高分子材料配混擠出技術(shù)及成套裝備
發(fā)布時(shí)間 : 2018-12-18 瀏覽次數(shù) : 次配混擠出過程是高分子材料特別是塑料從產(chǎn)品問世走向產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路，現(xiàn)代高分子材料正在向高性能高分子結(jié)構(gòu)材料、新型高分子功能材料以及通用高分子材料的低成本化和高性能化方向發(fā)展。
高性能高分子結(jié)構(gòu)材料具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐磨損性能優(yōu)異和易加工等特點(diǎn)，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家安全具有重要意義; 新型高分子功能材料由于其特有的功能型和專用型，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、信息功能化、生物醫(yī)用器材、物質(zhì)分離膜、能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能技術(shù)等工業(yè)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用; 通用高分子材料的高性能化和工程塑料的低成本化，仍然是當(dāng)前高分子材料領(lǐng)域研究、開發(fā)的重點(diǎn)，同時(shí)也是擴(kuò)大通用塑料和工程塑料應(yīng)用范圍的一個(gè)重要措施。
新型高分子材料除了具有傳統(tǒng)高分子材料的某些加工性能外，在產(chǎn)品的物理、化學(xué)性能等方面又有很多不同之處。隨著新型高分子材料的不斷問世，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，給高分子材料的配混擠出也提出了更高的要求，采用傳統(tǒng)的配混工藝和裝備已不能很好地適應(yīng)某些新型高分子材料的配混要求，因此，開發(fā)新型配混擠出技術(shù)及裝備，以滿足新型高分子材料走向產(chǎn)業(yè)化的需要，同時(shí)配混裝備的成套化，也是當(dāng)今高分子材料加工裝備發(fā)展的必然趨勢(shì)。
1. 雙螺桿配混擠出技術(shù)應(yīng)用
現(xiàn)代配混擠出技術(shù)是將已有的高分子材料通過與多種聚合物共混或添加其它材料，將不同的材料優(yōu)化組合于一體，使材料性能得到明顯改善，或賦予原材料所不具有的嶄新性能，為聚合物家族增加了新的品種。在整個(gè)塑料工業(yè)中約有 60% 的塑料須經(jīng)過配混改性制備成新材料，這類復(fù)雜的工藝加工過程絕大多數(shù)是在以同向雙螺桿擠出機(jī)為代表的混煉裝備上完成的。使用同向雙螺桿配混擠出具有如下優(yōu)點(diǎn):
( 1) 優(yōu)異的混煉塑化性能，可充分保證各物料混煉后的分散均勻性和性能均一性，適用于各種樹脂、塑料的填充、共混、玻璃纖維增強(qiáng)以及反應(yīng)擠出、脫除揮發(fā)分等復(fù)雜作業(yè)。
( 2) 筒體和螺桿可實(shí)現(xiàn)“積木式”組合，做到一機(jī)多用，一機(jī)多能。
( 3) 螺桿間相互嚙合，自清理效果好; 物料在其中實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的表面更新效果，排氣性能優(yōu)異，可將混煉塑化過程中產(chǎn)生的氣體或單體排除。
( 4) 螺桿轉(zhuǎn)速高，生產(chǎn)能力大，單產(chǎn)功耗低，節(jié)能效果明顯。
基于以上優(yōu)點(diǎn)，使得同向雙螺桿配混擠出技術(shù)在高分子材料加工裝備中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，在高分子材料改性生產(chǎn)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。
目前，新型雙螺桿配混擠出技術(shù)的最新應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下方面: 納米材料改性制備的高分子材料、高剛性高韌型低成本的聚合物合金材料、電磁屏蔽高分子材料、新型降解塑料、電子封裝用高分子材料，新型色母料及各種功能母料等，也可用于新型復(fù)合材料( 如木塑復(fù)合材料) 等新材料的生產(chǎn)和制備，此外，還可用于聚合物的接枝、縮聚等反應(yīng)型擠出。所涉及的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有家用電器、汽車、通信、電子技術(shù)、國防、航空航天、環(huán)保、化工、建材、電力等。
2 .新型高分子材料同向雙螺桿擠出技術(shù)開發(fā)
目前，以納米材料、降解塑料、改性瀝青、木塑復(fù)合材料為主的新型高分子材料成為開發(fā)方向，圍繞這些材料的產(chǎn)業(yè)化，其同向雙螺桿擠出技術(shù)就成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。這些材料同普通聚烯烴材料相比在物料體系構(gòu)成及分子結(jié)構(gòu)、流變性能等方面有很大不同。
( 1) 納米材料正成為世界各國競(jìng)相開發(fā)的新型材料，從納米母料的制備，到納米改性塑料的生產(chǎn)，雙螺桿擠出機(jī)在納米塑料領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化中具有無可替代的作用。首先，由于納米材料的顆粒度分布特點(diǎn)，對(duì)混煉擠出和分散效果的要求高; 其次，納米母料的制備因非粘性熔體特點(diǎn)、極低的韌性、內(nèi)部含有大量的氣體以及擠出過程中的添加劑分解產(chǎn)物的排出、與傳統(tǒng)聚合物截然不同的塑化狀態(tài)下的高溫脆性等特點(diǎn)，冷卻和成品工藝流程與普通聚烯烴母料的工藝不同。從雙螺桿擠出機(jī)混煉塑化擠出工藝到冷卻方式、造粒，都需進(jìn)行多方面的創(chuàng)新性開發(fā)。因此，不能采取熔融聚合物通用的冷卻方式，需借鑒中試技術(shù)成功的經(jīng)驗(yàn)。采用帶粉料收集的密閉式加料方式、螺桿中采用新型高效密煉式轉(zhuǎn)子元件、筒體設(shè)置緩沖型排氣方式，料條冷卻及粉碎采用帶式輸送和冷卻相結(jié)合、預(yù)破碎與粉碎相結(jié)合的路線，生產(chǎn)出最終產(chǎn)品。
( 2) 淀粉填充型降解塑料、雙降解塑料、全淀粉熱塑性塑料開發(fā)中都含有大量的淀粉，除對(duì)其進(jìn)行塑化混煉之外，擠出過程中的排氣脫水、停留時(shí)間分布等，成為混煉擠出造粒時(shí)需要解決的問題。因此，應(yīng)根據(jù)具體物料選擇適宜的主機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比、排氣位置及數(shù)量、螺桿結(jié)構(gòu)及排列方式、助劑加入方式及加入點(diǎn)等進(jìn)行試驗(yàn)，確定配置; 同時(shí)，操作工藝及技術(shù)也成為降解塑料雙螺桿混煉擠出的關(guān)鍵性問題。以上技術(shù)關(guān)鍵可借助于已有的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合擠出工藝實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析，最終確定擠出工藝設(shè)備配置。
( 3) 改性瀝青成為高分子材料改性的一個(gè)新的方向，圍繞其在公路建設(shè)、機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建等工程中的應(yīng)用，提高其耐溫性及低溫脆裂性是提高其使用價(jià)值的主攻方向。由于構(gòu)成瀝青的高分子的結(jié)構(gòu)及分子量分布的廣泛性，對(duì)其改性一直少有突破。瀝青的改性非常特殊，既具有屬于橡膠塑料共混的特點(diǎn)，又具有油品后處理的內(nèi)容，對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的輸送、混煉元件的開發(fā)、擠出造粒等都提出了新的要求，需要?jiǎng)?chuàng)新開發(fā)新型結(jié)構(gòu)的螺桿元件、主機(jī)及配置，試驗(yàn)選定雙螺桿部分的各項(xiàng)參數(shù)，如螺桿長(zhǎng)徑比、排氣段數(shù)目及位置、剪切速率、擠出造粒形式及結(jié)構(gòu)等。
( 4) 在材料科學(xué)方面，木塑復(fù)合材料是一種很具潛力的新型材料。據(jù)報(bào)道，在國外，由于植物纖維復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能、比硬度、比強(qiáng)度、吸音、可降解等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛用于汽車工業(yè)、建筑業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、航空業(yè)等。在木材纖維、木粉等與樹脂母體進(jìn)行混合時(shí)，不同的混合方法所得到的復(fù)合材料中木纖維的分散均勻性差異很大，要實(shí)現(xiàn)木塑復(fù)合材料這種新材料的工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵是其擠出工藝路線和擠出機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)形式，該技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)在于采取分段加料方式、特殊的螺桿結(jié)構(gòu)、TME 和 ZME 型元件、高扭矩齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、較大的螺桿長(zhǎng)徑比和 D/Di = 1． 55 的自由容積，實(shí)現(xiàn)一步法雙螺桿擠出生產(chǎn)。
