第五章混合.pdf

混 合 与 混 炼混 合 与 混 炼第五章第五章高 分 子 材 料高 分 子 材 料混炼的目的混炼的目的以高分子化合物为主体，加上其它添加剂，组成多相复合体系。对绝大部分高分子材料而言，都不是单独使用高分子化合物。加入其它物料的目的：以高分子化合物为主体，加上其它添加剂，组成多相复合体系。对绝大部分高分子材料而言，都不是单独使用高分子化合物。加入其它物料的目的：1、改善高分子材料制品的使用性能、改善高分子材料制品的使用性能2、改善成型工艺性能、改善成型工艺性能3、降低成本、降低成本高分子材料成型加工前的准备工艺高分子材料成型加工前的准备工艺由于高分子材料由多种组分组成，因此在成型前必须要将各种组分相互混合，制成合适形态的物料再进行成型加工，这一过程就称为混合，又称为配料，实际上是成型加工前的准备工艺。由于高分子材料由多种组分组成，因此在成型前必须要将各种组分相互混合，制成合适形态的物料再进行成型加工，这一过程就称为混合，又称为配料，实际上是成型加工前的准备工艺。为何需要在成型前进行准备？为何需要在成型前进行准备？1、不同的成型工艺，要求对原料的形态有不同的要求塑料制品：粒状、粉状、片状、液状、糊状、不同的成型工艺，要求对原料的形态有不同的要求塑料制品：粒状、粉状、片状、液状、糊状橡胶制品：混炼胶、片状胶条橡胶制品：混炼胶、片状胶条2、各种配合剂需要进行预处理、各种配合剂需要进行预处理3、聚合物原料在运输、贮存中会造成性质变劣或混入杂质，需要在成型前进行预处理、聚合物原料在运输、贮存中会造成性质变劣或混入杂质，需要在成型前进行预处理4、聚合物与不同的配合剂需要在成型前进行有效地、聚合物与不同的配合剂需要在成型前进行有效地混合混合5、成型加工的物料必须是经过准确计量、成型加工的物料必须是经过准确计量 混炼的方法混炼的方法A、机械共混法：B、溶液共混法：C、共聚-共混法：D、互穿网络聚合物（HIPS）制备技术第一节 混合与分散理论第一节 混合与分散理论一、混合机理一、混合机理混合的定义：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，是在整个系统的全部体积内各组分在其基本单元没有发生本质变化的情况下的细化和分布过程。混合的定义：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，是在整个系统的全部体积内各组分在其基本单元没有发生本质变化的情况下的细化和分布过程。分子扩散分子扩散由浓度梯度驱使自发地发生的一种过程，各组分的微粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域，从而达到各处组分的均化。不同物态的物料，其分子扩散的程度不同。聚合物的混合是高粘度熔体间的混合，不是靠分子扩散实现。但低分子组分在聚合物熔体中的混合，可通过分子扩散实现。由浓度梯度驱使自发地发生的一种过程，各组分的微粒由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域，从而达到各处组分的均化。不同物态的物料，其分子扩散的程度不同。聚合物的混合是高粘度熔体间的混合，不是靠分子扩散实现。但低分子组分在聚合物熔体中的混合，可通过分子扩散实现。混合物料的状态与分子扩散程度的关系混合物料的状态与分子扩散程度的关系混合物料的状态混合物料的状态分子扩散的程度分子扩散的程度气体与气体间的混合较快地、自发地进行低粘度液体与低粘度液体间的混合也能较显著地进行低粘度液体与固体间的混合高粘度液体与高粘度液体间的混合不显著，较困难进行高粘度液体与固体间的混合固体与固体间的混合极慢，很难进行气体与气体间的混合较快地、自发地进行低粘度液体与低粘度液体间的混合也能较显著地进行低粘度液体与固体间的混合高粘度液体与高粘度液体间的混合不显著，较困难进行高粘度液体与固体间的混合固体与固体间的混合极慢，很难进行涡流扩散涡流扩散（紊流扩散）紊流扩散的必要前提是体系粘度很低，或物料运动的速度很高，达到紊流的程度。由于高分子熔体或浓溶液粘度很高，要达到紊流，必须有很高的流速。聚合物熔体的流速很高时，剪切速率一定也很高，会造成聚合物降解，成型加工中不允许。因此，聚合物加工中通常很少发生涡流扩散。紊流扩散的必要前提是体系粘度很低，或物料运动的速度很高，达到紊流的程度。由于高分子熔体或浓溶液粘度很高，要达到紊流，必须有很高的流速。聚合物熔体的流速很高时，剪切速率一定也很高，会造成聚合物降解，成型加工中不允许。因此，聚合物加工中通常很少发生涡流扩散。体积扩散（体积扩散（对流扩散）流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一个空间位置的运动，两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动，以期达到各组分的均匀分布。在聚合物加工中，体积扩散占支配地位。体积对流混合（可发生在固体物料间，或液体物料间）体积扩散层流对流混合（主要发生在液体物料间）流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一个空间位置的运动，两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动，以期达到各组分的均匀分布。在聚合物加工中，体积扩散占支配地位。体积对流混合（可发生在固体物料间，或液体物料间）体积扩散层流对流混合（主要发生在液体物料间）混合的目的混合的目的混合的目的：混合的目的：使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料从一种物料按照可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到组成均匀的混合物。使原来两种或两种以上各自均匀分散的物料从一种物料按照可接受的概率分布到另一种物料中去，以便得到组成均匀的混合物。粘性流体的混合要素混合操作混炼三要素粘性流体的混合要素混合操作混炼三要素剪切：主要影响因素分流：混合位置交换：最终结果搅拌剪切：主要影响因素分流：混合位置交换：最终结果搅拌:流动顺畅混合：流动较易混炼：粘性（粘滞性）流动压缩：密度增大，提高剪切效果。剪切：产生永久变形。分配置换：最终实现流束的合并。流动顺畅混合：流动较易混炼：粘性（粘滞性）流动压缩：密度增大，提高剪切效果。剪切：产生永久变形。分配置换：最终实现流束的合并。混炼三要素混炼三要素三者的关系：三者的关系：“分布分布”由由“置换（置换（D）”来完成；来完成；“剪切（剪切（S）”为进行为进行“置换（置换（D）”起辅助作用；起辅助作用；“压缩（压缩（P）”则是提高物料的密度，为提高则是提高物料的密度，为提高“剪切（剪切（S）”速率起辅助作用。速率起辅助作用。在聚合物混合过程中，混合机理包括了如下作用：剪切：促使物料产生永久变形。分流、合并和置换：挤压（压缩）：压缩在聚合物混合过程中，混合机理包括了如下作用：剪切：促使物料产生永久变形。分流、合并和置换：挤压（压缩）：压缩-流动流动-剪切，提高效率。拉伸：减少料层厚度，增大界面，促进混合。聚集：微粒相互吸引，重新聚集。影响这些作用在同一个混合过程中的程度的因素：混合的最终目的、物料状态、温度、压力、速度等。剪切，提高效率。拉伸：减少料层厚度，增大界面，促进混合。聚集：微粒相互吸引，重新聚集。影响这些作用在同一个混合过程中的程度的因素：混合的最终目的、物料状态、温度、压力、速度等。（1）剪切）剪切粘性剪切剪切分割剪切磨碎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分散介质中。物料受剪切作用后，发生变形、拉长，但体积没有发生变化，于是截面变细，向倾斜方向伸长，表面积增大，渗进别的物料的可能性增加，因而达到混合均匀的目的。粘性剪切剪切分割剪切磨碎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分散介质中。物料受剪切作用后，发生变形、拉长，但体积没有发生变化，于是截面变细，向倾斜方向伸长，表面积增大，渗进别的物料的可能性增加，因而达到混合均匀的目的。高分子材料在挤出机内的混合过程主要是靠剪切作用来达到的，螺杆旋转时物料在螺槽和料筒间所收到的剪切作用，可以设想为在二个无限长的平行板之间进行。高分子材料在挤出机内的混合过程主要是靠剪切作用来达到的，螺杆旋转时物料在螺槽和料筒间所收到的剪切作用，可以设想为在二个无限长的平行板之间进行。提高剪切混合效果的因素：剪切速率（），混合效果；改变剪切方向，混合效果。提高剪切混合效果的因素：剪切速率（），混合效果；改变剪切方向，混合效果。（2）分流、合并和置换）分流、合并和置换利用器壁，对流动进行分流，即在流体的流道中设置突起状或隔板状的剪切片，进行分流。分流后：在流动下游再合并为原状态；在各分流束内引起循环流动后再合并；在各分流束进行相对位置交换利用器壁，对流动进行分流，即在流体的流道中设置突起状或隔板状的剪切片，进行分流。分流后：在流动下游再合并为原状态；在各分流束内引起循环流动后再合并；在各分流束进行相对位置交换(置换置换)后再合并；以上几种过程一起作用的情况。后再合并；以上几种过程一起作用的情况。（3）挤压（压缩）挤压（压缩）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。这是由于压缩使物料密度增大，剪切时剪应力作用大而引起的。这种由挤压（压缩）引起的流动在密炼机、开炼机和挤出机中都存在。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。这是由于压缩使物料密度增大，剪切时剪应力作用大而引起的。这种由挤压（压缩）引起的流动在密炼机、开炼机和挤出机中都存在。（4）拉伸）拉伸拉伸作用所起的混合效果，主要是拉伸引起的物料变形，减小料层厚度，增加界面。拉伸作用所起的混合效果，主要是拉伸引起的物料变形，减小料层厚度，增加界面。（5）聚集）聚集聚集是混合分散的逆过程，它指已破碎的分散相在热运动和微粒间相互作用下，重新聚集在一起的过程。显然，对混合而言，聚集是必须避免的。聚集是混合分散的逆过程，它指已破碎的分散相在热运动和微粒间相互作用下，重新聚集在一起的过程。显然，对混合而言，聚集是必须避免的。二、混合的分类二、混合的分类1、按混合形式分类按混合形式分类混合基本的过程分散非分散混合（简单混合）混合分散混合混合基本的过程分散非分散混合（简单混合）混合分散混合混合混合指将两种或两种以上组分相互分布在各自所占的空间中，即两种或多种组分所占的空间的最初分布情况发生变化。分散指将两种或两种以上组分相互分布在各自所占的空间中，即两种或多种组分所占的空间的最初分布情况发生变化。分散 指混合中一种或多种组分的物理特性发生一些内部的变化的过程，如颗粒尺寸变小，或溶于其他组分中等。指混合中一种或多种组分的物理特性发生一些内部的变化的过程，如颗粒尺寸变小，或溶于其他组分中等。（1）非分散混合）非分散混合在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程，称为非分散混合或简单混合。主要通过对流实现。固固；分布性混合在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程，称为非分散混合或简单混合。主要通过对流实现。固固；分布性混合。主要发生在固液；液液。非分散混合层状混合。主要发生在固液；液液。非分散混合层状混合。主要发生在液液。主要发生在液液。（2）分散混合）分散混合在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。分散混合的目的：是把少组分的固体颗粒和液滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中。这一过程中会出现少组分在变形粘性流体中破裂，这种过程是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成。在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。分散混合的目的：是把少组分的固体颗粒和液滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中。这一过程中会出现少组分在变形粘性流体中破裂，这种过程是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成。a-非分散混合b-分散混合分散混合过程所发生的物理、机械和化学作用分散混合过程所发生的物理、机械和化学作用 把较大的添加剂团聚体和聚合物团块破碎为适合于混合的较小的粒子；在剪切热和传导热的作用下，使聚合物熔融塑化，以降低聚合物的粘度；粉状或液状的较小的粒子组分克服聚合物的内聚能，渗入到聚合物内；把较大的添加剂团聚体和聚合物团块破碎为适合于混合的较小的粒子；在剪切热和传导热的作用下，使聚合物熔融塑化，以降低聚合物的粘度；粉状或液状的较小的粒子组分克服聚合物的内聚能，渗入到聚合物内；分散混合过程所发生的物理、机械和化学作用分散混合过程所发生的物理、机械和化学作用 使较小粒子组分分散，即在剪应力作用下，把添加剂聚集体或团聚体的尺寸减小到形成聚集体之前初始粒子的最小尺寸；固相最终粒子分布均化，使粒子发生位移，从而提高物料的熵或无规程度、随机性或均匀性；聚合物和活性填充剂之间产生力 使较小粒子组分分散，即在剪应力作用下，把添加剂聚集体或团聚体的尺寸减小到形成聚集体之前初始粒子的最小尺寸；固相最终粒子分布均化，使粒子发生位移，从而提高物料的熵或无规程度、随机性或均匀性；聚合物和活性填充剂之间产生力-化学作用，使填充物料形成强化结构。化学作用，使填充物料形成强化结构。2、按物料状态分类（、按物料状态分类（1）固体与固体混合）固体与固体混合主要是固体聚合物（粉状、粒状或片状）与其他固体组分（如粉状添加剂）的混合。这种混合一般在正式成型前进行，属无规分布性混合。主要是固体聚合物（粉状、粒状或片状）与其他固体组分（如粉状添加剂）的混合。这种混合一般在正式成型前进行，属无规分布性混合。（2）液体与液体混合）液体与液体混合有两种情况：低粘度体系和高粘度体系。低粘度体系：参与混合的液体是低粘度的单体、中间体或非聚合物添加剂，通常发生在单体或预聚体成型中，以及液体添加剂的预混合。高粘度体系：参与混合的是高粘度的聚合物熔体，如两种或多种聚合物的并用（共混）体系、聚合物与液体添加剂的熔融态混合等。有两种情况：低粘度体系和高粘度体系。低粘度体系：参与混合的液体是低粘度的单体、中间体或非聚合物添加剂，通常发生在单体或预聚体成型中，以及液体添加剂的预混合。高粘度体系：参与混合的是高粘度的聚合物熔体，如两种或多种聚合物的并用（共混）体系、聚合物与液体添加剂的熔融态混合等。（3）固体与液体混合）固体与液体混合两种形式：液态添加剂与固态聚合物的掺混，主要发生在准备工艺阶段，此时固态聚合物不会在混合中熔融。固态添加剂混到熔融态聚合物中，而固态添加剂不会在混合中熔融（其熔点高于熔融混合温度），如填充剂和补强剂在聚合物中的混合就属这种情况。聚合物加工中的主要混合形式：液液混合（共混）、液固混合（填充）两种形式：液态添加剂与固态聚合物的掺混，主要发生在准备工艺阶段，此时固态聚合物不会在混合中熔融。固态添加剂混到熔融态聚合物中，而固态添加剂不会在混合中熔融（其熔点高于熔融混合温度），如填充剂和补强剂在聚合物中的混合就属这种情况。聚合物加工中的主要混合形式：液液混合（共混）、液固混合（填充）三、混合状态的判定三、混合状态的判定1、混合状态的直接判定、混合状态的直接判定直接对聚合物取样、观察、分析和判定。NBR/PVC(70/30)混合状态的直接判定混合状态的直接判定液体物料：分析混合物不同部分的组成。若不同部分的组成与整个物料的平均一致，或相差很小，说明混合效果好；反之，则差。固体物料：要从物料的分散程度和混合物的均匀程度两方面考察。液体物料：分析混合物不同部分的组成。若不同部分的组成与整个物料的平均一致，或相差很小，说明混合效果好；反之，则差。固体物料：要从物料的分散程度和混合物的均匀程度两方面考察。混合物的均匀性及组份粒子尺寸是两个有着本质不同的衡量混合效果的指标。(a)、(b)粗分散的(c)、(d)细分散的(a)、(c)混合不好(b)、(d)混合较好（1）均匀程度）均匀程度指混合物中任何部位物料中，某一混入物所占的比率与理论或总体比率的差别。应从不同部位取样分析，计算统计平均结果。平均结果越接近理论或总体比率，混合的均匀程度越好。生产实际中，由于混合、捏和和剪切的操作时间均很短，给分析测定带来一定困难，较多的是凭实际操作经验和目测。指混合物中任何部位物料中，某一混入物所占的比率与理论或总体比率的差别。应从不同部位取样分析，计算统计平均结果。平均结果越接近理论或总体比率，混合的均匀程度越好。生产实际中，由于混合、捏和和剪切的操作时间均很短，给分析测定带来一定困难，较多的是凭实际操作经验和目测。（2）分散程度）分散程度指混合物中各物料彼此分散的程度。指混合物中各物料彼此分散的程度。(均匀性均匀性)即：混合体系中各个混入组分的粒子在混合后的破碎程度。测定的方法：一般采用测相邻同种物料之间的距离（即：混合体系中各个混入组分的粒子在混合后的破碎程度。测定的方法：一般采用测相邻同种物料之间的距离（r）。）。分散程度越好各物料的分散粒子越小分散粒子的体积（分散程度越好各物料的分散粒子越小分散粒子的体积（V）越小分散粒子的表面积（）越小分散粒子的表面积（S）越大而分散粒子的体积与表面积有如下关系：）越大而分散粒子的体积与表面积有如下关系：Vr=S/2因此，因此，r 越小，分散程度越好。越小，分散程度越好。2、混合状态的间接判定、混合状态的间接判定检测制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，间接地判断多组分体系的混合状态，这些性能往往与混合物的混合状态密切相关。检测制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，间接地判断多组分体系的混合状态，这些性能往往与混合物的混合状态密切相关。Tg表征并用（共混）聚合物混合状态的很好的指标。力学性能填充聚合物材料混合状态的间接表征因素。表征并用（共混）聚合物混合状态的很好的指标。力学性能填充聚合物材料混合状态的间接表征因素。第二节 混合设备第二节 混合设备一、混合设备的分类一、混合设备的分类间歇式分布式操作方式混合过程特征连续式分散式高强度混合物强度大小中强度低强度间歇式分布式操作方式混合过程特征连续式分散式高强度混合物强度大小中强度低强度1、间歇式和连续式、间歇式和连续式 间歇式混合设备：混合过程是不连续的。混合过程三个主要步骤：投料、混炼、卸料，周而复始。典型设备：捏合机、开炼机等。连续式混合设备：混合过程是连续的。典型设备：如单、双螺杆挤出机。间歇式混合设备：混合过程是不连续的。混合过程三个主要步骤：投料、混炼、卸料，周而复始。典型设备：捏合机、开炼机等。连续式混合设备：混合过程是连续的。典型设备：如单、双螺杆挤出机。2、分布式和分散式分布混合设备：具有使混合物中组分扩散、位置更换、形成各组分在混合物中浓度趋于均匀的能力，即具有分布混合的能力。分布混合作用：通过对物料的搅动、翻转、推拉作用使物料中各组分发生位置更换。对于熔体则可使其产生大的剪切应变和拉伸应变，增大组分的界面面积以及配位作用。代表性设备：有重力混合器、气动混合器及一般用于干混合的中、低强度混合器等。、分布式和分散式分布混合设备：具有使混合物中组分扩散、位置更换、形成各组分在混合物中浓度趋于均匀的能力，即具有分布混合的能力。分布混合作用：通过对物料的搅动、翻转、推拉作用使物料中各组分发生位置更换。对于熔体则可使其产生大的剪切应变和拉伸应变，增大组分的界面面积以及配位作用。代表性设备：有重力混合器、气动混合器及一般用于干混合的中、低强度混合器等。分散混合设备：主要具有使混合物中组分粒度减小，即具有分散混合的能力。分散混合作用：设备主要通过向物料施加剪切力、挤压力而达到分散目的。代表性设备：开炼机、密炼机等。分散混合设备：主要具有使混合物中组分粒度减小，即具有分散混合的能力。分散混合作用：设备主要通过向物料施加剪切力、挤压力而达到分散目的。代表性设备：开炼机、密炼机等。3高强度、中强度和低强度混合设备根据混合设备在混合过程中向混合物施加的速度、压力、剪切力及能量损耗的大小。习惯上，又常以物料所受的剪切力大小或剪切变形程度来决定混合强度的高低。高强度、中强度和低强度混合设备根据混合设备在混合过程中向混合物施加的速度、压力、剪切力及能量损耗的大小。习惯上，又常以物料所受的剪切力大小或剪切变形程度来决定混合强度的高低。二、间歇混合设备二、间歇混合设备 静式混合设备：重力混合器和气动混合器，是温和的低强度混合器，适用于大批量固态物料的分布混合。滚筒类混合设备：鼓式混合机、双锥混合机和 静式混合设备：重力混合器和气动混合器，是温和的低强度混合器，适用于大批量固态物料的分布混合。滚筒类混合设备：鼓式混合机、双锥混合机和V形混合机。是中、低强度的分布混合设备，适于初混。转子类混合设备：螺带混合机、锥筒螺杆混合机、犁状混合机、双行星混合机、形混合机。是中、低强度的分布混合设备，适于初混。转子类混合设备：螺带混合机、锥筒螺杆混合机、犁状混合机、双行星混合机、Z形捏合机、高速混合机等。是高强度混合设备。最主要设备是开炼机与密炼机，从结构角度来看，应属于转子类混合器。形捏合机、高速混合机等。是高强度混合设备。最主要设备是开炼机与密炼机，从结构角度来看，应属于转子类混合器。1、Z型捏合机是常用的物料初混装置。适用于固态物料（非润性）和固液物料（润性）。主要结构：有可加热和冷却夹套的鞍型底部的混合室和一对型捏合机是常用的物料初混装置。适用于固态物料（非润性）和固液物料（润性）。主要结构：有可加热和冷却夹套的鞍型底部的混合室和一对Z型搅拌器。捏合机的混合，一般需要较长时间，约半小时至数小时不等。型搅拌器。捏合机的混合，一般需要较长时间，约半小时至数小时不等。2、高速混合机、高速混合机3、开炼机、开炼机 一对安装在同一平面内的中空辊筒；辊筒中间可以通冷热水，或通蒸汽，以便冷却或加热；两辊筒的辊距可调；工作时两辊相向旋转；两辊筒转速略有差异，速比（一对安装在同一平面内的中空辊筒；辊筒中间可以通冷热水，或通蒸汽，以便冷却或加热；两辊筒的辊距可调；工作时两辊相向旋转；两辊筒转速略有差异，速比（1：1.15 1：1.27）；）；4、密炼机、密炼机 一个塑炼室，上部为加料口，下部为排料口，上下各有一顶栓，当上顶栓和下顶栓关闭后，即形成一密闭式塑炼室；塑炼室内有一对相向旋转的转子，转子横截面呈梨形，沿纵向为 一个塑炼室，上部为加料口，下部为排料口，上下各有一顶栓，当上顶栓和下顶栓关闭后，即形成一密闭式塑炼室；塑炼室内有一对相向旋转的转子，转子横截面呈梨形，沿纵向为Z形螺旋；塑炼室外壁有冷却（加热）夹套；转子转速略有不同，存在一定的速比；形螺旋；塑炼室外壁有冷却（加热）夹套；转子转速略有不同，存在一定的速比；三、连续混合设备三、连续混合设备1、单螺杆挤出机、单螺杆挤出机2、双螺杆挤出机、双螺杆挤出机3、行星螺杆挤出机、行星螺杆挤出机4、FCM连续混炼机连续混炼机第三节橡胶的塑炼与混炼第三节橡胶的塑炼与混炼橡胶准备工艺橡胶准备工艺 按照配方规定的比例，将生胶和配合剂混合均匀制成混炼胶。生胶烘胶、切胶塑炼（塑炼胶）按照配方规定的比例，将生胶和配合剂混合均匀制成混炼胶。生胶烘胶、切胶塑炼（塑炼胶）提纯、粉碎、干燥提纯、粉碎、干燥配合剂配料混炼（混炼胶）配合剂配料混炼（混炼胶）配制母料配制母料一、生胶的塑炼一、生胶的塑炼橡胶是强韧的高分子高弹态解决的办法橡胶是强韧的高分子高弹态解决的办法 塑炼成型加工需要柔软的塑性状态塑炼成型加工需要柔软的塑性状态1、塑炼的目的 降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。、塑炼的目的 降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。2、塑炼原理生胶塑炼的实质：橡胶分子断链，分子量降低。生胶塑炼的方法：机械塑炼、化学塑炼、物理塑炼。低温机械降解作用为主，氧起稳定游离基机械作用。塑炼高温自动氧化降解作用为主，机械作用强化橡胶与氧的接触。、塑炼原理生胶塑炼的实质：橡胶分子断链，分子量降低。生胶塑炼的方法：机械塑炼、化学塑炼、物理塑炼。低温机械降解作用为主，氧起稳定游离基机械作用。塑炼高温自动氧化降解作用为主，机械作用强化橡胶与氧的接触。（1）低温机械塑炼机理机械力作用）低温机械塑炼机理机械力作用对橡胶塑炼的直接结果，就是使橡胶分子断裂。造成橡胶分子断裂的主要作用力，就是塑炼中的剪切力。橡胶大分子断裂时有如下几种特征：对橡胶塑炼的直接结果，就是使橡胶分子断裂。造成橡胶分子断裂的主要作用力，就是塑炼中的剪切力。橡胶大分子断裂时有如下几种特征：1）主链断裂的可能性）主链断裂的可能性侧链侧链2）分子链中部断裂可能性）分子链中部断裂可能性两端两端3）弱键断裂的可能性）弱键断裂的可能性强键强键4）分子量大的橡胶分子断裂的可能性）分子量大的橡胶分子断裂的可能性分子量小的结果：分子量分布变窄。分子量小的结果：分子量分布变窄。氧化作用氧化作用1）机械力作用 橡胶分子断裂 生成链自由基）机械力作用 橡胶分子断裂 生成链自由基2）橡胶链自由基与空气中的氧作用 发生氧化反应 使断裂后的分子丧失再聚合成大分子的可能）橡胶链自由基与空气中的氧作用 发生氧化反应 使断裂后的分子丧失再聚合成大分子的可能3）氧化后生成的过氧化物、环氧化物不稳定 容易发生分子重排 分子进一步断裂 分子量进一步减小）氧化后生成的过氧化物、环氧化物不稳定 容易发生分子重排 分子进一步断裂 分子量进一步减小4）过氧化后的自由基活性很大 引发其它橡胶分子为自由基 一起参与到断裂的过程）过氧化后的自由基活性很大 引发其它橡胶分子为自由基 一起参与到断裂的过程机械力作用和氧化作用是同时存在的。机械力作用和氧化作用是同时存在的。（2）高温塑炼机理温度提高，橡胶分子和氧均活泼，可直接进行氧化反应，使橡胶分子降解。自动催化氧化连锁反应：链引发：）高温塑炼机理温度提高，橡胶分子和氧均活泼，可直接进行氧化反应，使橡胶分子降解。自动催化氧化连锁反应：链引发：R-H+O2R+HOO 链增长：链增长：R O2ROO ROO RH ROOH+R 链终止：链终止：OROOH RO OH R-C-H+ROH （RR+R）（3）塑解剂的作用化学塑炼塑解剂化学增塑剂，其作用是通过化学作用来提高塑炼效果。有三种类型：引发型：塑炼时自身能生成自由基，引发橡胶分子断裂。主要品种：过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈 接受型：塑炼时能使橡胶大分子自由基丧失活性，从而达到使分子量不再增大的目的。主要品种：硫酚、苯醌 混合型（链转移型）：兼具引发型和接受型的功能。主要品种：硫醇类化合物）塑解剂的作用化学塑炼塑解剂化学增塑剂，其作用是通过化学作用来提高塑炼效果。有三种类型：引发型：塑炼时自身能生成自由基，引发橡胶分子断裂。主要品种：过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈 接受型：塑炼时能使橡胶大分子自由基丧失活性，从而达到使分子量不再增大的目的。主要品种：硫酚、苯醌 混合型（链转移型）：兼具引发型和接受型的功能。主要品种：硫醇类化合物（4）温度的作用物料粘度高，剪切作用大，机械作用效果大温度低化学反应速度低，化学作用效果小物料粘度低，剪切作用小，机械作用效果小温度高化学反应速度高，化学作用效果大结论：）温度的作用物料粘度高，剪切作用大，机械作用效果大温度低化学反应速度低，化学作用效果小物料粘度低，剪切作用小，机械作用效果小温度高化学反应速度高，化学作用效果大结论：1）在较高和较低的温度下塑炼，效果最好）在较高和较低的温度下塑炼，效果最好2）使用引发型塑解剂时，宜在较高温度下塑炼；使用接受型塑解剂时，宜在较低温度下塑炼。）使用引发型塑解剂时，宜在较高温度下塑炼；使用接受型塑解剂时，宜在较低温度下塑炼。（5）静电的作用）静电的作用橡胶塑炼中，分子反复摩擦 表面带电（电压可达几千、数万伏）引起高压放电 放电使周围空气中的氧活化为原子态氧或臭氧 促使橡胶分子进一步氧化断裂。橡胶塑炼中，分子反复摩擦 表面带电（电压可达几千、数万伏）引起高压放电 放电使周围空气中的氧活化为原子态氧或臭氧 促使橡胶分子进一步氧化断裂。（6）交联的作用橡胶分子断裂成链自由基后，有几种变化的可能：）交联的作用橡胶分子断裂成链自由基后，有几种变化的可能：1）被氧和塑解剂封闭；）被氧和塑解剂封闭；2）本身分子在断裂处重新再键合；）本身分子在断裂处重新再键合；3）断裂分子与另一个断裂分子键合。显然）断裂分子与另一个断裂分子键合。显然 2）和）和 3）是不希望发生的。其中）是不希望发生的。其中 3）对塑炼效果更有危害，因为一旦交联成为不溶不熔的体型结构（网状结构）后，对后续加工十分有害。）对塑炼效果更有危害，因为一旦交联成为不溶不熔的体型结构（网状结构）后，对后续加工十分有害。因此，塑炼中：一要保证物料与空气充分接触；二要根据情况使用塑解剂。因此，塑炼中：一要保证物料与空气充分接触；二要根据情况使用塑解剂。3、塑炼工艺机械塑炼：在塑炼机上，通过机械力作用使橡胶断链。其中包含氧和摩擦作用使塑炼效果提高。化学塑炼：通过化学作用使橡胶分子断链，如加入塑解剂。（、塑炼工艺机械塑炼：在塑炼机上，通过机械力作用使橡胶断链。其中包含氧和摩擦作用使塑炼效果提高。化学塑炼：通过化学作用使橡胶分子断链，如加入塑解剂。（0.30.5%塑解剂，塑炼时间塑解剂，塑炼时间3050）物理塑炼：在橡胶中添加大量软化剂，减小分子之间的相互作用力，增加分子活动能力。如各种充油橡胶。开炼机塑炼机械塑炼密炼机塑炼螺杆塑炼机塑炼）物理塑炼：在橡胶中添加大量软化剂，减小分子之间的相互作用力，增加分子活动能力。如各种充油橡胶。开炼机塑炼机械塑炼密炼机塑炼螺杆塑炼机塑炼（1）开炼机塑炼）开炼机塑炼开炼机塑炼主要为机械塑炼，温度越低，效果越好；塑炼中因挤压和剪切作用，产生大量热量，需对双辊通冷水冷却（胶料温度一般控制在开炼机塑炼主要为机械塑炼，温度越低，效果越好；塑炼中因挤压和剪切作用，产生大量热量，需对双辊通冷水冷却（胶料温度一般控制在55以下）；可采用分段塑炼，一般塑炼以下）；可采用分段塑炼，一般塑炼10 15分钟后冷却一段时间再塑炼。两辊间距，剪切作用，塑炼效果。因为开放式，开炼中空气中的氧和臭氧与物料接触较多，塑炼作用较好；也可使用塑解剂，但塑炼温度可低一些；辊距、辊速比、温度是影响塑炼效果的主要因素。分钟后冷却一段时间再塑炼。两辊间距，剪切作用，塑炼效果。因为开放式，开炼中空气中的氧和臭氧与物料接触较多，塑炼作用较好；也可使用塑解剂，但塑炼温度可低一些；辊距、辊速比、温度是影响塑炼效果的主要因素。（2）密炼机塑炼）密炼机塑炼转子与塑炼室内壁间隙很小，转子与转子间隙也很小，物料在塑炼中所受剪切作用很大；物料不仅上下翻转，还受转子与塑炼室内壁间隙很小，转子与转子间隙也很小，物料在塑炼中所受剪切作用很大；物料不仅上下翻转，还受Z形转子转动带动沿转子纵向来回运动，物料相互混合效果较好；由于塑炼中剪切作用大，升温很大，即使冷却，温度仍很高，因此，塑炼时间短；因属高温塑炼（天然橡胶温度一般为形转子转动带动沿转子纵向来回运动，物料相互混合效果较好；由于塑炼中剪切作用大，升温很大，即使冷却，温度仍很高，因此，塑炼时间短；因属高温塑炼（天然橡胶温度一般为140 160），使用化学塑解剂效果好；装胶容量和上顶栓压力是影响塑炼效果的主要因素。），使用化学塑解剂效果好；装胶容量和上顶栓压力是影响塑炼效果的主要因素。（3）螺杆塑炼机塑炼生胶进入料筒后，通过螺杆的旋转，向口模方向行进；螺杆旋转时，由于螺杆与料筒间间隙很小，形成较大的剪切作用而使生胶塑炼；胶料在料筒内因剪切摩擦而升温，属高温机械塑炼；属连续式塑炼，生产能力较大，但分子量分布较宽，对加工后的制品性能会造成不利影响。温度条件相当重要，机筒温度：）螺杆塑炼机塑炼生胶进入料筒后，通过螺杆的旋转，向口模方向行进；螺杆旋转时，由于螺杆与料筒间间隙很小，形成较大的剪切作用而使生胶塑炼；胶料在料筒内因剪切摩擦而升温，属高温机械塑炼；属连续式塑炼，生产能力较大，但分子量分布较宽，对加工后的制品性能会造成不利影响。温度条件相当重要，机筒温度：95110，机头温度：，机头温度：8090。二、胶料的混炼二、胶料的混炼混炼将可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶与配合剂，在一定的温度和机械力作用下混合均匀，制成性能均一、可供成型的混炼胶的过程。混炼的任务使各种配合剂都能均匀地分散在橡胶中。混炼的成品混炼胶。混炼将可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶与配合剂，在一定的温度和机械力作用下混合均匀，制成性能均一、可供成型的混炼胶的过程。混炼的任务使各种配合剂都能均匀地分散在橡胶中。混炼的成品混炼胶。1、混炼理论混炼胶组份复杂，混炼理论在发展中。、混炼理论混炼胶组份复杂，混炼理论在发展中。（1）配合剂的性质与混炼工艺的关系）配合剂的性质与混炼工艺的关系 分散性能溶于橡胶的配合剂，容易混合均匀。软化剂、促进剂、硫黄。不能溶于橡胶的配合剂，不容易混合均匀。填充剂、补强剂。几何形状球状配合剂（即使不溶于橡胶），较容易混合均匀。如炭黑片、针状等不对称形状的配合剂，不容易混合均匀。如陶土、滑石粉、石棉。分散性能溶于橡胶的配合剂，容易混合均匀。软化剂、促进剂、硫黄。不能溶于橡胶的配合剂，不容易混合均匀。填充剂、补强剂。几何形状球状配合剂（即使不溶于橡胶），较容易混合均匀。如炭黑片、针状等不对称形状的配合剂，不容易混合均匀。如陶土、滑石粉、石棉。表面性质表面性质与橡胶相近的配合剂，容易混合均匀。炭黑表面性质与橡胶相差较大的配合剂，不容易混合均匀。陶土、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌、氧化镁。对于表面性质与橡胶相差较大的配合剂，可采用加表面活性剂的办法解决。常用的表面活性剂：硬脂酸、高级醇、含氮化合物 表面性质表面性质与橡胶相近的配合剂，容易混合均匀。炭黑表面性质与橡胶相差较大的配合剂，不容易混合均匀。陶土、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌、氧化镁。对于表面性质与橡胶相差较大的配合剂，可采用加表面活性剂的办法解决。常用的表面活性剂：硬脂酸、高级醇、含氮化合物 聚集体对于粒径很小的配合剂（如炭黑、某些填充剂），颗粒团聚倾向很大，必须在混炼时使其搓开。聚集体对于粒径很小的配合剂（如炭黑、某些填充剂），颗粒团聚倾向很大，必须在混炼时使其搓开。胶料粘度高有利于分散团聚体，因此，塑炼时可塑性不能过大，混炼时温度不能过高。胶料粘度高有利于分散团聚体，因此，塑炼时可塑性不能过大，混炼时温度不能过高。（2）结合橡胶与混炼工艺的关系混炼过程中，当橡胶分子被断裂成链自由基时，炭黑）结合橡胶与混炼工艺的关系混炼过程中，当橡胶分子被断裂成链自由基时，炭黑粒子表面的活性部位就能与链自由基结合，产生结合橡胶粒子表面的活性部位就能与链自由基结合，产生结合橡胶。已经与炭黑结合的橡胶分子，又会通过缠结。已经与炭黑结合的橡胶分子，又会通过缠结、交联、交联等结合更多的橡胶分子，生成更多的结合橡胶。不仅在混炼中会生成结合橡胶，在混炼后的停放过程中，也会生成结合橡胶。等结合更多的橡胶分子，生成更多的结合橡胶。不仅在混炼中会生成结合橡胶，在混炼后的停放过程中，也会生成结合橡胶。结合橡胶的生成，有利于补强剂、填充剂的分散，有利于改善物料性能。但如果生成了与橡胶结合的炭黑凝胶过多，则难以进一步分散。橡胶的不饱和度越高橡胶的化学活性越大配合剂粒子越细越容易生成结合橡胶配合剂活性越大混炼温度越高结合橡胶的生成，有利于补强剂、填充剂的分散，有利于改善物料性能。但如果生成了与橡胶结合的炭黑凝胶过多，则难以进一步分散。橡胶的不饱和度越高橡胶的化学活性越大配合剂粒子越细越容易生成结合橡胶配合剂活性越大混炼温度越高（3）混炼胶的结构混炼胶是一种胶态分散体粒状配合剂分散于生胶中。分散体系的类型：粒径）混炼胶的结构混炼胶是一种胶态分散体粒状配合剂分散于生胶中。分散体系的类型：粒径100粗分散体悬浮体粒径粗分散体悬浮体粒径1001胶体分散体胶体粒径胶体分散体胶体粒径 10.1分子分散体真溶液分子分散体真溶液与生胶不相容的配合剂细分散体以细粒状分散在生胶中胶态分散体系生胶与溶于生胶的配合生胶介质剂成为复合分散介质与生胶不相容的配合剂细分散体以细粒状分散在生胶中胶态分散体系生胶与溶于生胶的配合生胶介质剂成为复合分散介质混炼胶与一般胶态分散体系的区别：混炼胶与一般胶态分散体系的区别：分散介质是由生胶和溶于生胶的配合剂（如增塑剂）共同组成的，分散介质和分散体的组合会随温度而变；细粒状配合剂（如 分散介质是由生胶和溶于生胶的配合剂（如增塑剂）共同组成的，分散介质和分散体的组合会随温度而变；细粒状配合剂（如C、促进剂）不仅分