第8章聚合物共混工艺及设备

物理共混法分类
干粉共混法 熔体共混法 溶液共混法 乳液共混法
干粉共混法
将两种或两种以上品种不同的细粉状聚合物在各种通用的 塑料混合设备中加以混合，形成各组分均匀分散的粉状聚 合物混合物的方法称为干粉共混法。
混和时，可以同时加入必要的塑料助剂 （如增塑剂、稳 定剂、润滑剂、着色剂、填充剂等）。
在低比例的热塑性塑料基体中混入高比例橡胶，再与硫化剂 一起混炼的同时使弹性体发生化学交联，形成的大量橡胶微 粒分散到少量塑料基体中，所以TPV ( Thermoplastic dynamic vulcanized alloys，热塑性硫化合金) 的强度、弹性、 耐热性、抗压缩永久性显著提高，热塑性、耐化学性及加工 稳定性也明显改善。
TPE简介
热塑性弹性体( thermoplastic elastomer，TPE)是一种兼 有塑料和橡胶特性、在高温下能塑化成型、在常温下又 能显示出橡胶弹性的材料，广泛应用于汽车、电子电气、 建筑、医疗等领域。
目前工业化生产TPE 主要分为以下几类:苯乙烯类(TPS) （SBS、SEBS、SIS）、烯烃类(TPO) (由橡胶和聚烯烃 构成)、氯乙烯类(TPVC) 、氨酯类(TPU) 、聚酯类 (TPEE) 、酰胺类(TPAE) 、有机氟类(TPF) 、双烯类 (TPB、TPI) 等。
反应性共混技术
指两种或多种聚合物在混炼的过程中同时伴随着其中一种 或多种聚合物上有化学反应的产生，而这种反应最终的结 果是在聚合物与聚合物之间产生化学键接。
类型： A 反应性密炼 B 反应性挤出
Байду номын сангаас
反应性密炼
动态硫化技术：是指在混炼过程中共混物的化学 反应主要是橡胶组分的交联反应，共混物的形态 结构则为橡胶组分成为分散相，塑料相成为连续 相，橡胶组分分散于塑料组分之中。
从制备工艺上，热塑性弹性体可分为两大类：一类是合成 共聚物；另一类是弹性体和塑料的共混物。
同合成型相比，共混型TPE 具有制造工艺简单，原料来 源广，结构和性能可灵活设计及其产业化速度快等特点。
共混型TPE 是橡胶和塑料两种组分在高温和高剪切速率 的机械共混条件下制备而成的。在机械共混条件下，橡胶 组分在动态硫化的同时又被充分地剪切成微小的颗粒。实 质上，这一过程为反应性共混。在机械作用下，橡胶被均 匀地分散于塑料组分之中，最后制成以橡胶组分为分散相， 塑料组分为连续相的共混体系。
机械共混法混合过程一般包 括混合作用和分散作用两方面含 义。
混合作用系指不同组分相互分 散到对方所占据的空间中，即使 得两种或多种组分所占空间的最 初分布情况发生变化；
分散作用则指参与混合的组分 发生颗粒尺寸减小，极端情况达 到分子程度的分散。
混合作用示意图
分散作用示意图 （1）分散前 （2）颗粒减小 （3）分子分散
溶液共混法
将各原料聚合物组分加入共同溶剂中(或将原料聚合物 组分分别溶解、再混合)搅拌溶解混合均匀，然后加热 蒸出溶剂或加入非溶剂共沉淀获得聚合物共混物。
溶液共混法所制之聚合物共混物混和分散性差，并且消 耗大量溶剂，工业上意义不大。
乳液共混法
乳液共混法的基本操作是将不同的聚合物乳液一起搅拌混 合均匀后，加入凝聚剂使异种聚合物共沉析以形成聚合物 共混体系。
优点：设备简单，操作容易。 缺点：
1、所用聚合物原料必须呈细粉状； 2、干粉混合时，聚合物料温度低于它们的粘流 温度(＜Tf)，物料不易流动，混合分散效果差。
熔体共混法
又称为熔融共混，此法系将共混所用的聚合物组分在它 们的粘流温度以上(＞Tf)用混炼设备制取均匀聚合物共 混物，然后再冷却，粉碎(或造粒)的方法。
聚烯烃热塑性弹性体
聚烯烃热塑性弹性体由橡胶和聚烯烃树脂构成，采用机械 共混法和动态部分硫化法制备的聚烯烃热塑性弹性体称为 TPO，采用动态全硫化法制备的聚烯烃热塑性弹性体称为 TPV 。
TPO 和TPV 的橡胶组分主要为EPDM 、NBR 和IIR ，聚 烯烃树脂组分主要为PP 和PE。
物料的混合过程通常依靠扩散、对流和剪切三种作用来完成。 参与混合各组分在不同区域的浓度差是扩散作用的推动力，各组
分的微粒总是从其浓度较高的区域向浓度低的区域迁移。对流作 用是各种物粉在空间位置上相互变换，机械搅拌是促进对流作用 的主要手段。剪切作用是利用剪切力，促使物料颗粒产生变形 （偏转与拉长）以致破碎分散。
共混物的工艺与设备
聚合物共混技术的发展进程
第一代
第二代
第三代
~1950 1950~1970
1970~
1985~
经验
科学
单纯的共混 技术
接枝技术 多层乳液技
术
相容剂技术 IPN技术
动态硫化技术 分子复合技术
无规共聚物相 容性技术
聚合物合 金化技术 的复合化
技术
简单机械共混技术
简单的机械共混技术也称为单纯共混技术，它 是在共混过程中，直接将两种聚合物进行混合 制得聚合物混合材料。
共混过程中粒子分散作用示意
➢ 大多数聚合物共混物均可用机械共混法制备。此法 依靠各种聚合物混合、捏合及混炼设备实现。在混合、 捏合和混炼操作中，通常仅有物理变化。 ➢ 有时，由于强烈的机械剪切作用使一部分聚合物发 生降解、产生大分子自由基，继而形成少量接枝或嵌 段共聚物，这种伴随有化学变化的机械共混可称为物 理化学共混法。
熔融共混过程示意
优点
共混的聚合物原料在料度大小及粒度均一性方面不似干粉共混法那样 严格，所以原料准备操作较简单；
熔融状态下，异种聚合物分子之间扩散和对流激化，加之混炼设备的 强剪切分散作用，使得混合效果显著高于干粉共混，共混物料成型后， 制品内相畴较小；
在混炼设备强剪切作用下，导致一部分聚合物分子降解并可形成一定 数量的接枝或嵌段共聚物，从而促进了不同聚合物组分之间的相容。
原理：
橡胶与刚性热塑性树脂熔融共混时，在交联剂作用下“就 地”(insite)被硫化而形成的。这类以橡胶为主的共混物， 在未动态硫化之前，依照共混原理，组分含量高的橡胶倾向 于形成连续相，随着动态硫化程度的提高，橡胶的粘度随之 增大。此时尽管树脂含量低，但粘度小，因而导致粘度成为 决定相态的主要因素。粘度大的橡胶由连续相过渡为分散相， 树脂则转变成为连续相。