评估多材料回收用螺杆的设计

作者:Frankland Plastics Consulting,LLC Jim Frankland 文章来源:PT塑料网 发布时间:2020-11-12
由于许多塑料产品是用熔点差异很大的多种材料制成的,因此在回收这些产品时必须仔细考虑螺杆设计。

当前,塑料回收越来越受到关注,必须想方设法来避免在回收共挤出或共注射成型部件时出现的加工问题。许多塑料产品是用几种不同的聚合物层组成,以提供特殊的性能,比如阻隔性、光泽度、颜色和耐磨性等,这些聚合物层非常薄,在设计回收用螺杆时必须予以考虑,对于半结晶聚合物尤其如此。

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当回收用多种材料组成的产品时,必须仔细考虑螺杆的设计(图中展示的是由N.E.W. 塑料公司制造的共挤出货架板,它包含矿物填充工业用后HDPE芯层和有色HDPE表层)

半结晶聚合物直到非常接近其熔点时才会完全软化。例如,一个用半结晶聚合物(例如HDPE)和一层附加的半结晶层(如PET)共挤出或重叠注射成型的部件,其中HDPE的熔融温度为130℃,PET的熔融温度为260℃。由于回收产品的大部分(例如90%以上)是HDPE,因此其标准的加工温度通常为188~204℃。PET在这个温度下甚至不会开始软化,更不用说熔融了。以某种方式使整体加工温度达到使PET也能熔融的温度,则会使HDPE降解或焦烧。与之相反,如果主要聚合物是PET,则所需的加工温度将使HDPE严重降解。

当回收用无定形聚合物层或无定形聚合物的组合制造的部件时,几乎没有什么需要担心的,因为它们通常会软化并在远低于其标准加工温度的条件下变成橡胶状。这样,标准的加工温度与此温度使聚合物通过螺杆中紧间隙的能力极不匹配。无定形聚合物的软化点称为玻璃化转变温度(Tg)。为了不堵塞螺杆,每种无定形聚合物的挤出温度需与Tg保持一定的距离。半结晶聚合物也有Tg,它们被称为半结晶,是因为它们含有一部分非晶态聚合物。但是,非晶态通常不会对流动造成很大的影响,并且可以认为半结晶聚合物是到熔点时才会流动。因此,在本讨论中,我们认定熔点比Tg更适用于半结晶聚合物。

在回收具有结晶聚合物层的共挤出或共注射部件时,必须仔细评估屏障型螺杆和剪切式混合机(比如各种Maddock型混合机)的使用。如果其中的一层是熔点比主要聚合物的标准加工温度高得多的半结晶聚合物,则其将被困在屏障型螺杆紧密间隙和混合机混合段的后面。这样,较高熔点的半结晶树脂在混合机中不仅会分解而且流过屏障式螺棱和剪切间隙,甚至相对较低百分比(<5%)的高熔点聚合物也会堵塞螺杆,从而导致产量不稳定和降低。

对于任何回收的材料,包括薄膜,必须注意聚合物组分的熔点和相对软化点,以确定螺杆设计是否适合该聚合物组合。如果存在热不相容性,则必须仔细评估屏障型螺杆和限制性混合装置的使用,并且螺杆设计要基于不使用此类装置的熔融情况。这通常会限制潜在的产量,因此需要输入原始估计值以获知加工回收物的收益性。没有紧间隙的其他类型螺杆,将使熔点更高或Tg更高的材料像惰性填料一样简单地通过螺杆。

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