改性母料加工技術(shù)進展綜述

來源：塑料五金網(wǎng)發(fā)布時間：2013-09-03 09:49:04點擊率：

　　【塑膠五金網(wǎng)】摘要：本文就改性母料的生產(chǎn)設(shè)備、加工工藝的關(guān)鍵技術(shù)新進展進行了綜述。

　　關(guān)鍵詞：改性母料加工技術(shù)

　　1 前言

　　改性母料是我國塑料行業(yè)發(fā)展快的新興改性材料之一，已成為改善塑料制品性能、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、替代合成樹脂的環(huán)境友好材料。塑料改性母料是以無機粉體 (碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、高嶺土等)、合成樹脂 (聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物等)、化學助劑 (偶聯(lián)劑、增塑劑、相容劑等) 等多種不同性能的材料，經(jīng)過共混、混煉、擠出工藝生產(chǎn)而成的復(fù)合材料。

　　目前，我國改性母料產(chǎn)量達到200萬t/a以上，生產(chǎn)廠家?guī)缀醣榧叭珖蠖鄶?shù)省市，生產(chǎn)工藝、加工設(shè)備及相關(guān)技術(shù)雖然都大致相同，由于該行業(yè)起步晚、發(fā)展快，尚有諸多方面亟需探討規(guī)范完善之處。本文結(jié)合各地不同生產(chǎn)廠家的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，對改性母料的生產(chǎn)工藝技術(shù)進行綜合敘述，供同行參閱。

　　2 生產(chǎn)設(shè)備

　　改性母料的生產(chǎn)設(shè)備目前使用較多的主要有高速加熱混合機、同向平行雙螺桿擠出造粒機組，尚有少數(shù)生產(chǎn)廠家采用密煉機和單螺桿擠出造粒機組等設(shè)備?，F(xiàn)就高速加熱混合機、同向平行雙螺桿擠出造粒機組在改性母料生產(chǎn)中的工藝技術(shù)要求作一介紹。

　　2.1 高速加熱混合機

　　俗稱高混機或高攪機。高混機是改性母料的重要設(shè)備之一，它的性能、構(gòu)造、結(jié)構(gòu) 等對改性母料的產(chǎn)量、性能、能耗、品質(zhì)、外觀等起著關(guān)鍵作用。改性母料對高混機的要求，除了正常的結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)采用油浴式電加熱系統(tǒng)、三層攪拌槳、立式斧頭狀導流板、自動控溫系統(tǒng)等。

　　油浴式電加熱系統(tǒng)加熱快，受熱均勻，特別是高攪鍋底部周邊盡量都設(shè)計有加熱結(jié)構(gòu)，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。攪拌槳設(shè)計為三層十字平直型結(jié)構(gòu)，或帶圓盤式結(jié)構(gòu)，攪拌槳要牢固可靠，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，攪拌槳距離鍋底部平面的間隙和鍋周邊的間隙要小，才能達到在正常生產(chǎn)時，放料后高混機鍋底部基本無剩存料。導流板在改性母料生產(chǎn)工藝中起著不可忽視的重要作用。一般采用立式可上下調(diào)節(jié)高度、導流方向可適當轉(zhuǎn)動的立式斧頭形狀的導流板，斧頭狀立式導流板可提高物料共混效果和混合效率。

　　高混機可使無機粉體在一定的溫度下，經(jīng)過偶聯(lián)劑 (助劑) 的活化包覆，與增塑劑、合成樹脂均勻共混，并得到初步塑化。高混機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和正確使用，是改性母料產(chǎn)量和產(chǎn)品主要技術(shù)指標的重要條件。

　　2.2 同向平行雙螺桿擠出造粒機組

　　同向平行雙螺桿擠出造粒機組簡稱雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出機在改性母料生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用，近幾年來，雙螺桿擠出機的制造工藝、螺桿轉(zhuǎn)速、控制精度、操作技術(shù)都得到了不同程度的完善提高。

　　改性母料使用的雙螺桿擠出機螺桿長徑比一般在32：1～40：1。目前，各個廠家的螺桿螺紋元件排列形式差異較大，為了提高物料塑化性能、增加混煉剪切效能，往往裝配數(shù)塊反向混煉塊和多段捏合塊，這些元件在提高混煉剪切性能的同時，物料剪切摩擦產(chǎn)生過多的熱能靠螺筒外部通水 (風) 強制冷卻進行溫度控制，剪切摩擦過強還使主機扭矩過大，電流過高，造成能源浪費，還易使低分子材料和助劑在高溫下分解析出，影響母料的性能。采用適當?shù)穆菁y元件排列方式，使物料在多混煉、少剪切、快輸送的擠出過程中，可減少低分子材料的揮發(fā)，降低載體樹脂的熱降解，保持合成樹脂和助劑的物理性能，改善改性母料外觀，是改性母料的生產(chǎn)工藝選擇。

　　3 加工工藝

　　3.1 活化包覆

　　無機粉體大多是親水性材料，它與助劑、樹脂的相容性是影響改性母料質(zhì)量的重要因素。經(jīng)過高混機活化處理后的無機粉體表面均勻地包覆與樹脂性能相近的親油性助劑，在與樹脂共混過程中，形成良好的界面相容性，是保證改性母料產(chǎn)品質(zhì)量的重要條件?；罨Ч炞C可采用約60℃的清水在透明杯中浸泡，并適當攪拌，觀察粉體是否呈絮棉狀漂浮在水面，而且浸泡時間越長，水液清澈無渾濁沉淀物，證明活化效果越好。

　　3.2 共混預(yù)塑化

　　無機粉體在高混機中經(jīng)過活化后，加入不同的增塑劑 (硬脂酸、聚乙烯蠟、石蠟、白油等) 與樹脂共混，使無機粉體、塑料助劑、合成樹脂等不同性能的原輔材料界面相容，并根據(jù)產(chǎn)品性能要求，在高混機中的溫度、攪拌形成的壓力等作用下得到預(yù)塑化。預(yù)塑化后的物料由粉狀固體逐漸變?yōu)閳F塊狀或黏糊狀。預(yù)塑化程度高，物料熔體流動速率大，分散性好，塑料制品外觀較好，但塑料制品的力學性能有所下降。

　　3.3 擠出工藝

　　雙螺桿擠出造粒機組在改性母料生產(chǎn)中，主機的設(shè)計、構(gòu)造、性能都很重要，在生產(chǎn)加工時，溫度、轉(zhuǎn)速、機頭壓力等工藝條件的相互協(xié)調(diào)配合都很重要，這些都是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

　　溫度控制是影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的主要條件，溫度的設(shè)定要根據(jù)主機轉(zhuǎn)速、喂料量、物料性能、工藝配方等綜合考慮。為了減少物料的分解和保持物料的物理性能，保證正常生產(chǎn)的同時，選擇適當?shù)牡蜏財D出工藝，是非常必要的。

　　近年來，平行雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速從300r/min提高到600r/min，正常生產(chǎn)中，主機的螺桿轉(zhuǎn)速一般控制在額定轉(zhuǎn)速的60%～80%為宜。適當?shù)霓D(zhuǎn)速可節(jié)省生產(chǎn)電能，減輕設(shè)備磨耗，提高生產(chǎn)效率，延長設(shè)備使用壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　改性母料造粒方式有很多形式。目前，改性母料主要采用模面熱切和拉條冷卻切粒兩種方式。雙螺桿擠出機制造廠家比較注重主機的改進提高，而對輔機的應(yīng)用技術(shù)研究相對較少。如模面熱切生產(chǎn)中，改性母料產(chǎn)量高、物料黏度大、顆粒冷卻慢，經(jīng)常出現(xiàn) 模面切粒風罩中物料結(jié)團、輸送管道堵塞、冷卻效果差、車間噪聲大等問題。還有機頭模板出料孔徑、孔眼數(shù)量、風機的風量調(diào)節(jié)、輸送管道的直徑及冷卻形式等，這些現(xiàn)象及設(shè)計結(jié)構(gòu)，各個廠家都不盡相同，或多或少存在著缺陷和不足，直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。拉條冷卻造粒方式分為水冷卻拉條造粒和近幾年新興的鋼網(wǎng)帶輸送造粒工藝，目前很多廠家采用了鋼網(wǎng)輸送帶冷卻造粒工藝，這種工藝可避免水介質(zhì)造成的物料水分高，解決了斷條影響操作生產(chǎn)等問題，提高了生產(chǎn)效率，但車間的布局空間需要增加。輔機的設(shè)計加工與主機質(zhì)量都同樣重要，希望設(shè)備制造廠家應(yīng)引起重視，并與使用單位加強溝通交流，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

　　4 原輔材料

　　填充改性母料主要原料以烯烴樹脂為載體，以非金屬礦物粉體為填料，表面活化劑、增塑劑、分散劑及其他助劑等原輔材料生產(chǎn)而成。

　　4.1 樹脂的選擇

　　塑料改性母料的載體樹脂首先要參照改性母料在塑料制品使用時的性能要求來選擇樹脂品種。改性母料的載體與塑料制品的樹脂性能及牌號盡量相類似，如果使用不當，會產(chǎn)生混合不均勻、塑化不良、力學性能下降、加工工藝不穩(wěn)定等。所以，在改性母料中選擇適當?shù)臉渲贩N牌號是非常重要的。例如，北京燕山石化產(chǎn)的LDPE牌號IF7B 是改性母料中使用多，分散效果也非常好的樹脂，但在拉伸強度、沖擊強度要求高的制品中缺陷就會凸顯。在加入適量LLDPE時，這些缺點就會得到改善。聚丙烯粉料是改性母料用量較多的載體樹脂，在使用中還要考慮到，有些石化公司在聚丙烯粉生產(chǎn)過程中未添加抗氧劑、熱穩(wěn)定劑等助劑，或添加的助劑數(shù)量和混合工藝尚有不足之處，會使聚丙烯粉在加工過程中受熱后，造成力學性能下降。在改性母料生產(chǎn)中，近年來，有些廠家添加EVA、MLLDPE、POE等改性材料，使產(chǎn)品性能得到明顯改善和提高。選擇兩種以上的載體樹脂進行共混復(fù)合使用，也會取得較好的效果。

　　熔體流動速率 (MFR) 是塑料加工工藝中的重要技術(shù)指標，也是改性母料的主要指標。由于改性母料受無機粉體、樹脂、助劑、加工工藝等各種因素的影響，它的 MFR經(jīng)常出現(xiàn)不同的變化。一般合成樹脂的MFR越小，力學性能越好，但流動性較差，擠出過程中螺桿扭矩增大，加工溫度需適當提高; MFR越大，則反之。改性母料的MFR可調(diào)整樹脂、助劑的品種和數(shù)量及加工工藝。

　　4.2 填料的選擇

　　在改性母料生產(chǎn)中，大多數(shù)廠家都是以碳酸鈣母料為主，用量多的是重質(zhì)碳酸鈣，約占80%以上。重質(zhì)碳酸鈣礦石來源有方解石、大理石等，碳酸鈣的微觀結(jié)構(gòu)一般呈四方體、六方體或不規(guī)則的方形結(jié)構(gòu)顆粒狀，具有流動性好、白度高，價格低廉、原料來源廣泛的優(yōu)點。滑石粉改性母料應(yīng)用量正在不斷加大。滑石粉呈片狀結(jié)構(gòu)，比表面積大、吸油值高，流動性差、白度低于碳酸鈣; 滑石粉改性母料具有優(yōu)異的力學性能，拉伸強度、沖擊性能、耐熱性、抗蠕變性等都有明顯的優(yōu)勢; 在薄膜類制品中還具有透光率高、阻隔效果好等優(yōu)點，是改性母料發(fā)展?jié)摿?大的產(chǎn)品?；鄹男阅噶吓c 碳酸鈣改性母料，因材料性能、結(jié)構(gòu)、工藝配方的不同，無論是價格還是性能及用途，都有各自的優(yōu)勢和不足，前者以填充降低成本為優(yōu)勢，后者是以改性增強為特點，兩種產(chǎn)品不具有可比性。

　　無機粉體可改善塑料制品性能，粉體的粒徑控制要求非常重要，粒徑越大，粉體顆粒分布不均勻，改性母料性能越差; 粉體粒徑越小，改性母料的力學性能越好。但是在實際應(yīng)用中，由于粒徑過小，易產(chǎn)生靜電，形成微小顆粒的凝聚結(jié)團，效果而反之。所以，在選擇無機粉體時，根據(jù)產(chǎn)品的用途和要求考慮確定無機材料顆粒的大小。顆粒的粒度分布非常重要，根據(jù)產(chǎn)品要求，顆粒分布范圍越窄，越有利于生產(chǎn)加工，產(chǎn)品性能越好。

　　無機材料中的水分及易揮發(fā)物對改性母料的質(zhì)量性能影響較大。國家行業(yè)有關(guān)標準對無機材料的水分及易揮發(fā)物指標要求≤0.5%，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中證明，當水分及易揮發(fā)物≥0.3%時，就會影響產(chǎn)品質(zhì)量。水分越少，越有利于生產(chǎn)加工和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

　　4.3 加工助劑

　　在改性母料中除了樹脂、無機材料外，各種助劑雖然所占比例很小，但它們是不可忽視的質(zhì)量指標控制的重要因素。由于大部分助劑都是有機低分子材料，熔點低、易流動，在塑料加工工藝中具有內(nèi)外潤滑的作用，可明顯降低物料與物料、物料與設(shè)備的摩擦因數(shù)，提高生產(chǎn)效率，改善制品的外觀及特性，所以助劑的選擇與加入量直接決定著改性母料的質(zhì)量、成本和應(yīng)用效果。

　　5 結(jié) 束語

　　填充改性是塑料改性的重要的核心技術(shù)，它是無機粉體、合成樹脂、塑料助劑等不同門類的技術(shù)工藝的有機結(jié)合。目前我國的填充改性母料是塑料工業(yè)用量大、應(yīng)用廣、發(fā)展快的行業(yè)之一，已形成了原輔材料、加工助劑、機械制造等相關(guān)行業(yè)的龐大的專業(yè)化群體，在塑料加工行業(yè)中具有一定的規(guī)模和影響力。隨著全球經(jīng)濟一體化和塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料的填充改性也要適應(yīng)新的市場發(fā)展要求，不斷研制開發(fā)具有多功能的新產(chǎn)品，為塑料工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮積極的作用。

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