体之后，上述三类性质则 不能全面描述材料的性质，必须对粉体材 料的组成单元——颗粒，进行详细描述。 颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物 性特性表征量。
第四章聚合物的共混改性
三.聚合物共混改性的主要方法
机械共混法 物理共混法 共混改性方法 化学共混法 IPN法 IPN法 溶液共混法 法
（1）机械共混法：将不同种类的聚合物通过混合或混炼设 机械共混法： 备进行机械混合制备聚合物共混物。 备进行机械混合制备聚合物共混物。 干粉共混和熔融共混
聚合物共混物的研究呈现出在共混过程中对材料的相 态进行控制的趋势，因为决定新材料性能的关键因素 态进行控制的趋势， 是共混物中的形态结构。 是共混物中的形态结构。 聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方 面的因素决定。 面的因素决定。 作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容 性是关键因素。 性是关键因素。 相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问 相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问 题，不同聚合物相容性的热力学原因是聚合物物理学 者探索的目标之一。 者探索的目标之一。
2.化学共混法 2.化学共混法 （1）共聚-共混法 共聚（2）IPN法：IPN是指两种或两种以上高分子链相互贯穿，相互 IPN法 IPN是指两种或两种以上高分子链相互贯穿， 是指两种或两种以上高分子链相互贯穿 缠结的混合体系。 缠结的混合体系。
特点：具有两个或多个交联网络形成微相分离结构， 特点：具有两个或多个交联网络形成微相分离结构，交联结构 可以是化学交联，也可以是物理交联， 可以是化学交联，也可以是物理交联，至少有一种聚合物是在 另一种聚合物存在下合成或交联的。 另一种聚合物存在下合成或交联的。
等粘度原则，这是一条流变学原则。 等粘度原则，这是一条流变学原则。指两相高分子熔体或溶 液粘度接近，易混合均匀混合。若粘度相差较大、易发生“ 液粘度接近，易混合均匀混合。若粘度相差较大、易发生“软 包硬” 或粒子迁移等流动分级现象，影响共混质量。 包硬”，或粒子迁移等流动分级现象，影响共混质量。 溶解度参数相近原则。这是一条热力学原则。 溶解度参数相近原则。这是一条热力学原则。两相高分子共 混不同于高分子溶液。两相共混的目的是取长补短， 混不同于高分子溶液。两相共混的目的是取长补短，升发新性 能，因此并不要求两相一定达到分子级的均匀混合，而希望各 因此并不要求两相一定达到分子级的均匀混合， 相保持各自的特性，一般要求达到微米级的多相结构即可，即 相保持各自的特性，一般要求达到微米级的多相结构即可， 所谓“宏观均相，微观非均相”的分相而又不分离的状态。 所谓“宏观均相，微观非均相”的分相而又不分离的状态。但 是，为了混合的稳定性，为了提高力学性能，要求两相颗粒界 为了混合的稳定性，为了提高力学性能， 面之间有一定的微小混溶层。溶解度参数相近有助于稳定混溶 面之间有一定的微小混溶层。 层的形成。 层的形成。
第四章聚合物的共混改性
二、共混物的形态结构
1. 均相结构 2. 非晶聚合物构成的多相共混物体系的形态结构 按相的连续性，形态结构有三种基本类型（以双 组分共混物为例）：单相连续结构、两相互锁或交错 结构和相互贯穿的两相连续结构。 单相连续的形态结构又因分散相相畴的形状、大 小以及与连续相结合情况的不同而表现为多种形式。 ①分散相形状不规则 ②分散相较规则 ③分散相为胞状结构或香肠状结构 ④分散相为片状结构
第4节 聚合物共混增溶剂
一、增溶剂的分类
与偶联剂的功能相似，增溶剂可增加共混体系的 均匀性，减少相分离，改善聚合物的共混物的综合性 能，尤其是力学性能。
二、增溶剂的增溶作用原理
增容剂的增溶作用： 使聚合物之间易于相互分散以得到宏观上均匀的共 混产物； 改善聚合物之间相界面的性能，增加相间的粘接 力，从而使共混物具有长期稳定的优良性能。
③具有相互化学反应基因的硫化
④可聚合单体或初聚体与共混聚合物在引发剂 作用下的接枝聚合交联
3. 共硫化结构的测定方法 （1）动态力学谱法 原理：如果共混体系中两相之间不发生相互交 联，其动力学谱，如tanδ值保持共混各组分原先各自 特点，即其两个峰值不发生变化；如果共混物两相 间产生共硫化时，则上述谱图将为一个新的力学特 性谱所代替，出现一个介于两个单相橡胶之间的tanδ 。 （2）差示溶胀法 原理：利用G•Kraus关于填充硫化胶溶胀的理论 （称G•Kraus方程）
2. 橡胶共混物的同步硫化与共硫化 （1）同步硫化 通过调整和控制交联剂均匀分布使共混胶两相获 得相同或相近的硫化速度与程度。 方法：①使用溶解度相近的硫化剂
②采用两种聚合物都不溶解的硫化剂
③聚合物改性接枝
④采用复合硫化体系
⑤采用适当混炼方法
塑料加工设备 课件 第五章 双螺杆挤出机-第一节、第二节、第三节 概述、螺杆元件、螺杆组合及机筒设计
概述
双螺杆挤出机特点
与普通单螺杆挤出机相比双螺杆挤出机有如下优点： ① 加料容易 具有强制加料的性能，加料容易、输送效率高。这是由于双螺杆挤出 机是靠正位移原理输送物料，没有压力回流。可适于具有很高或很低黏度，以及与 金属表面之间有很宽范围摩擦系数的物料，如带状料、糊状料、粉料及玻璃纤维等 的挤出。特别适用于加工聚氯乙烯粉料，可由粉状聚氯乙烯直接挤出产品。 ② 物料停留时间短 适于那些停留时间较长就会固化或凝聚的物料的着色和混料， 例如热固性粉末涂层材料的挤出。 ③ 排气性能优异 这是由于双螺杆挤出机啮合部分能对物料进行有效混合，不断更 新的物料界面可使物料中存在的气体在排气段充分排出。
概述
啮合型同向旋转平行双螺杆挤出机
图5-7 啮合同向平行双螺杆
如图5-7所示为啮合型同向旋转平行双 螺杆，从理论上讲它可以设计成啮合区 横向封闭，但纵向不能完全封闭，必须 有一定程度的开放，否则两根螺杆装不 到一起。即螺槽宽度大于螺棱宽度，这 样在螺杆中就形成一条从加料口直至机 头的通道。通道大小由使用目的而定， 纵向开放得越大，正位移输送能力丧失 得越多。
概述
双螺杆挤出机工作原理
双螺杆挤出机的工作原理同样包括物料的输送与压缩、熔融 塑化、排气、混合和均化等内容。如前所述、物料在熔融塑 化前必须压实，以利于排气、传热、加速熔融塑化及得密实 的制品。物料在双螺杆挤出机上的压实主要通过双螺杆压缩 比、在螺杆上设置反向螺棱元件、反向捏合块等方法实现。 物料的熔融塑化机理和单螺杆相似、热量来源于外部的加热 与内部摩擦的剪切热两个方面，但两者所占的分量有所不同， 这里介绍几种以物料输送机理为主的双螺杆挤出机工作原理。
概述
啮合型异向旋转平行双螺杆挤出机
对于封闭型(即共轭)的啮合区，如图5-5所示，连续的螺槽被相互分隔 为封闭的“C”形室，随着螺杆的旋转，各“C”形室物料沿着螺杆轴 线向机头方向移动，螺杆每旋转一周，物料在“C”形室中推进一个导 程。物料的轴向移动与其自身的流变特性无关，即物料的摩擦性质和黏 度对输送特性没有影响，这种输送称为强制输送，亦称正位移输送。由 于封闭，正位移输送过程中没有漏流和压力流，因而具有最大的输送能 力，但是，各封闭的“C”形室中的物料因没有通道进行交换和混合， 所以混合性能较差。另外，由于“C”形室间互不相通，压力将随各螺 槽中物料的多少而增加或减少，使机头出口处容易出现压力和产量的波 动。
共混物的制备方法与设备.共50页PPT
共混物的制备方法与设备.
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 பைடு நூலகம்到底 ，决不 回头。 ——左
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 பைடு நூலகம்到底 ，决不 回头。 ——左
第三章 物料混合
工作原理：
固体输送、熔融、熔体输送、混合等
单螺杆挤出机具有一定的混合能力，但剪
切力较小，分散强度较弱，同时分布能力
也有限，因而不能有效地完成要求较高的
混合任务。
为了改进混合性能，在螺杆和机筒结构
上进行改进，如①在螺杆上加上混合元件和
剪切元件，形成各种屏障型螺杆、分离型螺
杆、销钉型螺杆及各种专门结构的混炼螺杆。
②在机筒上采用了增强混合性能的结构，如
机筒销钉结构等。③在螺杆和机头之间设置
静态混合器，以增强分布混合。采用这些措
施，单螺杆挤出机已广泛用于共混改性、填 充改性及反应加工等方面。
(2)双螺杆挤出机
是极为有效的混合设备。见图
适用：①粉状PVC料的熔融混合；
②填充改性、纤维增强改性、共混
改性；
③配料造粒等 ④反应性挤出等。
(3)行星螺杆挤出机 适于：加工聚氯乙烯， 作为压延机的供
料装置，其具有混炼和塑化双重作用。
结构：两根结构不同、作用各异、串联
在一起的螺杆，见图5-14。
①常规螺杆：起供料作用;
②行星螺杆：起混炼、塑化作用;末端
呈齿轮状。
③螺杆套筒上有特殊螺旋齿。
④ 在螺杆和套筒的齿间嵌入12只带有 螺旋齿的行星式齿柱。 工作原理：当螺杆转动时， 既能自转， 又能围绕螺杆转动。当物料通过啮合的齿 侧间隙时，形成 0· 2～0· 4mm的薄层，其表 面不断更新，这非常有利于塑化熔融。
(4)密炼机（密闭式塑炼机）
是在开炼机基础上发展起来的一种高强度间
歇混合设备。最早用于橡胶的混炼与塑炼，继而
在塑料混合中得到应用，是目前高分子材料加工 中典型的混合设备之一。 特点： ①混炼室密闭，混合过程中物料不会外泄， 改善劳动强度； ②避免添加剂的氧化与挥发； ③较易加入液态添加剂。
chapter1-1概述
第一节 概 述
第一节 概 述
第一节 概 述
第一节 概 述
图1-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0
第一节 概 述
第一节 概 述
图1-2 准同期条件分析 (a)=0；(b) ≠0
第一节 概 述
第一节 概 述
2.频率不相等对待并发电机组暂态过程的影响 图1-4为待并发电机组进入同步运行的暂态过程示意图。
图1-4 并列的同步过程分析
第一节 概 述
第一述
（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值一般不超过１～２倍的额定电流。 （2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。 方法两种: 准同期并列（一般采用）、自同期并列。
第一节 概 述
图1-1准同期并列 (a)电路示意；(b)相量图；(c)等值电路
热工设备 1章
见教材的表1.1。
姜洪舟
1.1.2
热工过程的特点
应该记住：热工设备是为材料 热制备过程服务的，因此无机非金
属材料热制备热工过程的特点之一
是：热工设备必须在设备结构和热
工制度上满足产品热制备工艺过程
的要求。
姜洪舟
于是，这样就有了两种类型的热工设备： 间歇式（同一空间，不同时间域来满足 不同阶段的工艺要求）； 连续式（同一时间，不同区域来满足不 同阶段的工艺要求）。连续式热工设备的废 气余热可以被所利用。 半连续式介于二者之间。
燃烧设备
（1）固体燃料的燃烧设备 ——重点介绍： 多通道喷煤管，参见教材上第2.6； （2）液体燃料的燃烧设备——重点介绍： 燃油的雾化烧嘴，参见教材上第3.9；
（3）气体燃料的燃烧设备——重点介绍：
高速调温烧嘴、脉冲烧嘴，参见教材上 第4.5。
姜洪舟
1.1.6 热工设备的自动控制
为了能够生产优质、高效、低消耗且 品质稳定、合格率高的产品，除了要有先 进且成熟的工艺，高效且可靠的热工设备 之外，还应有现代化的自动控制技术，使 热工设备能够严格地按照工艺所规定的热
窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须 掌握有关热工设备的规律，以达到正确设计、
合理操作和制备稳定的优质产品之目的。这也
符合我国古人所阐述的： 工欲善其事，
必先利其器
这一哲理。
姜洪舟
1.1 无机非金属材料热工设备 的内涵与共性
各种类型无机非金属材料热工设备的内涵与 共性包括：
姜洪舟
烧制过程的工艺过程特点与热工过程特点；
热平衡计算； 筑炉材料与窑炉的砌筑、窑炉的烘烤； 燃烧设备以及热工设备的自动控制等。
1.1.1