1、第4章 聚合物共混物的微观形态,王军平 应用化学系高分子教研室,主要授课内容,4.1 基本目的和主要内容 4.2 研究方法 4.3 表征与研究,聚合物共混应用体系的选取,相容性因素 结晶性因素 性能的改善或引入新性能 价格因素,1、相容性因素,相容是共混的基本条件。 两相之间良好的相容性，是两相体系共混产物具有良好性能（特别是力学性能）的前提。 相容性影响共混过程的难易，相容性好的两相体系，共混过程中分散相较易分散。 因此，一般应首选相容性较好的聚合物体系进行共混。,什么是相容性？！,理论角度：热力学相容性（互溶性或溶解性 ） 热力学相容体系是满足热力学相容条件的体系，是达到了分子程度混合的均
2、相共混物。 实用角度：广义相容性 指共混物各组分之间彼此相互容纳的能力 。 主要分为： 完全相容体系 部分相容体系 不相容体系,判断方法,聚合物对广义相容判断依据共混物的Tg 的数量和相对位置与两聚合物Tg 比较。,相容性预测溶解度参数法,溶解度参数法基本内容： 两聚合物之间溶解度参数越接近，其相容性越好。 判断下表中那两种聚合物相容性最好？,常用增容技术,交联增容； 接枝增容； 增容剂增容 作用：富集在两相界面处，改善相界面结合。 非反应型 反应型,非反应型,聚合物A、B体系： 可以得到A-B接枝或嵌段共聚物， A-B增容 不可以得到A-B接枝或嵌段共聚物，采用A-C增容，其中C与B相容。,
3、反应型,聚合物A、B体系： 采用A-C共聚物增容，C与B反应； 采用C-D共聚物增容， C与B反应，D与A相容；,2、结晶性因素,结晶性塑料与非结晶性塑料在性能上有明显的不同。采用不同结晶性能的聚合物进行共混，通常可以达到一些性能的互补。 结晶性塑料通常具有较高的刚性和硬度，较好的耐化学药品性和耐磨性，加工流动性也相对较好。结晶性塑料的缺点是较脆，且制品的成型收缩率高。 非结晶性工程塑料则具有尺寸稳定性好而加工流动性较差的特点。,塑料合金: 非结晶性工程塑料非结晶性通用塑料 非结晶性工程塑料结晶性通用塑料 结晶性工程塑料非结晶性通用塑料 结晶性工程塑料结晶性通用塑料 非结晶性工程塑料结晶性工程
4、塑料 非结晶性工程塑料非结晶性工程塑料 结晶性工程塑料结晶性工程塑料,3、性能的改善或引入新性能,性能因素主要是考虑共混组成之间的性能互补，或改善聚合物的某一方面性能，或者引入某种特殊的性能。,4、价格因素,通过价格昂贵的聚合物品种与较为廉价的聚合物品种共混，在性能影响不大的前提下，使成本下降。,第4部分,组分比简单计算,利用简单的性能串并联关系粗略计算各组分的含量。 对于并联组合，在共混物性能与单一组分性能之间可以建立如下关系式：于串联组合，可以建立如下关系式：,第二部分,共混工艺路线的设计,1、共混分步,一步法： 将各种物料在一次共混过程中进行混合； 共混过程一次完成，工艺流程短、生产便捷
5、。 对于相容性较好、分散相较易分散的共混体系，应该采用一步法。 两步法（或多步法）： 经过两次（或多次）共混，完成该共混体系的全部共混过程。 两步法包括多种形式。两阶共混分散历程，是两步法的一种形式。其它形式的经过两次（或多次）共混的混合工艺，也是两步法（或多步法）。 采用两步法的目的，是通过两步法工艺路线的设计和实施，改善分散相的分散效果。,两阶共混分散历程,两阶共混的方法，是将两种共混组分中用量较多的组分的一部分，与另一组分的全部先进行第一阶段共混。 在第一阶段共混中，要尽可能使两相熔体黏度相等，且使两组分物料用量也大体相等，在这样的条件下，制备出具有“海一海”结构的两相连续中间产物。 第
6、二阶段，将组分含量较多的物料的剩余部分，加入到“海一海”结构的中间产物中，将“海一海”结构分散，可制成具有较小分散相粒径，且分散相粒径大小较为均匀的“海一岛”结构两相体系。,2、加料顺序,调整加料顺序，是调节第三组分在两相间分配的途径之一。在双螺杆挤出机上，如果有多个加料口，就可以进行分段加料，这就为调节加料顺序提供了很有利的条件。 某些助剂，会显著降低物料熔体与设备之间的摩擦力，不利于共混过程中力的传递，可以选择作为后加的物料。 某些粉体不易在聚合物中分散，也可采用分段加料的方式，将粉体分几次逐步加入，以利于解决分散问题。,3、共混工艺条件,共混工艺条件与配方体系和共混设备都有密切关系。 不
7、同的共混配方体系，对共混工艺条件会有不同的要求； 设备的选型，以及所选设备的结构参数，也会对共混条件产生重要影响。,三、共混改性的方法,聚合物共混物的制备方法有 物理方法 化学方法,三、共混改性的方法,物理共混法：依靠聚合物分子链之间的物理作用实现共混的方法，按共混方式可分为： 机械共混法（包括干粉共混法和熔融共混法） 溶液共混法（共溶剂法） 乳液共混法；,三、共混改性的方法,化学共混法：在共混过程中聚合物之间产生一定的化学键，并通过化学键将不同组分的聚合物连结成一体以实现共混的方法，根据反应形式分为： 共聚-共混法 反应-共混法IPN 法,物理共混法-（1）机械共混法,机械共混法：将不同种类
8、的聚合物通过混合或混炼设备进行机械混合便制得聚合物共混物。 根据混合或混炼设备和共混操作条件的不同，可将机械共混分为： 干粉共混 熔融共混, 干粉共混法,过程：将两种或两种以上不同品种聚合物粉末在球磨机、螺带式混合机、高速混合机、捏合机等非熔融的通用混合设备中加以混合，混合后的共混物仍为粉料。干粉共混的同时，可加入必要的各种助剂。所得的聚合物共混物料可直接用于成型或经挤出后再用于成型。 要求：聚合物粉料的粒度尽量小，不同组分在粒径和密度上应比较接近。 干粉共混法的混合分散效果相对较差，此法不宜单独使用，而是作为融熔共混的初混过程； 应用优势：应用于难溶、难熔及熔融温度下易分解聚合物的共混。,
9、熔融共混法,过程：将聚合物各组分在软化或熔融流动状态下（即粘流温度以上）用各种混炼设备加以混合，获得混合分散均匀的共混物熔体，经冷却、粉碎或粒化的方法。 有时先进行干粉混合，作为熔融共混法中的初混合。,熔融共混,熔融共混法要求：,各组分易熔融 各组分的熔融温度和热分解温度应相近 各组分在混炼温度下，熔体黏度也应接近，以获得均匀的共混体系。 各组分在混炼温度下的弹性模量也不应相差过大，否则会导致聚合物各组分受力不均而影响混合效果。,熔融共混设备,开炼机：操作直观，工艺条件易调整，对各种物料适应性强，在实验室应用较多。 密炼机：能在较短的时间内给予物料以大量的剪切能，混合效果、劳动条件、防止物料氧
10、化等方面都比较好，较多用于橡胶和橡塑共混。 单螺杆挤出机：操作连续、密闭、混炼效果较好、对物料适应性强等优点。用单螺杆挤出机共混时，其各组分必须经过初混。 采用双螺杆挤出机:直接加入粉料，混炼塑化效果好、物料在料筒内停留时间分布窄（仅为单螺杆挤出机的五分之一左右）、生产能力高。,物理共混法-（2）溶液共混法（共溶剂法）,过程：将共混聚合物各组分溶于共溶剂中，搅拌混合均匀或将聚合物各组分分别溶解再混合均匀，然后加热驱除溶剂即可制得聚合物共混物。 要求：溶解聚合物各组分的溶剂为同种，或虽不属同种，但能充分互溶。 应用：适用于易溶聚合物和共混物以溶液态被应用的情况。 缺点：混合分散性较差，且需消耗大
11、量溶剂，工业上无应用价值，主要适于实验室研究工作。,物理共混法-（3）乳液共混法,过程：将不同聚合物分别制成乳液，再将其混合搅拌均匀后，加入凝聚剂使各种聚合物共沉析制得聚合物共混物。 受原料形态的限制，且共混效果也不理想，故主要适用于聚合物乳液。,化学共混法-（1）共聚一共混法,有接枝共聚-共混与嵌段共聚-共混之分，其中以接枝共聚-共混法更为重要。 接枝共聚-共混法的操作过程：在一般的聚合设备中将一种聚合物溶于另一聚合物的单体中，然后使单体聚合，即得到共混物。 所得的聚合物共混体系包含着两种均聚物及一种聚合物为骨架接枝上另一聚合物的接枝共聚物。由于接枝共聚物促进了两种均聚物的相容性，所得的共混
12、物的相区尺寸较小，制品性能较优。,化学共混法-（2） IPN 法,利用化学交联法制取互穿聚合物网络共混物的方法。 互穿网络共聚物 ( IPN ）技术可以分为： 分步型 IPN 同步型 IPN ( SIN ） 互穿网络弹性体 ( I EN ） 胶乳-IPN ( LIPN ）IPN 的制备过程：先制取一种交联聚合物网络，将其在含有活化剂和交联剂的第二种聚合物单体中溶解，然后聚合，第二步反应所产生的聚合物网络就与第一种聚合物网络相互贯穿，通过在两相界面区域不同链段的扩散和纠缠达到两相之间良好的结合，形成互穿网络聚合物共混物。,项目1单元1 PP/LLDPE共混配方解析及工艺,第1部分,产品质量及价格
13、要求,PP/LLDPE合金制备 产品质量及价格要求,产品外观：均一透明; HDPE/PA6 共混料指标： 拉升强度 提高5%; 冲击强度 提高200%; 断裂伸长率 提高80%; 在获得以上性能的情况下，产品价格应低于相同性能的其他材料。,第2部分,共混过程 共混改性主要工作,共混过程,共混改性主要工作,配方设计（体系选择、组分及配比） 工艺设计（设备、工艺参数等、加料顺序） 共混过程（预混、混炼等） 共混物评价,课后任务,预测 HDPE、PA6相容性，并说明理由； 检索HDPE 、 PA6数据完成下表：根据上表数据计算聚合物的加料比。 根据上表数据设计双螺杆挤出机操作温度参数。 你采用何种增容方法，请说明原因。,
