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高填充母料的配混造粒

  • PT《现代塑料》2017年增刊1
  • 文/本刊记者 李欣达 刘兴
  • 时间:2017-04-26
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高填充母料可显著降低塑料制品的原材料成本,为企业带来经济效益,因而日益受到塑料加工企业的青睐。但高填充母料的制备却因为高含量的填料而具有相当大的挑战性。为此,本期“热点话题”特别邀请了莱斯特瑞兹机械(太仓)有限公司挤出机部门总监高荣宝先生,就如何高效高质量地实现高填充母料的混配造粒作出解答。

PT:作为塑料行业中的一种重要原材料,高填充母料得到了广泛的使用。那么,市场对于高填充母料是如何界定的?换言之,当母料中的填料含量达到怎样的水平时可以称之为高填充母料?

高荣宝先生:聚烯烃高填充母料是常用的高填充母料,填料一般为无机填料如:碳酸钙、滑石粉等,含量可达85%。

PT:目前,高填充母料在哪些领域中应用比较多?

高荣宝先生:在聚合物中加入填料既改善了聚合物性能又降低了配混料成本。但凡用到粉体填料的领域都可以用高填充母粒来替代。填充母料改善了塑料改性和塑料加工成型的生产环境、提高了物料处理效率和生产线自动化程度、提高了劳动生产率,在塑料行业得到越来越广泛的应用。以碳酸钙填充母粒为例,可应用于生产透气膜、尿不湿和管材等领域。

PT:基于高的填充量,配混商们在配混造粒过程中容易遇到哪些加工方面或是可能影响母料质量的问题?

高荣宝先生:以高达85%碳酸钙聚烯烃高填充母粒为例,碳酸钙作为功能性填料或矿物改性剂加入聚合物中可以增加异型材的耐久性和刚性或者生产透气膜,亦或作为填料降低配混料的成本。首先,要根据最终应用要求选择合适的碳酸钙类型,如白垩、石灰石还是大理石。与石灰石型相比,大理石型的碳酸钙不易湿润和分散,很难混入聚烯烃熔体里,因此,大理石型碳酸钙不宜用于高填充母料。

其次,碳酸钙表面应经过处理,以改善其湿润和分散性、减少团聚改善流动性、改善力学性能、降低吸湿和改善抗紫外性。另外,碳酸钙粒径对其在聚合物载体内的湿润和分散性影响很大,会影响母料的加工性(如最高填充量和产量等),如较小粒径的碳酸钙使湿润和分散更难。除粒径外,粒径分布以及填料的表面特性(如比表面的大小)对母料的性能也有影响。碳酸钙原材料的含湿量也应控制在0.1%~0.2%之间。

对挤出机提出的主要的工艺要求有两个方面:

1) 能把大量的碳酸钙粉料加入挤出机;

2) 能将填料出色地分散并与聚合物载体混合均匀。

涉及5个工艺步骤:

1) 聚合物基料的熔融;

2) 聚合物基料熔体对填料的湿润;

3) 附聚体和集聚体的分散(分散混合);

4) 填料在基料中的均匀混合;

5) 熔体的脱排气和均化

PT:这些问题可能与生产线中的哪些因素有关?

高荣宝先生:要充分满足以上的工艺要求完成工艺步骤,必须对整个生产线,包括物料的处理输送(不同的原材料供料形式,25公斤、大包和料仓)、配方可控的预混料吸料系统稳定准确的失重计量喂料、挤出机工艺加工段(包括自然排气和真空强制排气)、下游设备的配套(如齿轮泵、在线换网器和水下切粒机)和控制系统等进行科学设计。如失重计量喂料单元在补料过程中不允许有任何冲料的现象,也不允许由于架桥和振动引起计量的波动。采用传输螺杆进行补料是最为可靠的。计量单元钢平台的合理设计。挤出机应有尽可能大的自由空间允许加入最高比例的填料,螺杆应有较高的扭矩,机筒应有高效率的加热和冷却,应合理设计加工段机筒和螺杆结构实现工艺步骤达到工艺要求,在达到出色的分散和分布混合效果的同时达到高产量,设备运行安全可靠高效节能等。

PT:针对这些问题,贵公司能够提供哪些有效的解决方案?请详细阐述贵公司解决方案所带来的实际效果。

高荣宝先生:莱斯特瑞兹ZSE MAXX系列同向双螺杆挤出机具有如下四大特点,为生产上述碳酸钙高填充母料提供了有效的解决方案。

1.螺杆元件的外内径之比高达1.66,挤出机加工段内的自由容积极高;

2.螺杆比扭矩达到15 Nm/cm3,挤出机设备加工能力强;

3.创新的螺杆芯轴设计,使极高的自由容积和极高的比扭矩在一台设备上同时实现;

4.机筒采用加热棒加热和创新的冷却设计及高效和免维护的同轴电磁阀,机筒调温效率极高。

PT:在确保母料质量的同时,贵公司的解决方案还有哪些其他方面的优势,如成本、生产效率或能耗等?

高荣宝先生:ZSE MAXX系列挤出机具有的四大特点,使挤出机的工艺加工窗口更为宽泛,一台设备适用多种要求苛刻的配方(如高剪切、高扭矩、热敏性和剪敏性配方等),在达到出色的分散和分布混合效果的同时,产量也大大提高,比能量输入降低。设备的灵活性很强。该产线不但能生产高达85%碳酸钙高填充母料,同时基本上不用作什么大的调整就可以生产其他类型的配方,如滑石粉母料,钛白粉母料或硫酸钡母料,以及三氧化二铝、氢氧化镁等无卤阻燃料。在自动化控制,产能、生产环境,劳动生产率,节能等方面,该生产线将传统的高填充母料生产线提升到国际先进水平。

PT:除了合理地选择设备外,能否通过改良配方来解决高填充母料配混过程中的一些问题?您对此有何好的经验或建议?

高荣宝先生:产量高质量好的高填充母料配混生产对产线系统的设计、根据最终应用要求选择合适的填料、配混技术和设备提出了很高的要求。作为全球领先的双螺杆挤出机和配混技术和整体解决方案提供商,莱斯特瑞兹在2016年为中国客户提供了数条高填充碳酸钙母料和纤维级炭黑母料生产线,赢得了市场和客户的高度认可。

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