混合过程发生的主要作用
点击次数：2955 更新时间：2013-02-26
在聚合物物理改性的混合过程中，其棍合机理包括“剪切”、“分流、合并和置换”、“挤压（压
缩）”、“拉仲”、“聚集”诸作用，而这些作用并非在每个混合过程中都等程度出现，它们的出现及
占有的地位会因混合的zui终目的、物料的状态、温度、压力、速度等不同而不同，下面分别予以讨沦。
1.剪切剪切的作用是把高薪度分散相粒子或凝聚体分散于其他分散介质中。它包括将介于两块平行板间的物料通过板的平行运动而使物料内部产生*变形的“黏性剪切”、刀具切割物料的“分割剪切”，以及由以上两种剪切合成类似于石磨磨碎东西时的“磨碎剪切”等。图3-1说明了平行平板混合器的钻性剪切。两种等黏度的流体被封闭在两块平行板之间。初始，黑色的少组分作为离散的立方体存在，呈无规分布。在上板移动而引起剪切的作用下，这些粒子将被拉长、变形。zui后，形成明暗相间的条纹状。在整个过程中粒子体积没有变化，只是截面变细，向倾斜方向伸长，从而使表面积增大，分布区域扩大，渗进别的物料中的可能性增加，因而达到混合均匀的目的。我们可以用一对亮暗层的平均联合厚度作为混合程度的量度，称作条纹厚度。随混合过程的进行，单位体积的界面面积在增加，而条纹厚度在减小。如果施加足够的剪切，使条纹厚度下降到分辨度之下，则呈现均匀的灰颜色。
剪切的棍合效果与剪切力的大小和力的作用距离有关。如图3-2所示，剪切力（F）越大和剪切作用作用力的距离（H）越小，混合效果越好，受剪切作用的物料被拉长变形越大（L大），越有利于与其他物料的混合。利用剪切力的混合作用，特别适用于塑性物料，因为塑性物料的黏度大，流动性差，又不能粉碎以增加分散程度。应用剪切分散作用时，由于两个剪切力的距离一般总是很小的，因此物料在变形过程中，就能很均匀地被分散在整个物料中。在棍合过程中，水平方向的作用力仅使物料在自身的平而（层）流动;如果作用力F与平面具有一定角度，则在垂直方向产生分力，则能造成层与层间的物料流动，从而大大增强混合效果。
2.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板或隔板状的剪切片进行分流。分流后，有的在流动下游再合并为原状态，有的在各分流束内引起循环流动后再合并，有的在各分流束进行相对位置交换（置换）后再合并，也有以上儿种作用同时存在的情况。在进行分流时，若分流用的剪切片数为1，则分流数为2,剪切片数为n，分流数为（n+1）。如果用于分流的剪切片设置成串联，其串联阶数为m，则分流数为N=n+1），分流后经置换再合并时，希望在分流后相邻流速合并时尽可能离得远些，而分流后相距较远的流速合并时尽可能接近些，就是说分流时任取两股流束的相对距离和合并时同样的两股流束的相对距离的差别应尽可能大。为说明这一点，引人图3一3，设主流动方向为z向，而在xy平面上存在着不均匀因素。在z向截取两个截面，截面（a）表示混合前分流的配置情况，截面（b）表示棍合后分流的配置情况。由（a）,（b）两截面可以清楚地看出，混合前后各分流的置换情况。图3-4说明了当m=3和n=3时，混合前的分流配置和棍合后的分流配置情况。
3.挤压如物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度提高，这样剪切时，剪切应力作用大，可提高剪切效率。同时当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压缩引起的流动剪切，如图3-5所示，压缩作用发生在密炼机的转子突棱侧壁和室壁之问，也发生在两辊开炼机的两个辊隙之间。在挤出机中，由于螺槽从加料段到计量段的深度是由深变浅的，因而对松散的固体物料进行了压缩，该压缩有
利于固体输送，有利于传热熔融，也有利于物料受到剪切。
4.拉伸拉伸可以使物料产生变形，减小料层厚度，增加界面，有利于棍合。在常规的聚合物加工设备中，产生拉伸作用的方法多为改变混合螺杆外形及尺寸。例如使用一种楔形螺棱，其螺棱上开有许多锥形的槽，熔休在越过螺棱以及通过开在螺棱中的锥形槽时，会受到双重拉伸。
5.聚集在棍合过程中，已破碎的分散相在热运动和微粒间相互吸引力的作用下，又重新聚集。达到平衡后，分散相得到该条件一下的平衡粒径，如图3-6所示。对分散的粒度和均布来说，这是混合的逆过程。因此，在混合过程中应尽量减少这种聚集的发生。
缩）”、“拉仲”、“聚集”诸作用，而这些作用并非在每个混合过程中都等程度出现，它们的出现及
占有的地位会因混合的zui终目的、物料的状态、温度、压力、速度等不同而不同，下面分别予以讨沦。
1.剪切剪切的作用是把高薪度分散相粒子或凝聚体分散于其他分散介质中。它包括将介于两块平行板间的物料通过板的平行运动而使物料内部产生*变形的“黏性剪切”、刀具切割物料的“分割剪切”，以及由以上两种剪切合成类似于石磨磨碎东西时的“磨碎剪切”等。图3-1说明了平行平板混合器的钻性剪切。两种等黏度的流体被封闭在两块平行板之间。初始，黑色的少组分作为离散的立方体存在，呈无规分布。在上板移动而引起剪切的作用下，这些粒子将被拉长、变形。zui后，形成明暗相间的条纹状。在整个过程中粒子体积没有变化，只是截面变细，向倾斜方向伸长，从而使表面积增大，分布区域扩大，渗进别的物料中的可能性增加，因而达到混合均匀的目的。我们可以用一对亮暗层的平均联合厚度作为混合程度的量度，称作条纹厚度。随混合过程的进行，单位体积的界面面积在增加，而条纹厚度在减小。如果施加足够的剪切，使条纹厚度下降到分辨度之下，则呈现均匀的灰颜色。
剪切的棍合效果与剪切力的大小和力的作用距离有关。如图3-2所示，剪切力（F）越大和剪切作用作用力的距离（H）越小，混合效果越好，受剪切作用的物料被拉长变形越大（L大），越有利于与其他物料的混合。利用剪切力的混合作用，特别适用于塑性物料，因为塑性物料的黏度大，流动性差，又不能粉碎以增加分散程度。应用剪切分散作用时，由于两个剪切力的距离一般总是很小的，因此物料在变形过程中，就能很均匀地被分散在整个物料中。在棍合过程中，水平方向的作用力仅使物料在自身的平而（层）流动;如果作用力F与平面具有一定角度，则在垂直方向产生分力，则能造成层与层间的物料流动，从而大大增强混合效果。
2.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板或隔板状的剪切片进行分流。分流后，有的在流动下游再合并为原状态，有的在各分流束内引起循环流动后再合并，有的在各分流束进行相对位置交换（置换）后再合并，也有以上儿种作用同时存在的情况。在进行分流时，若分流用的剪切片数为1，则分流数为2,剪切片数为n，分流数为（n+1）。如果用于分流的剪切片设置成串联，其串联阶数为m，则分流数为N=n+1），分流后经置换再合并时，希望在分流后相邻流速合并时尽可能离得远些，而分流后相距较远的流速合并时尽可能接近些，就是说分流时任取两股流束的相对距离和合并时同样的两股流束的相对距离的差别应尽可能大。为说明这一点，引人图3一3，设主流动方向为z向，而在xy平面上存在着不均匀因素。在z向截取两个截面，截面（a）表示混合前分流的配置情况，截面（b）表示棍合后分流的配置情况。由（a）,（b）两截面可以清楚地看出，混合前后各分流的置换情况。图3-4说明了当m=3和n=3时，混合前的分流配置和棍合后的分流配置情况。
3.挤压如物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度提高，这样剪切时，剪切应力作用大，可提高剪切效率。同时当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压缩引起的流动剪切，如图3-5所示，压缩作用发生在密炼机的转子突棱侧壁和室壁之问，也发生在两辊开炼机的两个辊隙之间。在挤出机中，由于螺槽从加料段到计量段的深度是由深变浅的，因而对松散的固体物料进行了压缩，该压缩有
利于固体输送，有利于传热熔融，也有利于物料受到剪切。
4.拉伸拉伸可以使物料产生变形，减小料层厚度，增加界面，有利于棍合。在常规的聚合物加工设备中，产生拉伸作用的方法多为改变混合螺杆外形及尺寸。例如使用一种楔形螺棱，其螺棱上开有许多锥形的槽，熔休在越过螺棱以及通过开在螺棱中的锥形槽时，会受到双重拉伸。
5.聚集在棍合过程中，已破碎的分散相在热运动和微粒间相互吸引力的作用下，又重新聚集。达到平衡后，分散相得到该条件一下的平衡粒径，如图3-6所示。对分散的粒度和均布来说，这是混合的逆过程。因此，在混合过程中应尽量减少这种聚集的发生。
