高分子材料配混擠出技術及成套裝備
發(fā)布時間 : 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構材料,、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,。
高性能高分子結構材料具有比強度高,、耐腐蝕,、耐磨損性能優(yōu)異和易加工等特點,，對國民經(jīng)濟的發(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,、信息功能化,、生物醫(yī)用器材,、物質(zhì)分離膜、能量轉(zhuǎn)換和儲能技術等工業(yè)領域有著極為廣泛的應用; 通用高分子材料的高性能化和工程塑料的低成本化,，仍然是當前高分子材料領域研究,、開發(fā)的重點，同時也是擴大通用塑料和工程塑料應用范圍的一個重要措施,。
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,，應用領域的不斷拓展，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,，同時配混裝備的成套化，也是當今高分子材料加工裝備發(fā)展的必然趨勢,。
1. 雙螺桿配混擠出技術應用
現(xiàn)代配混擠出技術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，這類復雜的工藝加工過程絕大多數(shù)是在以同向雙螺桿擠出機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:
( 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,、玻璃纖維增強以及反應擠出,、脫除揮發(fā)分等復雜作業(yè)。
( 2) 筒體和螺桿可實現(xiàn)“積木式”組合,，做到一機多用,，一機多能。
( 3) 螺桿間相互嚙合,，自清理效果好; 物料在其中實現(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，使得同向雙螺桿配混擠出技術在高分子材料加工裝備中具有不可替代的優(yōu)勢,，在高分子材料改性生產(chǎn)中占據(jù)了主導地位,。
目前，新型雙螺桿配混擠出技術的最新應用主要表現(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，也可用于新型復合材料( 如木塑復合材料) 等新材料的生產(chǎn)和制備,，此外,，還可用于聚合物的接枝、縮聚等反應型擠出,。所涉及的產(chǎn)業(yè)領域有家用電器,、汽車、通信,、電子技術,、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開發(fā)
目前,，以納米材料、降解塑料,、改性瀝青,、木塑復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就成為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關鍵,。這些材料同普通聚烯烴材料相比在物料體系構成及分子結構、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),，雙螺桿擠出機在納米塑料領域產(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,，對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、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，冷卻和成品工藝流程與普通聚烯烴母料的工藝不同,。從雙螺桿擠出機混煉塑化擠出工藝到冷卻方式,、造粒，都需進行多方面的創(chuàng)新性開發(fā),。因此,，不能采取熔融聚合物通用的冷卻方式，需借鑒中試技術成功的經(jīng)驗,。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合,、預破碎與粉碎相結合的路線，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，除對其進行塑化混煉之外,，擠出過程中的排氣脫水,、停留時間分布等，成為混煉擠出造粒時需要解決的問題,。因此,，應根據(jù)具體物料選擇適宜的主機螺桿長徑比、排氣位置及數(shù)量,、螺桿結構及排列方式,、助劑加入方式及加入點等進行試驗,，確定配置; 同時,，操作工藝及技術也成為降解塑料雙螺桿混煉擠出的關鍵性問題。以上技術關鍵可借助于已有的成功經(jīng)驗,，結合擠出工藝實驗和結果分析,，最終確定擠出工藝設備配置。
( 3) 改性瀝青成為高分子材料改性的一個新的方向,，圍繞其在公路建設,、機場改擴建等工程中的應用，提高其耐溫性及低溫脆裂性是提高其使用價值的主攻方向,。由于構成瀝青的高分子的結構及分子量分布的廣泛性,，對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,，又具有油品后處理的內(nèi)容，對雙螺桿擠出機的輸送,、混煉元件的開發(fā),、擠出造粒等都提出了新的要求，需要創(chuàng)新開發(fā)新型結構的螺桿元件,、主機及配置,，試驗選定雙螺桿部分的各項參數(shù)，如螺桿長徑比,、排氣段數(shù)目及位置,、剪切速率、擠出造粒形式及結構等,。
( 4) 在材料科學方面,，木塑復合材料是一種很具潛力的新型材料。據(jù)報道,，在國外,，由于植物纖維復合材料具有較高的力學性能、比硬度、比強度,、吸音,、可降解等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛用于汽車工業(yè),、建筑業(yè),、運輸業(yè)、航空業(yè)等,。在木材纖維,、木粉等與樹脂母體進行混合時，不同的混合方法所得到的復合材料中木纖維的分散均勻性差異很大,，要實現(xiàn)木塑復合材料這種新材料的工業(yè)化生產(chǎn)的關鍵是其擠出工藝路線和擠出機的特殊結構形式,，該技術創(chuàng)新點在于采取分段加料方式、特殊的螺桿結構,、TME 和 ZME 型元件,、高扭矩齒輪傳動系統(tǒng)、較大的螺桿長徑比和 D/Di = 1． 55 的自由容積,，實現(xiàn)一步法雙螺桿擠出生產(chǎn),。
