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填充母料加工設備與工藝控制 發布者 : 佳華塑化 / 發表于 : 2020-01-08 8:10:46 星期三

填充改性母料自從二十世紀八十年代末進入市場以后,因為其價格低廉,產品性能優異,除此之外也可以改善塑料制品的某些物理機械特性。并替代部分合成樹脂節約資源,生產工藝簡單,投資比較小,具有顯著的經濟效益與社會效益。因此塑料填充改性母料是近年來發展比較快的行業,已經成為塑料加工工業的重要部分與塑料制品的主要添加材料之一。

隨著塑料工業的發展,制品的多樣化以及功能化對于填充要求愈來愈高,所以于填充母粒加工過程之中,對于粉體表面改性以及母料加工技術等要求越來越高了,由于這直接關系到產品的功能發揮,提高附加值以及產品的成本控制等問題。因為粉體顆粒非常細,高于表面積大,表面能高,相互之間容易團聚,假如粉體絕不改性便對于材料制品的功能性提高絕不大而且起負作用。因此借以減小粉體顆粒的團聚,提高其分散性,降低其表面能,除此之外考慮到它和基體樹脂能起到非常好的交聯作用等,便某種要對于其粉體顆粒進行表面改性,從此可改善粉體顆粒和基體樹脂間的界面交聯性,提高它于基體樹脂之中的分散性,這對于塑料制品的成型加工與產品質量以及長年使用均十分有益。南京金來旺公司開發的JL-T01新型復合改性劑是一種多功能的超分散偶聯改性劑,對于粉體的表面改性以及填充母料加工產品于材料里的應用均十分有效。

1 載體樹脂的選擇

載體樹脂的選擇一般要和塑料制品選用的樹脂基本相同或是接近,熔體流動速率稍大于制品選用的樹脂。除PP、PE等樹脂,PS、EVA、ABS等樹脂亦可作為生產專用母料的載體,目前,已經得到開發應用,應用領域與使用量將要不斷擴大。

以此重鈣作為填料的填充母料應用范圍非常廣,所以對于母料用途選擇載體樹脂是獲得最佳性能價格高于母料產品的關鍵。

比如塑編制品的原料是聚丙烯,用于聚丙烯編織制品的填充母料的最佳載體樹脂當屬粉料聚丙烯。

a 和基料聚丙烯的相容性良好,價格低于聚乙烯、粒料聚丙烯,不僅使用之上抗氧劑與潤滑劑依然價格優勢顯著;

b 密度低(0.9g/cm3右右 ),同樣質量份數的聚丙烯比較之聚乙烯擁有越來越大的體積,進而可增大和重鈣粉體接觸的面積;

2 填料的選擇

非金屬礦物資源豐富,價格低廉,加工方便,已經成為填充母料生產的主要原料。于母料之中使用量最為多的是重質碳酸鈣,一般要求含量98%超過,含水量<0.3%,Fe、Si02等雜質的含量對于產品質量的影響比較大,Fe含量高時,影響產品的白度,Si02對于加工設備帶來磨損。CaCO3白度好、易加工、價格低廉,粒徑呈顆粒狀,是填充母料時應用最為大,用途最為廣的無機材料,用量最為多的是400目~ 1250目,隨著材料工業的發展,目前已往微細化、功能化以及環境友好等方向發展。

填充母料的生產和應用實踐表明,400目的重鈣粉是最為經濟實惠的原料,但是并非所有的重鈣粉均受到母料生產企業的歡迎,關鍵之處在于重鈣粉的白度、色相與對于金屬部件(螺筒、螺桿、模具、刀片等)的磨損輕重等。

使用粒度越來越細的重鈣,于得到充分分散的情況之下,塑料制品會具有越來越佳的力學性能,但是隨著重鈣粉目數的增加,必需增加助劑與載體樹脂的使用量,導致填充母料原材料成本的提高,所以要自技術經濟兩方面考慮其綜合效果,對于不同用戶提供個性化產品。

研究表明,使用歷經特殊改性的超細重鈣母粒,應用在PE加工中制品的拉伸與沖擊強度便愈高。并非所有的填充非金屬粉體的樹脂體系的拉伸強度均低于基體樹脂。由于所填加的母粒之中的非金屬粉體的粒度細、高于表面積大,亦透過我們開發的JL-G02FX型端胺基多元醇酯填料改性劑(Modifier)有針對性的表面改性處理,其分散性能提高,并且能和基體樹脂的界面有越來越好的結合,于拉伸應力的作用之下微細非金屬粉體顆??赡芎突w樹脂一同移動與變形,而且受外界負荷的有效曲面增加。因此,經過表面改性的粒度細、分散性好、交聯性好的非金屬粉體加工成母粒之后,按照一定比例加到樹脂之中,其體系的拉伸強度是有可能高于基體樹脂的。但是絕不是填加量愈高越好,或者于一定的填加范圍之內可以達到這一效果。上面是測試結果:

 

PE產品測試結果比較

把PE樹脂、加工助劑及普通碳酸鈣或改性超細碳酸鈣按一定比例,經擠出造粒、注射制樣,測試結果見表。

測試結果比較

名稱 缺口沖擊強度J/m 拉伸強度 Mpa 斷裂伸長率 %
普通碳酸鈣 132.0 19.0 669.7
改性碳酸鈣 406.5 21.0 809.2

注:配方 PE 80份,普通或改性碳酸鈣20份,加工助劑適量。

從測試結果可以看出,JL-G02FX改性劑處理碳酸鈣用于聚烯烴填充體系,制品的力學性能得到明顯的改善和提高,PE試條的缺口沖擊強度提高三倍多,說明經JL-G02FX改性劑改性后碳酸鈣能更加均勻的分散到制品中,具有很好的相容性,通過化學鍵合作用,達到增韌補強效果,因此可以進行高填充,降低織品成本。而且物料易塑化,表面亮度高,綜合加工性能優良。這是由于普通碳酸鈣表面極性強,表面能高,聚烯烴樹脂中易于團聚,不易分散,從而影響制品加工性,并破壞制品的力學性能。而改性碳酸鈣表面已有機化改性,表面能顯著降低,不易團聚,基本上是以原生粒子狀態分散到聚烯烴樹脂中,并通過有機改性劑的分子橋架作用,在界面上產生強的粘合作用,而其中部分以納米狀態分散的剛性粒子滲透到聚烯烴樹脂三維網絡結構中。依據非彈性體增韌改性觀點, 剛性納米級碳酸鈣粒子表面缺陷少,非配對原子多,與聚烯烴樹脂結合牢固,在受到外力作用時,引起基體樹脂銀紋化吸收能量,發生脆-韌轉變,從而避免局部應力集中產生裂紋化,使復合材料達到增韌補強效果,具有較好的力學性能。

3 助劑和工藝的優化選擇

填充母料使用的助劑品種主要是分散劑和粉體表面改性劑(偶聯劑)。分散劑的作用是改善母料加工流動性,有利于母料在基體樹脂中更均勻地分散。常用的分散劑有:白油(液體石蠟)、石蠟、鄰苯二甲酸二辛酯(BOP)、低相對分子質量聚乙烯(聚乙烯蠟)、JL-M01A/B分散改性劑等。 粉體表面改性劑(偶聯劑)可以改變無機填料表面活性,使之由親水性轉化為親油性,以利于和載體樹脂混合,主要有粉體表面改性(偶聯)劑和硬脂酸等兩類。選擇助劑及使用要注意以下幾點就可以有效降低生產成本:

(1) 合理的助劑用量,助劑并不是用量越大越好

a 熟悉填充母料中常用助劑的功能,防止不正當使用;

b 了解助劑之間的協同效果,對降低成本十分重要;

c 學會鑒別助劑的偽劣,防止高低品質的摻假;

(2) 合理的無機粉體的目數

a 目數并不是越細越好,要根據不同的產品用途來選擇目數,而且 不同的目數對助劑的用量要求不同,要學會鑒定目數的簡單方法防止供應商的質量作假。

b 可以選擇不同的無機粉體復合不僅降低成本十分有效而且可以賦予產品特殊的性能。比如我們開發的鈣粉配合滑石粉或者高嶺土一起經JL-G03多元羥醇酯超分散偶聯劑進行復合改性,生產的產品就具有填充增強增韌抗電擊等多種功能!

(3)原料中適當的添加部分優質回收料, 好的回收料完全可以替代新料使用,但必須控制好回收料質量穩定性。

(4) 工藝上的優化選擇

a 混料工藝的優化,提高生產效率;

b 造粒溫度優化,降低生產成本;

(5) 生產過程中的管理可以有效的降低生產成本,合理避開用電的高峰期,直接降低成本。

4 加工設備與工藝控制

填充母粒加工時要根據不同比例的配料量以及樹脂的技術參數,選擇不同的加工溫度及螺桿的轉速等。擠出機的排氣口最好使用真空泵排氣,并宜安裝兩個排氣口。這主要是考慮到物料在螺桿與筒體之間熔融、剪切、混煉、擠壓過程中溫度升高后,將產生許多氣體(包括水蒸氣、低分子物的氣體等),若不及時排出則易使有用的物料降解,性能變差,降低產品質量,同時生產出的母粒易產生小氣孔,直接影響到塑料制品的質量。

重鈣粉的干燥和表面處理使用高速混合機。近年來高速混合機的結構已根據粉體加工的特點做了很大改進。

在混煉造粒階段,加工設備可以有不同的選擇,如積木式同向平行雙螺桿擠出機、密煉加單螺桿擠出機等。最近三螺桿擠出機也開始用于母料的混煉和造粒,具有混煉效果好、產能高等優勢。選擇設備的出發點是混煉效果要好、同樣的人力、能耗的前提下產量要高、對物料的種類及組份變化的適應性強、連續運行平穩、持久等方面,而對于溫度控制系統的要求相對可以寬松一些。當填充母粒的配方確定之后造粒工藝是決定母粒質量好壞重要因素。

(a)加熱溫度

加熱溫度取決于載體樹脂的軟化點或熔融溫度,載體樹脂軟化點或熔融溫度越高,加熱溫度也就越高,一般應高出樹脂的熔融溫度5℃左右。加熱溫度過低樹脂不能充分熔化,有限的載體樹脂也就無法將無機粉完全包覆,母粒的表面粗糙粒子中間出現空洞,樹脂和無機粉體無法成均勻體系。加熱溫度過高,助劑易揮發樣,螺桿剪切力降低不宜塑化,同樣影響母粒的質量。一般情況下,二區溫度應是造粒最高溫度,一區比二區溫度低10℃左右,三區、四區溫度與二區基本相同,從五區開始直至機頭按5~10℃的梯度逐漸降低。

(b)主機的轉速

對于一定規格的雙螺桿擠出機,主機轉速決定于產量,主機轉速越高,產量越大。實踐證明,對于任何雙螺桿擠出機來說,并非產量越大越好,一般控制在主機最高轉速60~70%為宜。轉速過大,物粒在螺桿中停留時間小,自然也就塑化不好。主機的轉速還應與喂料機的轉速和切粒機轉速相匹配,否則會出現冒料或粒子過大或過小等異?,F象。比如說過高的轉速(100%的主機最高轉速),機器高負荷運轉,可能會降低機器使用壽命等問題 。

(c)水泵和真空泵的使用

水泵是用來調節螺桿溫度的裝置,除非某一區域溫度過高,一般情況下應盡可能關閉水閥,可節省電耗,只要各區溫度調節的合理,水泵可以不用。

真空泵是用來排除低揮發組分的裝置,一般用于接枝反應或淀粉填充母粒的生產。對于生產無機粉填充母粒來說,最好不用或少用。抽真空容易將物料中的助劑抽走,影響母粒在基體樹脂中分散或加工成型。

總之,填充母料生產是一個復雜的系統工程,需要大家用心研究廣泛交流,控制好生產的各個環節才可以生產出高品質低成本的產品。以上只是本人結合資料和經驗做了一個簡單的總結,供大家參考共同學習一起探討為行列發展一起努力!

推介一個比較實用簡單的生產方法供大家參考,采用 JL-T01填料母料復合改性劑(Modifier) ,這個產品是采用特殊的化學合成技術及功能性復合技術,將多種合成的新型大分子高活性物質,在專用設備上采用“一包化”勻化技術,因此產品集偶聯劑、高效分散劑及加工助劑等多種功能于一體。在填料母料加工過程中添加JL-T01填料母料復合改性劑,不僅能使無機填料得到完全包覆,同時保證在基體樹脂中高度分散,而且能改善填料母料體系各組分的相容性,促進塑化,降低熔體粘度,改善加工流動性,提高生產效率。

使用方法:

1.復合改性填料母料制備

一般拉絲、注塑產品選用400~800目重質碳酸鈣,白度大于95 %,水份小于0.5%即可;

吹膜產品選用1250目以上微細重質碳酸鈣或滑石粉(透明性和剛性好),白度大于95%即可;

增韌母料選用2500目以上超細重質碳酸鈣,白度大于95 %即可;

高速混合機中,按100Kg重質碳酸鈣或滑石粉根據細度不同添加JL-T01填料母料復合改性劑 3.0~5.0 %,再加基體樹脂(可配合適量分散劑), 混至100~140℃,混10~15分鐘,即為改性填料,可直接進行擠出造粒。

2.常用配方

聚烯烴載體樹脂 5~ 15(選擇適當熔指的搭配)
無機填料 80 ~ 90
JL-T01填料母料復合改性劑 3~ 5(考慮成本可以適當配合PE蠟)

 

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