第2章-共混改性基本原理4.ppt

2.4 共混过程、工艺及设备 2.4.1 分布混合与分散混合 分布混合 ——也称分配混合，指分散相粒子不发生破碎，只改变分散相的空间分布状况、增加分散相分布的随机性的混合过程。(仅使分散相的空间分布趋于均匀化) 分散混合 ——指既增加分散相空间分布的随机性，又减小分散相粒径，改变分散相粒径分布的过程。 对于熔融共混过程： 分散相在外加能量作用下破碎，粒径变小、粒径在基体中分布发生变化，因此属于分散混合过程。 2.4.2 分散相的分散与集聚过程 熔融共混过程： 分散过程的影响因素： （一）外界作用于共混体系的剪切能； ——与剪切应力、体系的黏度和剪切速率相关 E——单位体积的剪切能； τ——剪切应力 η——共混体系的黏度 γ——剪切速率 （二）分散相物料自身的破碎能 破碎能=宏观破碎能+物料的表面能 即： 宏观破碎能EDk~分散相物料的粘滞力，包括熔体黏度+黏弹性 表面能EDf~界面张力+分散相的粒径 提高分散效率（获得更小粒径）的途径： 1、增大剪切应力或提高剪切速率； 2、提高物料黏度； 3、降低分散相物料的表面能（如添加助剂等）。 4、改善界面相容性：增加连续相包裹分散相的能力，减小分散相的碰撞次数和碰撞的有效率。 名词:碰撞的有效率 ——分散相粒子相互碰撞而导致集聚成大粒子的几率。 平衡粒径 ——在熔融共混过程中，分散相的分散过程与集聚过程达到一定的动态平衡时，分散相的粒径也达到一平衡值，称为“平衡粒径”。 2.4.3 控制分散相粒径的方法 主要有三个方面： 一是 共混时间 二是 共混组分的熔体黏度 三是 界面张力 （一）共混时间 分散相的粒子破碎的难易取决于分散相粒径的大小：粒径越大，越容易破碎；粒径越小，则越难破碎。 在共混过程中，分散相粒径的减小和粒径的分布均匀化是同时进行的，这是一个过程，因此需要时间。 对于相同的共混体系而言，延长共混时间会使分散相的粒径更小，且分布更为均匀； 但是，是否共混时间越长越好呢？ 否！！ （1）随着共混时间的延长，共混体系中的分散相粒子的破碎和集聚过程会因达到一个动态平衡而粒径不再减小； （2）共混时间过长的话，也会导致高分子材料的降解，不利于提高甚至恶化共混物的力学性能。 因此，在一定的共混时间里，更应该着眼于如何提高分散效率？ (二) 共混组分的熔体黏度 分散相与连续相的黏度影响 另一方面，从连续相角度来讲，细化分散相粒径的动力来源是： ——外界能量作用于连续相，经由界面传递效应后，传递给分散相，使其破碎、分散并均匀化。 因此，提高连续相的熔体黏度，使之能够承受更多的外界作用力，从而将更多地能量传递给分散相，更有利于分散相的破碎，降低分散相的粒径。 Q：我们已经知道，降低分散相的熔体黏度，同时，提高连续相的熔体黏度，有利于获得更小的分散相粒径。但是，分散相和连续相的熔体黏度的降低和升高是否是无限的呢？其依据是什么？ A：“软包硬”规律。 “软包硬”规律：共混过程中，熔体黏度低的一相为软相，倾向于形成连续相；熔体黏度高的一相为硬相，倾向于形成分散相。 这个规律虽然不是绝对适用的，但也控制了绝大部分共混体系的形态结构。 从“软包硬”规律中，就可以看出分散相熔体黏度的降低是有限度的，通常是不能低于连续相的熔体黏度；同样，连续相的熔体黏度的提高通常也不能高于分散相的熔体黏度，否则，往往会发生连续相和分散相在形态上的互换。 Q：降低分散相黏度以及提高连续相的黏度到某一程度才能达到最佳的效果？ A：等黏点理论 等黏点理论：在共混两相体系中，若两组分相的熔体黏度相同或相近，则有利于获得最佳的分散效果，即分散相颗粒的粒径最小。其两相熔体黏度相等的一点，就称为“等黏点”。 如，在橡胶/塑料共混体系中，依据熔体黏度随温度的升高而降低的规律+橡胶的黏度随温度变化不敏感+塑料的黏度随温度变化敏感 通过提高温度，使橡胶和塑料的熔体黏度-温度曲线交于一点，即得“等黏点”，相应的温度为等黏点温度T*。 从图中可以看出，若在加工过程中，通过调整加工温度，则可以改变共混物的形态结构： （1）共混温度高于T*，则橡胶是硬相，塑料是软相； （2）共混温度低于T*，则塑料是硬相，橡胶是软相。 调整熔体黏度的方法： a/温度 ——利用不同组分对温度的敏感性，得到等黏点。 b/助剂 填充剂、软化剂等，如橡胶+炭黑，提升黏度；橡胶+油，降低黏度。 c/改变相对分子质量 可行，但不常用，容易导致其力学性能的降低。 （三）界面张力和相容剂的影响 降低界面张力σ，可降低分散相的粒径 ——添加界面相容剂，改善两相间的界面结合，是连续相更易包裹住分散相粒子，减弱其相互碰撞而形成大颗粒的趋势，有利于获得较佳的分散效果。 常用的相容剂：聚合物-马来酸酐接枝物 PP-g-MAH，