扩大加工能力的新型材料

作者:文/本刊记者 Mikell Knights 文章来源:PT《现代塑料》2013年11月刊 发布时间:2013-11-12
本文介绍了5个采用新材料或特殊材料拓宽标准塑料加工应用潜力的可能性的案例.为塑料加工领域提供了新思路.

本文介绍了5个采用新材料或特殊材料拓宽标准塑料加工应用潜力的可能性的案例。为塑料加工领域提供了新思路。

可热成型的LCP

一种新的可热成型的液晶聚合物(LCP)为高温用部件的短期生产开发了潜力,传统上这些高温用部件是用PTFE涂层钢板或不锈钢制备的,如高性能的隔热板或工业烤盘。在烘烤应用中,LCP不仅具有轻量化、可用于微波炉烹调和固有的不黏性能的优势,还将通过更快的加热速度来提供节能。

Ticona工程聚合物公司的新Vectra T.rex 541 LCP被认为是第一个用于片材挤出和热成型的商业化LCP。它比注射成型的LCP具有更高的分子量,且赋予了更高的HDT、刚度、强度、伸长率和缺口悬臂梁式冲击性能。

这种新的LCP拥有良好的熔体强度和弹性。优化挤出熔体温度为345~360℃。Ticona公司用45.72cm的模头来挤出0.8~0.9mm厚的片材。约120℃的辊温赋予了优异的表面质量,没有孔、凝胶或流痕。成型温度范围为320~340℃,在150℃时,使用一个抛光的铝插件。

LCP加热和冷却非常迅速。防止热损失对于成功的热成型是必需的。因此,为了快速的周期,Ticona公司建议真空成型以及插件辅助的快速移动,此外可能还需要其他用于保温的特殊手段。

用可挤塑的新LCP制成的热成型部件显示出耐高温部件的潜力,如烤盘

对粒料充气

发泡注塑成型部件通常是用粒料中的化学发泡剂(CBAs)或者使用Trexel公司的MuCell微孔发泡工艺制造,该工艺使用注入机器料筒中的物理发泡剂。MuCell工艺需要对一个改性的注射装置和针对超临界流体(N2或CO2)的特殊计量设备进行额外的资本投资。CBAs不需要特殊的设备,但它们对发泡过程或部件孔隙率的控制较少。CBAs分解的副产品可以促进某些聚合物的降解,并且由于本质上的热稳定性不佳,CBAs不适合于加工高温树脂。

上述两种方法的优点可以相结合形成一种新的方法来生产含气粒料,然后把它们用于一台配备气体注射装置的挤出机上进行注塑。这种新方法称为“超临界含流体粒料注射成型发泡技术”(SIFT),Wisconsin-Madison大学和Energizer个人护理公司的研究人员在一篇论文中对此进行了介绍。SIFT生产的含气粒料可以在传统的注塑机上使用,不需要任何的改动或附加的设备。

这种充满气体的粒料是在单螺杆挤出机中生产的。使用Teledyne ISCO 260D高精度注射泵把气体注入挤出机机筒中;用微孔烧结金属制成的气体注射器被齐面安装在挤出机机筒的中心部分,来引入气体,同时防止聚合物回流;超临界气体在挤出机中混入聚合物中,形成一个单相的溶液;N2或CO2在实验中与低密度聚乙烯(LDPE)一起使用。

该粒料通过一个长丝模头挤出,在冷水浴中立即冷却以防止起泡或损失气体,然后造粒。粒料在烘箱中干燥以除去水分并储存在塑料拉链袋中。然后含气粒料被注射成型,生产发泡部件。

SIFT使部件密度降低了5%~12%。CO2更适合于SIFT过程,因为它更容易计量和定量加料以及在粒料中具有更好的储存寿命——CO2在树脂中的溶解度是N2的7倍以上,且CO2的扩散系数比N2小一个数量级,因此,CO2更易溶解,离开粒料更慢;又因为CO2(在3℃)比N2更容易液化,把发泡剂从气态转换到液态,可使计量更容易、更准确。

用15%小麦秸秆填充的PP(左)和纯PLA(右)制成的部件,显示出良好的超声波焊接性

新型“活性”吹塑薄膜

“活性包装”对于食品包装而言是一个较新的概念,其中挤出吹塑薄膜提高了产品的储存寿命和质量。泰国曼谷Chulalongkorn大学石油和石油化工学院的Pitchaya Naneraksa和Rathanawan Magaraphan介绍了获得该包装的一种新方法。他们评估了含有纳米粘土和铜纳米粒子的PP均聚物水淬冷吹塑薄膜,这些纳米粒子涂有聚乙烯吡咯烷酮。纳米粘土通过对气体渗透形成一个“曲折路径”的障碍,提高了阻隔性,同时铜纳米粒子(CuNP)贡献了抗微生物性。

膨润土纳米粘土和CuNP(粒子大小为2.5~5.0nm)的共混物与杜邦Surlyn离子交联聚合物混合成母料,然后将母料添加到PP中。其中,可使用不同比例的纳米粘土和CuNP,但总的填料用量应为1%。

虽然填充增加了薄膜的雾度和黄度,尤其是在CuNP含量较高的情况下,但所有的纳米复合材料吹塑薄膜用肉眼看却都是透明的。填充膜的拉伸强度和断裂伸长率稍微低于纯PP膜,但是大部分的降低可归因于PP和离子交联聚合物之间的不相容性。加入纳米粒子很少或不会引起撕裂强度的变化。

焊接生物基复合材料

“天然纤维生物复合材料,比如在传统或生物基树脂中填充亚麻、大麻、木材或小麦秸秆是一个年轻但正在发展的领域。这些材料的可焊性还没有被很好地了解。”俄亥俄州哥伦布市EWI(原Edison焊接研究所)的Sean T. Flowers说道。未增强的生物聚合物同样如此。Flowers研究了利用超声波焊接小麦秸秆填充PP,并对未填充的聚乳酸(PLA)生物聚合物的可焊性进行评估。

用小麦秸秆增强的注塑级PP可以从俄亥俄州阿克伦市的A.Schulman公司获得。两个品级AgriPlas BF20H-31(20%小麦秸秆填充PP)和AgriPlas BFF3015H-31(15%的小麦秸秆和15%的玻璃纤维填充PP)被用于确定焊接参数对焊接质量的影响。它们与15%玻纤填充PP和一个未填充并具有中等冲击性能的PP共聚物进行对比。

结果显示:添加小麦秸秆导致焊接强度的降低;含20%小麦秸秆的PP其最大焊接强度为整体强度的39.94%;与之相比,未填充的树脂其最大焊接强度为整体强度的63.4%;用小麦秸秆和玻璃纤维填充的PP,其最大焊接强度为整体强度的33.2%;20%玻纤填充PP的最高焊接强度为整体强度的43.7%;未填充的PLA显示出最大焊接强度达到88.6%的整体强度。

吹塑生物基共混物

Teknor Apex公司的Gregory J. Anderson表示,增加可再生物的含量同时减少温室气体的产生和对化石燃料的依赖,是吹塑再生高密度聚乙烯(R-HDPE)和热塑性淀粉(TPS)混合物的实验目的。采用蒙特利尔Cerestech公司授权的专利技术,Teknor公司在一台挤出机中用马铃薯淀粉制备TPS,并把它作为原料送入另一台挤出机中,与R-HDPE混合。

然后Teknor公司在中心层中用25%-TPS的共混物共挤出吹塑成型3层瓶子。这防止了TPS和纯HDPE外层某些颜料(珠光或金属)之间可能的相互作用。同时纯HDPE内层会保护TPS免遭与瓶子可能含有的苛刻化学品之间的相互作用。

Teknor公司称,在瓶子的制备中,与纯PE相比,使用TPS和R-HDPE使温室气体的产生减少了75%~80%,同时不会影响瓶子的外观或性能。与纯HDPE相比,TPS/R -HDPE共混物注射成型试条的测试显示,除了断裂伸长率降低很多以及比重略高一些外,在熔融指数、拉伸强度、弯曲弹性模量或悬臂梁式冲击强度上很少有或没有变化。

0
-1
收藏
相关文章
/
正在提交,请稍候…