塑料加工业的新方向：直接混炼

发布时间：2007-12-17 19:20:03点击率：0

技术类别：塑料加工技术

通常来说，树脂生产（聚合）的步骤、树脂配混与树脂加工是按先后顺序（图1）分别进行的。对于加工商来说，配混常是很复杂的，要去避免这个复杂性。另外一方面，因为要满足终端产品的要求，针对每个特定用途来获得合适的混料就要付出越来越多的努力。加工商必须至少了解配混机的语言，因为否则他将不能估计出成分与工艺对产品性能产生的作用。而且，加工商必须能讲配混机的应用语言，目的是把他顾客的需要转化为混料将要满足的要求。这代表着获取必要技艺的步。以此方法，加工商获得了开始内部自行配混所必需的工具。

图1：制造、混炼、加工的细节

        树脂制造商有着更大的生产设施（）。与通常消耗相反，这些设施生产的不仅是单纯的通用树脂，而且更多的还是具有特殊分子结构的树脂。分子结构呈“梳形分子”。根据分子结构，相同分子量可以表现出明显不同的零剪切粘度值。低剪切率下的粘度可以按几种量级顺序而变化，并影响模头出来的熔体的延伸加工过程。

        现代催化技术能在大规模生产设施中生产出定制的分子，这是新东西。所以，现在出现了大数量的特殊产品。然而，日常操作需要大得多的多样性，以满足多样的特殊要求。但是所需要的不只是昂贵的特种产品。根据用途，可以通过掺入聚合型填料生产这些产品，所需终端产品的性能可用合理价格、以小的满意度而获得。这些方法已经为许多加工商所熟知，他们在把各成分定量加入到挤出机中的同时将它们混合。这就是通向直接挤出之路的步。

    在独立配混厂进行的配混代表着一个中间步骤。他们有着与加工商和终端用户共同开发针对某一用途的配方的技能。对于许多中小型挤出与注塑操作来说，这通常是一种为经济的解决方案。大型加工企业也可以考虑内部自行配混。操作越是专业化与越大，直接挤出的经济性就越是良好。除了工艺以外，质量与成本也是直接在加工企业的控制之下。内部自行配混的成本节省约为10%，而直接挤出约为30%。每一种情况都是不同的，只有分别计算才会提供精确的结果。

    机器上的要求

    配混可以在单螺杆或多螺杆挤出机上完成。然而，除了特殊情况以外，单螺杆挤出机被限制于简单配混操作当中。通过利用互啮自清扫型螺杆与组合式结构，同向旋转双螺杆挤出机具有很多的优点。对于每个加工作业来说，定制的套筒与螺杆形状可以被组装。紧密互啮的同转双螺杆挤出机已经被成功应用于多种聚合物当中，除了PVC-U。除此以外，还有多种特殊机器在直接挤出领域的重要性还不大。行星型辊子挤出机占据了特别的地位。它将齿啮合严重变形引起的良好分散与的散热结合在一起了。

     迄今为止，当使用双螺杆而不是单螺杆时，加工量相同情况下的成本要高出许多。因为双螺杆的加工量随功率而提高，所以关系随尺寸增加而改善。自从双螺杆技术的初期以来，已经做出了套筒部分短的组合式系统。用一套组合式系统来处理尽可能多的加工作业已使这些系统价格不菲。在K2004展览上，出现了接受灵活性受限的初次尝试，目的是实现更为优惠的成本。除了用于中小规格的4D标准套筒长度以外，6D和8D套筒具有优势。对于类似在直接挤出中常碰到的单一用途系统，可以用上更长的套筒，在极端情况下甚至可用上一件式的套筒。在反转式双螺杆挤出机中，一件式的长套筒是标准件。螺杆也可以一件式地被做出来，但这只是在确实知道加工任务和出现的磨损少时才实用。

    单独或预混地、以所谓分开加料技术把各成分加入到料斗及系统中对于直接挤出是典型的（图2）。聚合物与所有固体成分通过套筒口进入，它们占系统加工量的15-30%。紧接着熔融之后，占加工量30-60%的填料与增强物在一侧或更多侧喂料装置的帮助之下被添加进来。因为这些材料含有大量的气体，所以需要排气。接着就进行润湿以及与聚合物的融合。融合代表着典型的配混操作：混合、剪切与拉长。通常来说，挥发性成分必须通过真空被清除掉。的加工步骤是通过产生形状的模头，为过滤与排料积累压力。在这里，双螺杆有着不足。为此，齿轮泵以及偶尔甚至是单螺杆挤出机被用于积累压力。双螺杆螺纹越深，压力积累能力就越小。除了反转双螺杆挤出机以外的所有其它配混系统也需要压力积累装置，把熔体顶着模头而排出来。

        必须注意到混炼机常见的很多细节。以细粉或粗粉的添加及在加料段的作用为例，这个问题将会更为清楚地被显示出来（图3）：粗糙填料含有的气体少，可以在上游就被排掉。颗粒尺寸小的轻质填料含有大量的气体。如果气体在上游被清除，它会阻碍加料，并且干扰输送。当排气在下游进行时，小颗粒开始在捏炼模块中熔融，形成一种烧结块，所以挤出能以无尘的方式在高加工量的情况下进行。

    在混炼中，螺杆形状对成功与否有着影响。熔融借助捏合块进行。在这里，会出现局部高压，把块状物压入到通常不会再破碎的所谓二次块结物之中。专门的混合段被用于混合。专门的捏合块组合确保在混合各种聚合物以及分散性混合添加物时，熔体具有一定的剪切率与拉伸率。螺杆流道中混合与剪切的效率约比专门混合与剪切段的低上两个数量级，这一般是正确的。这是混炼企业的技艺派上用场之处。

图4：差动称重加料器沿混料螺杆的排列，量少的成分被添加，并即刻粘合成混合物

        各种成分的添加

        重要的成本因素与把各种成分加入到混炼机进料口与后续侧面加料装置有着联系。在这里也可以发现技艺的主要部分。实际上在定量加料时，每种成分的表现各不相同。只有圆形与大个的颗粒可以被简单地定量加入。多数添加物细小且带尘，呈小板或针形，需要有关处理方面的专门知识。对于储存、输送、向称重式喂料器的填充与排空，还很少有良好解决方案，太多的都是不足够的。在每一个行业展览会上，复杂散料处理的系统种类与制造企业以及持续进展都是一种惊喜。差动称重式加料器对固体与液体材料的称量极为准确

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