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暮夏.那年開
填充改性塑料向“三化”方向推進

填充改性塑料向“三化”方向推進

暮夏.那年開 發表于2015-10-23
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塑料網訊將碳酸鈣等無機礦物粉體添加到基體樹脂起到增量改善性能和增加功能三大作用稱為塑料的填充改性在使用性能得以滿足的情況下使用的粉體越多降低成本的作用越大從減少以石油為基礎原料的合成樹脂使用量來看對社會的貢獻也越大隨著中國經濟發展進入新常態以及經濟增長模式的改變行業對填充改性塑料提出更多新的要求總體來看輕量化功能化與生態化是該行業的未來方向

表1晶須碳酸鈣替代部分CPE制成的Φ110mmPVC雙壁波紋管的性能

輕量化

由于無機礦物粉體的密度高于高分子樹脂的密度相差2-3倍填充塑料材料的密度也因加入粉體而顯著增大單位重量的物料加有粉體的比純樹脂的體積小因此在以件數長度面積為其計算價格時因這些要素的減小而造成的損失往往大于使用廉價粉體填料帶來的效益此外增重還帶來運輸成本加大勞動強度大等問題不過相關研究發現通過原輔材料和工藝裝備的創新增重問題可以得到一定程度的解決

拉伸過程

聚丙烯PP扁絲經過將近六倍的單向拉伸后碳酸鈣粉體顆粒分散在PP大分子經拉抻后形成的空隙中使得同樣重量的物料其扁絲的長度沒有明顯變化因此高倍的單向拉伸制品增重問題不明顯

吹塑成型的塑料薄膜在加工時受到雙向拉伸其拉伸比因不同原料而有所不同但一般為2~3倍因此和添加同樣數量粉體的注塑成型塑料材料相比吹塑薄膜的密度就小得多

試驗結果也表明既使是注塑成型如果能掌握好注射壓力和保壓時間同樣配方和加工工藝設備其注塑制品材料密度可達到3~4%的變化

微孔結構

聚乙烯PE的分子經交聯后可形成足夠結實的泡孔壁氣體被封閉住就能形成微孔塑料從而在交聯劑存在的情況下塑料材料的密度得以減小

聚氯乙烯PVC和聚苯乙烯PS都因能夠形成足夠強度的泡孔壁因此發泡過程無需使用交聯劑

微發泡

使用交聯劑可以得到發泡PE塑料但其氣味大且交聯后的塑料不利于回收利用武漢凌輝高分子材料有限公司發明的在不使用任何交聯劑的情況下使加有30%重鈣的HDPE片材密度比同樣配比的對比片材密度下降10%以上已經大量用于HDPE片材的產品中是輕量化技術的重大突破

輕體填料

大唐國際再生資源公司以粉煤灰為基礎原料人工合成出自身輕質的微孔硅酸鈣原料取之不竭成本上塑料加工行業也可以接受目前在塑料行業的應用已取得階段性成果

微孔硅酸鈣制成母料后與碳酸鈣母料按同樣比例加入到HDPE樹脂中制作片材其制品的密度有明顯差別微孔硅酸鈣微料填充HDPE的密度在不同添加量時都有10%以上的下降幅度而且性能無明顯差別

晶須碳酸鈣

趙學華高工根據在橡膠材料中使用晶須碳酸鈣的經驗將特別制造的晶須碳酸鈣加以處理再與基體塑料混合結果發現在不影響塑料材料性能的情況下可使其填充塑料的密度有所下降同時納米尺度的微孔還有助于受外力時發生彈性形變吸收沖擊能有利于填充塑料保持良好的抗沖擊性能以Φ110mmPVC雙壁波紋管為例在其原配方中用經過特殊處理的晶須碳酸鈣代替等量氯化聚乙烯CPE沖擊改性劑擠出制得的管材性能見表1

試驗結果表明用經過特殊處理的晶須碳酸鈣替代部分CPE沖擊改性劑后管材的性能仍保持良好;CPE被替代的管材管壁材料密度較原配方的管材管壁材料密度均有所下降約下降0.5~1%;此外為了達到不同配方管材的米重一致CPE被替代的三種管材在成型時加料機轉速均需加快這意味著生產同樣重量的管材所需時間減少了生產效率得到提高

表2三種聚乙烯無滴薄膜的常規性能

功能化與生態化

功能化是指通過加入填料及相應的助劑使高分子材料具有本不具備的性能如阻燃性抗靜電性磁性阻隔性等;生態化是指在填充塑料加工過程中保持環保節能降耗如今在填充改性塑料領域這兩種趨勢已越來越明顯

微孔硅酸鈣的緩釋及保溫作用

功能性農用棚膜的重要功能是無滴和保溫中國目前生產的流滴劑加入到農膜中可以起到流滴作用但時間短于薄膜的壽命主要原因是所使用的流滴劑與PE分子的相容性不好從薄膜中心遷移到膜表面發揮流滴作用是必須的但遷移過快消耗的也快致使流滴劑的作用與薄膜的使用壽命不能同步

微孔硅酸鈣致密繁多的微孔可吸附流滴劑拖延其向薄膜表面遷移的時間達到緩釋作用延長流滴劑發揮作用的時間

相關試驗表明加有滑石粉的農膜因滑石粉的存在在夜間薄膜的紅外線阻隔性越好熱量以紅外線方式輻射穿過棚膜散失的能力越弱因而熱量得以保留在塑料大棚內微孔硅酸鈣在成為流滴劑的緩釋劑的同時也具有與滑石粉類似的紅外阻隔作用成為農用棚膜的保溫劑而且其保溫作用比滑石粉好

微孔硅酸鈣高吸附性環保母料

利用微孔硅酸鈣致密的納米尺度的微孔結構可制成吸附異味或有害氣體的環保型母料相關研究結果表明硅酸鈣母料對甲醛吸附作用明顯24小時的吸附量達到2.7%而碳酸鈣母料和硫酸鋇母料都不具有吸附甲醛的能力

此外當使用微孔硅酸鈣母料生產SY320-720型厚2mm的塑料板材時按HDPE母料=60:40比例擠出壓延成型時使用碳酸鈣母料時擠出模口有煙有味而換成微孔硅酸鈣時模口處的煙霧和異味都消失了而且板材表面光澤度良好著色性能更優異

此時不僅板材的密度從1.28g/cm3下降至1.12%而且力學性能更好達到了輕量化功能化生態化三重改性效果

粉體表面活化設備的高效節能效果

碳酸鈣滑石粉等無機礦物粉體的表面經有機化處理可從親水性改變為親油性多年來最常使用的活化設備是高速混合機但漿葉高速大負荷的旋轉消耗的電能較高而且是間歇操作在投料和放料時甚至在中途填加助劑時粉塵外揚操作環境十分惡劣

設備制造企業為此對高速混合機進行改造增加除塵設施改變母料加工工藝粉塵問題基本上得以解決一些企業制制成功連續處理設備也解決了高混機間歇操作問題但粉體處理的能耗問題仍然沒有根本改變特別是活化度得不到保證

杭州港灣機械制造有限公司研制的HW型系列表面活化機采用了無重力原理工作在添加改性劑配比極小的情況下可使改性劑迅速均勻地與粉體碳酸鈣接觸粉體活化率可高達98%以上;同時由于改變了物料加熱方式大幅度降低了電能明顯降低了生產成本主控電機的轉速根據機內物料溫度智能自動調整避免了僅靠機械力摩擦升熱的效果不足和電能的浪費

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