5 成型物料的配制.ppt

1、第二篇,塑料的成型加工,一、塑料的生產(chǎn) 二、塑料制品的生產(chǎn) 兩個體系是相互依存的 成型加工的目的在于根據(jù)塑料的原有性能，利用一切可行的方法使其成為具有一定形狀而又可以應(yīng)用的產(chǎn)品,塑料工業(yè)包括兩個生產(chǎn)系統(tǒng),塑料成型加工包括 原材料的配制和準(zhǔn)備 成型 制品后加工,機械加工 裝配 修飾,成型方法分類,一次成型 擠出成型、注射成型、模壓成型、壓延成型、鑄塑成型、模壓燒結(jié)成型、傳遞成型、發(fā)泡成型 二次成型 中空吹塑成型、熱成型、 拉幅薄膜成型,第五章,成型物料的配制,5.1 物料的組成和添加劑的作用,簡單組分塑料：主要成份塑料、少量或無添加劑 缺點：性能單一、成型加工差、成本高、不能滿足很多要求，故一般

2、不采用。 復(fù)雜組分塑料：除樹脂外，還加有多種添加劑或輔助材料 優(yōu)點：性能可調(diào)、易成型加工、成本低 添加劑：增塑劑、防老劑、填料、潤滑劑、著色劑、固化劑,組成一：聚合物,主要成份，連續(xù)相，將各種添加劑粘合在一起，賦于制品機械性能。 聚合物不同，性能不同； 同一種聚合物，牌號不同，性能不同 同一種聚合物，聚合方法不同，性能不同 同一牌號，批號不同，性能也有差異。 聚合物本身性能影響加工性能和制品性能,（一）分子量的影響,Mn增大，抗張強度增大，抗沖強度先增大再減小，蠕變減小，彎曲強度減小，熱變形溫度增大，總的力學(xué)性能和熱性能增大 Mn增大，粘度增大，流動性減小，成品收縮率減小，加工性能下降 Mn影

3、響結(jié)晶，取向及結(jié)構(gòu)，故要選擇適當(dāng)?shù)姆肿恿?（二）分子量分布的影響,分子量分布寬，總的來講力學(xué)性能和熱性能降低 分子量分布寬對加工來講有利有弊： 利：流動性好，易加工 弊：影響與添加劑的配合的均勻性，在高分子量的組分出現(xiàn)“生料”,（三）顆粒結(jié)構(gòu)的影響,表面毛糙，不規(guī)則，斷面結(jié)構(gòu)疏松、多孔的粒子，易于吸收增塑劑。配制時，T低，t短。但吸收不能太快，否則與其它組分混合不良，產(chǎn)品質(zhì)量下降。 表面光滑，斷面結(jié)構(gòu)規(guī)則，實心、無孔的粒子吸收增塑劑不易。 T高，t長，影響生產(chǎn)效率。,（四）粒度的影響,粒度主要影響混合的均勻性 聚合物粒度大，總表面積小，與添加劑接觸機會少，造成混合不均;在輥壓時間內(nèi)，顆粒大的往

4、往不易塑化或塑化不完全。 過細(xì)易造成粉塵飛揚和容積計量困難。,（五）其它影響因素,樹脂中的水分及揮發(fā)物含量 結(jié)晶度 密度,二、增塑劑,對熱和化學(xué)試劑穩(wěn)定 液體 固體 增塑過程可看作是聚合物和低分子物互相“溶解”的過程， 溶劑是要在加工過程中揮發(fā)出去，而增塑劑則要求長期留在聚合物中。,1、增塑劑的作用,利處：增加塑料的柔韌性、耐寒性；使塑料的玻璃化溫度、熔點、軟化溫度或流動溫度降低；粘度減小，流動性增加，從而改善了塑料的加工性能。 壞處：抗張強度下降，硬度下降，模量下降,2、增塑劑的作用機理,外增塑作用：分子間距和分子間作用力 非極性增塑劑主要作用是通過聚合物增塑劑間的溶劑化作用，增大分子距離，

5、從而削弱它們之間的作用力。 Tg=BV B：比例常數(shù) V：增塑劑體積分?jǐn)?shù),未增塑和已增塑聚合物的示意圖,極性增塑劑 極性聚合物-極性增塑劑的增塑作用不是由于填充作用，而是增塑劑中極性基團(tuán)與聚合物分子的極性基團(tuán)相互作用，代表了極性分子間的作用。 同時，增塑劑的非極性基團(tuán)把聚合物中極性基屏蔽起來，這也減弱了分子間的作用力 Tg=kn k：比例常數(shù) n：增塑劑摩爾數(shù),如PVC-DOP,內(nèi)增塑作用 如果用化學(xué)方法，在分子鏈上引入其它取代基，或在分子鏈上或分子鏈中引入短的鏈段，從而降低了大分子間的吸引力，也可達(dá)到使剛性分子鏈變軟和易于活動的目的，這種增塑稱為內(nèi)增塑。,3.增塑劑的種類與性能,不需增塑：如

6、PA、PS、PE、PP等； 增塑：硝酸纖維系、醋酸纖維素、聚氯乙烯 使用增塑劑最多的是聚氯乙烯，主要以鄰苯二甲酸酯類、己二酸和癸二酸的二辛酯類，以及磷酸酯類等為增塑劑。,對增塑劑的要求 （1）與聚合物相溶 （2）不揮發(fā)，遷移性小，溶浸性小 （3）耐熱、耐光、不燃及無毒 （4）在使用混合和使用溫度范圍內(nèi)能與聚合物形成真溶液 （5）加入增塑劑量適當(dāng),不同增塑劑對制品性能有不同的影響 例如：PVC 加入癸二酸二辛配、己二酸二辛酯等耐低溫性能好的增塑劑，能顯著改善制品的耐寒性能； 加入季戊四醇酯(雙酯)等能使制品耐熱性提高； 加入磷酸二苯辛酯 無毒 主增塑劑 輔增塑劑配合使用,三、防老劑,聚合物在成型

7、加工過程或長期使用和貯存過程中，會因各種外界因素的作用而引起降解或交聯(lián)，并使聚合物的性能變壞而不能正常使用。為防止或抑制這種破壞作用而加入的物質(zhì)稱為防老劑。,（一）抑制聚合物的降解作用,去除降解活性中心 例如 PVC 加入有機錫，聚合物自由基結(jié)合-C4H9而穩(wěn)定，形成穩(wěn)定自由基。,有機錫穩(wěn)定劑有很多品種，透明性好，效率高，相溶性好，可單獨使用，但成本高。,2、除去聚合物中不穩(wěn)定的原子,主要是金屬皂類和金屬硫醇鹽。 金屬皂：鉛皂、鎘皂、堿土金屬皂、硬脂酸皂 同時具有潤滑作用，可用透明、半透明和不透明制品,金屬皂類,金屬硫醇鹽,3、對雙鍵成的加成作用,防止聚合物繼續(xù)降解及顏色變化 如螯合劑、硫醇類

8、化合物，順丁烯二酯類等。,（二）抑制聚合物的氧化作用,防老劑能代替易受氧化分解的聚合物與氧反應(yīng)，防止或推遲氧對聚合物的影響，抑制聚合物的氧化。,（1）抗氧劑成為自由基的終止劑（2）抗氧劑成為氫過氧化物的分解劑 ROOH+PDROP+HOD,（三）抑制聚合物的光降解作用,防老劑能吸收光和射線或移出聚合物吸收的光能，放出沒有破壞性的光能(長波的)或熱能從而防止了聚合物的老化降解。能起這種作用的物質(zhì)稱為光穩(wěn)定劑。,目前常用的光穩(wěn)定劑有四類 紫外線吸收劑 淬滅劑 先驅(qū)型紫外線吸收劑 光屏蔽劑,1、紫外光吸收劑,有三類：水楊酸類，羥基二苯甲酮類，苯并三唑類。 都有分子內(nèi)氫鍵，吸光后，內(nèi)氫鍵破壞，放出熱能

9、,2先驅(qū)型紫外線吸收劑,本身不具吸收紫外線作用，光照射后分子重排，改變結(jié)構(gòu)成為紫外線吸收劑，發(fā)揮其作用。常用的為苯甲酸酯類。,3、淬滅劑,它是通過轉(zhuǎn)移聚合物分子吸收紫外光而產(chǎn)生的“激發(fā)態(tài)能”，從而避免由此而產(chǎn)生游離基而使聚合物進(jìn)一步降解。常用的主要為各種鎳螯合物，如光穩(wěn)定劑NBC、光穩(wěn)定劑1084、2002等。,4、光屏蔽劑,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、二氧化鈦、氧化鋅、亞硫酸鎂、受阻酚,（四）消除聚合物雜質(zhì)的催化作用,金屬離子對聚合物具有催化降解作用 如鋁、鋅、銅、鐵、錫、鎘 消除這些重金屬離子催化作用的方法是加入適量的螯合劑,四、填料,概念：為了改善塑料的成型

10、加工性能，提高制品的某些技術(shù)指標(biāo)，賦于塑料制品某些新的性能，或為了降低成本和聚合物單耗而加入的一類物質(zhì)稱填料。 填料的分類 按來源分：有機填料和無機填料 按形式分：粉狀、纖維狀和片狀 粉狀填料常用木粉、石棉粉、滑石粉、陶土、硅藻土、云母粉、石墨粉、炭黑粉； 纖維狀填料常用石棉、玻璃纖維等； 片狀填料常用紙、棉布、玻璃布、玻璃氈(或帶)等。,粉狀填料的加入常不是單純的物理混合，而是與聚合物之間存有次價力，這種次價力雖然很弱，但具有加合性，因而當(dāng)聚合物分子量較大時，其總力顯得很可觀，從而改變了聚合物分子的構(gòu)象平衡和松弛時間。降低了聚合物的結(jié)晶傾向和溶解度，同時常會使聚合物熔體粘度增大。有的填料能顯

11、著改善塑料的耐磨性和自潤滑性。 線膨脹系數(shù)收縮率耐熱性阻燃性強度,五、潤滑劑,為改進(jìn)塑料熔體的流動性能，減小或避免對設(shè)備的粘附，提高制品表面光潔度而加到塑料中的一類添加劑稱為潤滑劑 脫模劑與潤滑劑相似，也叫潤滑劑 涂在模具表面上物質(zhì)叫脫模劑 一般聚合物在加工過程中常需要加入潤滑劑,1、內(nèi)潤滑劑 內(nèi)潤滑劑與聚合物有一定的相溶性，加入后可減少聚合物分子間的內(nèi)聚力，降低其熔體粘度，從而削弱聚合物間的內(nèi)磨擦。 如硬脂酸及其鹽、硬脂酸酯,2、外潤滑劑 外潤滑劑與聚合物僅有很小的相溶性，而在成型過程中，易從內(nèi)部析至表面而粘附于設(shè)備的接觸表面，形成一潤滑劑層，降低了熔體和接觸表面間的磨擦，防止塑料熔體對設(shè)備

12、的粘結(jié)。 如硬脂酸、石臘、礦物油、硅油,所謂“內(nèi)潤滑”與“外潤滑”是相對的，取決于潤滑劑與聚合物之間的相溶性；大多數(shù)潤滑劑既有外潤滑性質(zhì)，又有內(nèi)潤滑性質(zhì)，僅少數(shù)具有單一性質(zhì)。如硬脂酸鈣作聚氯乙烯潤滑劑就是這種情況；另外，很多潤滑劑不只表現(xiàn)出潤滑作用，而且象其它金屬皂類一樣，還有穩(wěn)定作用。 加入潤滑劑內(nèi)摩擦 表面光滑 但加入太多：易析出，物料在設(shè)備中停留時間短，不均勻熔融。,六、著色劑,為使制品獲得各種鮮艷奪目的顏色，增進(jìn)美觀而加入的一種物質(zhì)稱為著色劑。 著色劑分類 無機顏料 有機染料 有機染料有發(fā)色基團(tuán)：適用于透明制品 分散染料和還原染料,顔料：有機顔料和無機顔料，有些可調(diào)在展色劑中，有些不能

13、，一般只能制不透明制品。 有機顔料有：偶氮顔料 酞青顔料 無機顔料：如鐵紅、鋅白、鋅鋇白 二氧化鈦、硒紅、鉻黃、鈷藍(lán) 鉻綠、炭黑等,七、固化劑,概念：在熱固型塑料成型中加入一種使樹脂完成交聯(lián)反應(yīng)或加快交聯(lián)反應(yīng)的物質(zhì)常稱為固化劑。 酚醛樹脂：六次甲基四胺 環(huán)氧樹脂：二元酸酐 二元胺,八、其它,促進(jìn)劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、防霧劑、偶聯(lián)劑、抗沖擊劑,第二節(jié) 物料的混合和分散機理,混合：包括兩方面的含義，即混合和分散。 所謂混合就是二種組分相互分布在各自所占的空間中，即使兩種或多種組分所占空問的最初分布情況發(fā)生變化，其原理如下圖所示,分散:混合中一種或多種組分的物理特性發(fā)生了一些內(nèi)部變化的過程，如顆粒細(xì)化

14、均勻。,混合和分散操作，一般是同時進(jìn)行和完成的。即在混合的過程中，與混合的同時，通過粉碎、研磨等機械作用使被混物物的粒子不斷減小，而達(dá)均勻分散的目的。,常見的混合有： (1)不同組分的粉狀物料的混合，如粉狀的聚合物(聚氯乙烯)和粉狀添加劑(填料碳酸鈣)的混合。 (2)粉狀或纖維狀的物料(如玻璃纖維)與液體狀物料(如酚醛樹脂的醇溶液)的混合。 (3)塑性物料的混合如聚苯乙烯和聚丁二烯在熔融狀態(tài)的混合。,一、混合的基本原理,混合過程有三類：混合、捏和、塑煉 混合是指粉狀固體物的混合 捏和是指液體和粉狀(纖維狀)固體物料的浸漬與混合 塑煉則指塑性物料與液體或固體物料的混合 混合過程一般是靠擴散、對流

15、、剪切三種作用來完成的,1、擴散,利用物料各組分的濃度差，推動構(gòu)成各組分的微粒，從濃度較大的區(qū)域中向較小的區(qū)域遷移，以達(dá)到組成均一。 固體與固體 不行 固體與液體 可以 液體與液體 可以 聚合物熔體擴散緩慢，擴散在擠出機中對混合影響很小。,2、對流,兩種物料相互向各自占有的空間進(jìn)行流動，以期達(dá)到組成均一，機械力的攪拌，即是使物料作不規(guī)則流動而達(dá)到對流混合的目的。 對任何聚集態(tài)物料，對流作用總是必不可少的。,3、剪切,靠機械的作用產(chǎn)生剪切力，使物料組成達(dá)到均一。,剪切力的混合作用，特別適用于塑性物料，因為塑性物料的粘度大，流動性差，又不能粉碎以增加分散程度。 在實際混合中，擴散、對流和剪切三種作

16、用通?？偸枪餐饔?，只是在一定條件下，其中的某一種占優(yōu)勢而已；但不管那種作用，除了造成層內(nèi)流動外還應(yīng)造成層間流動，才能達(dá)到最好的混合效果。,二、混合效果的評定,液體物料的混合效果 可以分析混合物不同部分的組成，其各部分的組成，與平均組成相差的懸殊情況，若懸殊小則混合效果好；反之，則效果差。 固體及塑性物料的混合效果 物料的分散程度和組成的均勻程度,固體-塑性物質(zhì)的混合 分散程度：相鄰的同一組分間的平均距離衡量,接觸表面積s 條痕厚度r,r與s成反比，而與v成正比，亦即接觸表面積s愈大，則距離愈短，分散程度愈好 混合物單位體積v愈小，距離愈短，分散程度亦愈好。,均勻程度：混入物所占物料的比率與理

17、論比率的差別,n表示取樣數(shù) c試樣濃度,若 KC越小，表示試樣混合越均勻 一般混合組分的粒子愈細(xì)，其表面積愈大，愈有利于得到較高的均勻分散程度。,無論采用何種方法，注意以下三個方面： （1）在混合過程中要盡量增大不同組分間的接觸面，減少物料的平均厚度。 （2）各組分的交界面(接觸面)應(yīng)相當(dāng)均勻地分布在被混合的物料中。 （3）使在混合物的任何部分，各組分的比率和整體的比率相同。,三、主要混合設(shè)備,設(shè)備要求： 耐腐蝕材料或用襯里 有加熱冷卻裝置 混合和攪拌裝置產(chǎn)生剪切力，易于對流與擴散 盡量消除死角 便于加料、換料或卸料,各設(shè)備示意圖,管道式捏合機,兩種常用混合塑煉設(shè)備,第三節(jié) 配料工藝簡介,粉料

18、和粒料的配制 （一）原材料的準(zhǔn)備：包括物料的預(yù)處理、稱樣及輸送 聚合物：過篩，使顆粒均勻 干燥，防水份，防止降解，氣孔等 吸磁，對絕緣材料、導(dǎo)電性能的材料等除金屬雜質(zhì)防降解和破壞設(shè)備。 增塑劑：預(yù)熱，增加小分子的擴散速度，加速聚合物的溶脹溶解。,填料：需進(jìn)行偶聯(lián)劑處理， 若較易吸濕團(tuán)聚需干燥 小料：如防老劑、穩(wěn)定劑、色漿等 先稱取適量的小料加入增塑劑做成母料有利于配料、避免了不準(zhǔn)確性。,（二）初混合 聚合物熔點以下的溫度和較為緩和的剪切應(yīng)力下進(jìn)行的一種簡單混合，為塑煉作準(zhǔn)備。這個混合過程增加各組分微小粒子空間的無規(guī)則排列程度，而并不減小粒子粒度(分散)。 加料順序：樹脂增塑劑由穩(wěn)定劑、潤滑劑、

19、染料和增塑劑調(diào)制的混合物和其它物料。 但有些特殊物質(zhì)如PVC ：PVC+穩(wěn)定劑+ACR抗沖改性劑，這是為了防止穩(wěn)定劑被ACR吸收。,目的： （1）為了降低混合溫度，防降解 （2）初混合設(shè)備相對而言較便宜，降低成本，提高設(shè)備使用效率。 （3）PVC避免高溫下的分解,（三）初混物的塑煉,塑煉目的是為了改變物科的性狀，使物料在剪切力作用下熱熔、剪切混合達(dá)到適當(dāng)?shù)娜彳浂群涂伤苄?，使各種組分的分散更趨均勻。 目的： （1）去除易揮發(fā)份 （2）塑料本身均勻化，避免塑料本身的缺陷 （3）使組分均勻化 （4）便于輸送、運輸,塑煉條件苛刻，操作不當(dāng)易引起降解、碳化 主要工藝條件控制： 塑煉溫度T、 時間t、 剪

20、切力 塑煉終點判斷： 均勻性、 分散程度、 撕力強度,（四）塑煉物的粉碎與碎化,粉碎與碎化都是使固體物料在尺寸上得到減??；所不同的只是前者所成的顆粒大小不等，而后者比較整齊且具有固定的形狀。 粉碎和碎化的目的：便于后面的成型加工 粉：切碎機初碎 粉碎機粉碎 粒：切粒機縱切、橫切 擠出條，旋刀切成粒料,二、溶液的配制,溶液的主要成分是溶質(zhì)與溶劑 作為成型用的樹脂溶液，有些是在合成樹脂時為了某種需要而特意制成的，如酚醛樹脂、脲醛樹脂和聚酯等的溶液。 而另一些則是在臨用時進(jìn)行配制，如醋酸纖維素：氯乙烯乙酸乙烯酯共聚物等的溶液。,溶劑一般為醇類、酮類、烷烴氯代烴類 對溶劑的要求：是無色、無臭、無毒、成本低、易揮發(fā) 可加有增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑和稀釋劑 稀釋劑的作用： 降低粘度 降低成本 提高溶劑揮發(fā)能力,配制設(shè)備：帶有強力攪拌和加熱夾套的溶解釜 配制方法： 慢加快攪法 低溫分散法 通常是采用慢加快攪，將溶劑在溶解釜內(nèi)