含有填料的挤出

作者:Frankland塑料咨询有限公司 Jim Frankland 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2017-07-26
当不能确定是否可以在当前的系统上挤出填充树脂时,你可以以挤出未填充聚合物为基准点,通过一种估算方法来快速获得答案。

填料被添加到聚合物中,会带来许多不同的性能变化和改进,包括:可以改变物理性能、降低成本、减轻重量、改变导电性,并提高热性能等。在大多数情况下,它们还对挤出过程中的加工性能有影响。

有一个问题经常会被问:填充聚合物是否可以在当前的挤出系统上进行加工?这个问题可以针对惰性填料来回答,它们在混合后不会发生化学变化或者溶解。但是找到这个答案需要以未填充聚合物作为一个基准点。

大多数惰性填料的比重(S.G.)都比聚合物高,这会增加配混后的比重。由于挤出机螺杆是一种定容装置,因此具有较高比重的复合物通常会增加与密度成正比的比输出(lb/h-r/min)。这可能导致在较高的填料用量下传动装置过载。

为了评估这种可能性,一些简单的计算将提供指导。所附的表给出了这样的计算所需要的一些数据。请注意,填料比聚合物有更高的比重和更低的比热(把规定数量的一种特定物质升高温度所需要的能量)。例如,40%碳酸钙(CaCO3)填充聚丙烯配混后的比重可以通过如下的“混合物公式”计算出:

填料会改变复合物的比输出,因此必须通过计算来确保挤出机的传动不过载

1 / [(%聚合物/聚合物比重)+(%填料/填料比重)] =混合物比重

例1

混合物平均比重:

1 / [(0.60 / 0.72)+(0.40 / 2.71)] = 1.019

(注:聚合物熔体密度被用于此计算中)

在这个案例中,采用40%碳酸钙填充聚合物,挤出机的比输出将增加40%以上(1.019/0.72 =1.415),因为CaCO3的比重是聚丙烯的3倍,且螺杆根据转速具有相对固定的体积输出。

我们也可以使用相同的混合物公式,来准确估算出一个非合金混合物的平均比热。

例2

混合物的平均比热:1/[(0.60/0.5)+(0.40/0.1994)]=0.312(BTU/lb-℉)。

由于一根单螺杆上约90%的传动功率是用来提高从固体到熔体的聚合物温度,因此我们可以求出填充和未填充聚合物所需传动负载的比值。纯聚丙烯和混合物所需功率的比值可以在相同的熔体温度下通过各自比重乘以比热再作除法近似求出,因为输出体积大约是相同的:

纯聚丙烯:0.72×0.5=0.36; 混合物:1.019×0.312=0.318; 传动负载的比值:0.318/0.36=0.883

这表明填充聚丙烯的功率要求与纯聚丙烯相比降低了11%。这意味着填充40%碳酸钙的聚丙烯会有一个较低的电动机负载并且在螺杆的比输出或最大转矩上不需要改变。但是,如果你加工含有40%碳酸钙的尼龙6,则传动负载将几乎完全和纯尼龙6相同,因此说所有变量的组合决定了负载。

表 计算所需要的一些数据

因为这是一个简化计算,所以几个变量会影响其准确性,主要的一个变量是添加40%碳酸钙后发生变化的黏度。

惰性填料几乎总是增加黏度,从而增加了通过模头的压降,并且会减少输出。然而,增加的机头压力也增加了熔体温度,所以对所需功率的整体影响往往与计算相符。请记住,在含有40%重量份碳酸钙的聚丙烯中,填料的体积份仅约为15%,即混合物中仍然含有85%体积份的聚丙烯。此外,惰性填料通常不会改变加工剪切速率范围内的剪切灵敏度,所以填充聚合物在模头中的流动将不会有明显的变化。

综上所述,当考虑填充聚合物的挤出加工时,快速估算可以减少很多困难,并且预测到可能的设备变化。

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