改性母料加工技术进展综述

　　【塑胶五金网】摘 要： 本文就改性母料的生产设备、加工工艺的关键技术新进展进行了综述。

　　关键词： 改性母料 加工技术

　　1 前 言

　　改性母料是我国塑料行业发展 快的新兴改性材料之一，已成为改善塑料制品性 能、降低产品生产成本、替代合成树脂的环境友好材料。塑料改性母料是以无机粉体 (碳酸钙、滑石粉、硅灰石、高岭土等)、合成树脂 (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)、化学助剂 (偶联剂、增塑 剂、相容剂等) 等多种不同性能的材料，经过共混、混炼、挤出工艺生产而成的复合 材料。

　　目前，我国改性母料产量达到200万t/a以上，生产厂家几乎遍及全国大多数省 市，生产工艺、加工设备及相关技术虽然都大致相同，由于该行业起步晚、发展快，尚 有诸多方面亟需探讨规范完善之处。本文结合各地不同生产厂家的实际生产经验，对改 性母料的生产工艺技术进行综合叙述，供同行参阅。

　　2 生产设备

　　改性母料的生产设备目前使用较多的主要有高速加热混合机、同向平行双螺杆挤 出造粒机组，尚有少数生产厂家采用密炼机和单螺杆挤出造粒机组等设备。现就高 速加热混合机、同向平行双螺杆挤出造粒机组在改性母料生产中的工艺技术要求作 一介绍。

　　2.1 高速加热混合机

　　俗称高混机或高搅机。高混机是改性母料的重要设备之一，它的性能、构造、结构 等对改性母料的产量、性能、能耗、品质、外观等起着关键作用。改性母料对高混机的 要求，除了正常的结构外，还应采用油浴式电加热系统、三层搅拌桨、立式斧头状导流 板、自动控温系统等。

　　油浴式电加热系统加热快，受热均匀，特别是高搅锅底部周边尽量都设计有加热 结构，才能保证产品质量和提高生产效率。搅拌桨设计为三层十字平直型结构，或 带圆盘式结构，搅拌桨要牢固可靠，旋转平稳，搅拌桨距离锅底部平面的间隙和锅 周边的间隙要小，才能达到在正常生产时，放料后高混机锅底部基本无剩存料。导 流板在改性母料生产工艺中起着不可忽视的重要作用。一般采用立式可上下调节高 度、导流方向可适当转动的立式斧头形状的导流板，斧头状立式导流板可提高物料 共混效果和混合效率。

　　高混机可使无机粉体在一定的温度下，经过偶联剂 (助剂) 的活化包覆，与增塑 剂、合成树脂均匀共混，并得到初步塑化。高混机的结构设计和正确使用，是改性母料 产量和产品主要技术指标的重要条件。

　　2.2 同向平行双螺杆挤出造粒机组

　　同向平行双螺杆挤出造粒机组简称双螺杆挤出机。双螺杆挤出机在改性母料生产中 已得到广泛应用，近几年来，双螺杆挤出机的制造工艺、螺杆转速、控制精度、操作技 术都得到了不同程度的完善提高。

　　改性母料使用的双螺杆挤出机螺杆长径比一般在32：1～40：1。目前，各个厂家 的螺杆螺纹元件排列形式差异较大，为了提高物料塑化性能、增加混炼剪切效能， 往往装配数块反向混炼块和多段捏合块，这些元件在提高混炼剪切性能的同时，物 料剪切摩擦产生过多的热能靠螺筒外部通水 (风) 强制冷却进行温度控制，剪切摩 擦过强还使主机扭矩过大，电流过高，造成能源浪费，还易使低分子材料和助剂在 高温下分解析出，影响母料的性能。采用适当的螺纹元件排列方式，使物料在多混 炼、少剪切、快输送的挤出过程中，可减少低分子材料的挥发，降低载体树脂的热 降解，保持合成树脂和助剂的物理性能，改善改性母料外观，是改性母料 的生 产工艺选择。

　　3 加工工艺

　　3.1 活化包覆

　　无机粉体大多是亲水性材料，它与助剂、树脂的相容性是影响改性母料质量的重要 因素。经过高混机活化处理后的无机粉体表面均匀地包覆与树脂性能相近的亲油性助 剂，在与树脂共混过程中，形成良好的界面相容性，是保证改性母料产品质量的重要条 件。活化效果验证可采用约60℃的清水在透明杯中浸泡，并适当搅拌，观察粉体是否 呈絮棉状漂浮在水面，而且浸泡时间越长，水液清澈无浑浊沉淀物，证明活化效果 越好。

　　3.2 共混预塑化

　　无机粉体在高混机中经过活化后，加入不同的增塑剂 (硬脂酸、聚乙烯蜡、石 蜡、白油等) 与树脂共混，使无机粉体、塑料助剂、合成树脂等不同性能的原辅材 料界面相容，并根据产品性能要求，在高混机中的温度、搅拌形成的压力等作用下 得到预塑化。预塑化后的物料由粉状固体逐渐变为团块状或黏糊状。预塑化程度高， 物料熔体流动速率大，分散性好，塑料制品外观较好，但塑料制品的力学性能有所 下降。

　　3.3 挤出工艺

　　双螺杆挤出造粒机组在改性母料生产中，主机的设计、构造、性能都很重要，在生 产加工时，温度、转速、机头压力等工艺条件的相互协调配合都很重要，这些都是提高 生产效率和产品质量的关键因素。

　　温度控制是影响产品质量和产量的主要条件，温度的设定要根据主机转速、喂料 量、物料性能、工艺配方等综合考虑。为了减少物料的分解和保持物料的物理性能，保 证正常生产的同时，选择适当的低温挤出工艺，是非常必要的。

　　近年来，平行双螺杆挤出机的螺杆转速从300r/min提高到600r/min，正常生产中， 主机的螺杆转速一般控制在额定转速的60%～80%为宜。适当的转速可节省生产电能， 减轻设备磨耗，提高生产效率，延长设备使用寿命，保证产品质量。

　　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热切和拉条冷却切粒 两种方式。双螺杆挤出机制造厂家比较注重主机的改进提高，而对辅机的应用技术研究 相对较少。如模面热切生产中，改性母料产量高、物料黏度大、颗粒冷却慢，经常出现 模面切粒风罩中物料结团、输送管道堵塞、冷却效果差、车间噪声大等问题。还有机头 模板出料孔径、孔眼数量、风机的风量调节、输送管道的直径及冷却形式等，这些现象 及设计结构，各个厂家都不尽相同，或多或少存在着缺陷和不足，直接影响了产品质量 和产量。拉条冷却造粒方式分为水冷却拉条造粒和近几年新兴的钢网带输送造粒工艺， 目前很多厂家采用了钢网输送带冷却造粒工艺，这种工艺可避免水介质造成的物料水分 高，解决了断条影响操作生产等问题，提高了生产效率，但车间的布局空间需要增加。 辅机的设计加工与主机质量都同样重要，希望设备制造厂家应引起重视，并与使用单位 加强沟通交流，提高设备的生产效率和生产质量。

　　4 原辅材料

　　填充改性母料主要原料以烯烃树脂为载体，以非金属矿物粉体为填料，表面活化 剂、增塑剂、分散剂及其他助剂等原辅材料生产而成。

　　4.1 树脂的选择

　　塑料改性母料的载体树脂首先要参照改性母料在塑料制品使用时的性能要求来选择 树脂品种。改性母料的载体与塑料制品的树脂性能及牌号尽量相类似，如果使用不当， 会产生混合不均匀、塑化不良、力学性能下降、加工工艺不稳定等。所以，在改性母料 中选择适当的树脂品种牌号是非常重要的。例如，北京燕山石化产的LDPE牌号IF7B 是改性母料中使用 多，分散效果也非常好的树脂，但在拉伸强度、冲击强度要求高的 制品中缺陷就会凸显。在加入适量LLDPE时，这些缺点就会得到改善。聚丙烯粉料是 改性母料用量较多的载体树脂，在使用中还要考虑到，有些石化公司在聚丙烯粉生产过 程中未添加抗氧剂、热稳定剂等助剂，或添加的助剂数量和混合工艺尚有不足之处，会 使聚丙烯粉在加工过程中受热后，造成力学性能下降。在改性母料生产中，近年来，有 些厂家添加EVA、MLLDPE、POE等改性材料，使产品性能得到明显改善和提高。选择 两种以上的载体树脂进行共混复合使用，也会取得较好的效果。

　　熔体流动速率 (MFR) 是塑料加工工艺中的重要技术指标，也是改性母料的主要 指标。由于改性母料受无机粉体、树脂、助剂、加工工艺等各种因素的影响，它的 MFR经常出现不同的变化。一般合成树脂的MFR越小，力学性能越好，但流动性较 差，挤出过程中螺杆扭矩增大，加工温度需适当提高; MFR越大，则反之。改性母料 的MFR可调整树脂、助剂的品种和数量及加工工艺。

　　4.2 填料的选择

　　在改性母料生产中，大多数厂家都是以碳酸钙母料为主，用量 多的是重质碳酸 钙，约占80%以上。重质碳酸钙矿石来源有方解石、大理石等，碳酸钙的微观结构一 般呈四方体、六方体或不规则的方形结构颗粒状，具有流动性好、白度高，价格低廉、 原料来源广泛的优点。滑石粉改性母料应用量正在不断加大。滑石粉呈片状结构，比表 面积大、吸油值高，流动性差、白度低于碳酸钙; 滑石粉改性母料具有优异的力学性 能，拉伸强度、冲击性能、耐热性、抗蠕变性等都有明显的优势; 在薄膜类制品中还具 有透光率高、阻隔效果好等优点，是改性母料发展潜力 大的产品。滑石粉改性母料与 碳酸钙改性母料，因材料性能、结构、工艺配方的不同，无论是价格还是性能及用途， 都有各自的优势和不足，前者以填充降低成本为优势，后者是以改性增强为特点，两种 产品不具有可比性。

　　无机粉体可改善塑料制品性能，粉体的粒径控制要求非常重要，粒径越大，粉体颗 粒分布不均匀，改性母料性能越差; 粉体粒径越小，改性母料的力学性能越好。但是在 实际应用中，由于粒径过小，易产生静电，形成微小颗粒的凝聚结团，效果而反之。所 以，在选择无机粉体时，根据产品的用途和要求考虑确定无机材料颗粒的大小。颗粒的 粒度分布非常重要，根据产品要求，颗粒分布范围越窄，越有利于生产加工，产品性能 越好。

　　无机材料中的水分及易挥发物对改性母料的质量性能影响较大。国家行业有关标准 对无机材料的水分及易挥发物指标要求≤0.5%，在实际生产应用中证明，当水分及易 挥发物≥0.3%时，就会影响产品质量。水分越少，越有利于生产加工和提高产品质量。

　　4.3 加工助剂

　　在改性母料中除了树脂、无机材料外，各种助剂虽然所占比例很小，但它们是不可 忽视的质量指标控制的重要因素。由于大部分助剂都是有机低分子材料，熔点低、易流 动，在塑料加工工艺中具有内外润滑的作用，可明显降低物料与物料、物料与设备的摩 擦因数，提高生产效率，改善制品的外观及特性，所以助剂的选择与加入量直接决定着 改性母料的质量、成本和应用效果。

　　5 结 束 语

　　填充改性是塑料改性的重要的核心技术，它是无机粉体、合成树脂、塑料助剂等不 同门类的技术工艺的有机结合。目前我国的填充改性母料是塑料工业用量 大、应用 广、发展 快的行业之一，已形成了原辅材料、加工助剂、机械制造等相关行业的庞大 的专业化群体，在塑料加工行业中具有一定的规模和影响力。随着全球经济一体化和塑 料工业的飞速发展，塑料的填充改性也要适应新的市场发展要求，不断研制开发具有多 功能的新产品，为塑料工业的发展发挥积极的作用。

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