Введение в модифицированные пластмассы: основы и производственные процессы
Основным оборудованием для производства модифицированных пластмасс является двухшнековый экструдер. Свойства модифицированных пластиков различаются в зависимости от используемых методов и добавок. Опираясь на более чем 20-летний опыт и технологические инновации, компания Yinsu Flame Retardant Company теперь поможет вам просто понять основы и процессы производства модифицированных пластмасс.
I. Что такое модифицированные пластмассы?
Основным компонентом пластика является смола. Поэтому его основные свойства в первую очередь определяются природой смолы, но значительную роль играют и добавки. Смола составляет от 40% до 100% общего веса пластика. Смола – высокомолекулярное соединение, не смешанное с различными добавками.
Модификация пластика относится к любому процессу, который улучшает или усиливает первоначальные свойства смолы физическими, химическими или механическими средствами. Пластмассы, подвергшиеся модификации, в совокупности называются «модифицированными пластиками».
Процесс модификации может происходить во время полимеризации синтетической смолы, известной как химическая модификация, например сополимеризация, прививка и сшивка. Это также может происходить во время обработки синтетической смолы, известной как физическая модификация, такая как наполнение, смешивание и армирование.
В реальном производстве пластмасс почти всегда добавляется определенная доля стабилизаторов, чтобы предотвратить деградацию сырья во время хранения, транспортировки и переработки. Поэтому немодифицированных пластиков практически не существует.
Все пластмассы можно улучшить по таким аспектам, как плотность, твердость, точность, технологичность, химические свойства, коррозионная стойкость, стойкость к старению, износостойкость, огнестойкость, барьерные свойства и экономическая эффективность с помощью методов модификации.
Модификация пластика является наиболее эффективным методом снижения затрат и повышения производительности. Он широко используется, особенно в промышленности по переработке пластмасс.
II. Зачем модифицировать пластик?
1. Концепция переработки ресурсов имеет глубокие корни.
Глобальные ресурсы всегда являются важной темой для человечества. Концепция переработки ресурсов глубоко укоренилась. Пластмассы производятся из продуктов переработки нефти, а запасы нефти конечны. Таким образом, переработка и повторное использование пластика могут сохранить нефтяные ресурсы и ответить на национальный призыв к сохранению ресурсов.
Переработанный пластик часто теряет свойства оригинального пластика. Чтобы использовать переработанные материалы для производства новых пластмасс, процесс модификации пластика неизбежен.
В зависимости от различных потребностей конкретные свойства улучшаются для производства соответствующих продуктов, предотвращая потерю ресурсов. Только путем переработки ресурсов можно добиться настоящей защиты окружающей среды и энергосбережения.
2. Расширение сферы применения пластмасс.
Для начала давайте обсудим преимущества и недостатки пластика.
Преимущества : Большинство пластиков легкие, обладают хорошей химической стабильностью, не поддаются коррозии, имеют хорошую ударную вязкость, что означает хорошую ударопрочность, хорошую электроизоляцию, низкую теплопроводность, простоту обработки, низкие затраты на обработку.
Недостатки : Плохая термостойкость, горючесть, склонность к деформации под напряжением, плохая стабильность размеров, невысокая прочность, хрупкость при низких температурах, плохая стойкость к растворителям и т. д.
В практическом применении такие свойства, как прочность, огнестойкость, ударопрочность и технологичность этих пластиков, должны соответствовать конкретным требованиям, чтобы их можно было применять на рынке.
Например, ПП, как пластик общего назначения, не может соответствовать требованиям к низкотемпературным характеристикам, жесткости и прочности в области автомобильных экстерьеров. Только после модификации полипропиленового материала для повышения жесткости и прочности он может соответствовать требованиям использования.
Повседневное применение часто требует, чтобы пластмассы обладали несколькими характеристиками: как определенной прочностью, так и устойчивостью к низкотемпературной хрупкости, изоляцией и стабильностью.
Целью модификации пластиков является расширение области применения сырья и значительное улучшение определенных свойств сырья, тем самым расширяя сферу применения пластмасс. Таким образом, значимость пластической модификации очевидна.
3. Синтез новых полимерных материалов сложен, неэкономичен и непрактичен.
С момента появления первого пластикового изделия индустрия пластмасс развивалась в течение 120 лет. Успешно синтезированы тысячи полимерных материалов, но лишь около сотни имеют промышленное значение. Более 90% широко используемых пластиков сконцентрированы в пяти смолах общего назначения: ПЭ, ПП, ПВХ, ПС и АБС.
Разработка новых полимерных полимеров не только требует огромных инвестиций, но и имеет неопределенные перспективы применения, поскольку не является ни экономичной, ни практичной. Поэтому эффективное использование существующих пластиков и расширение их характеристик за счет технологий модификации является наиболее экономически эффективным решением.
III. Каковы методы пластической модификации?
1. Модификация наполнителя (минеральный наполнитель)
Улучшает жесткость, твердость, термостойкость и другие свойства пластических материалов за счет добавления к обычным пластмассам неорганических (или органических) минеральных порошков. Существует множество типов наполнителей, и их характеристики чрезвычайно сложны.
Функции пластиковых наполнителей: улучшить производительность обработки пластмасс, изменить физические и химические свойства, увеличить объем, снизить затраты.
Требования к пластическим добавкам:
Химически инертен, не вступает в негативную реакцию со смолой и другими добавками.
Не влияет на водостойкость, химическую стойкость, атмосферостойкость, термостойкость и т. д. пластика.
Не ухудшает физические свойства пластика.
Можно заполнять в больших количествах.
Низкий удельный вес, существенно не влияет на плотность продукта.
2. Модификация армирования (стекловолокно/углеродное волокно)
Меры по усилению : Добавление волокнистых веществ, таких как стекловолокно или углеродное волокно.
Эффект армирования : может значительно улучшить жесткость, прочность, твердость и термостойкость материала.
Негативное влияние модификации: Однако многие материалы могут привести к ухудшению качества поверхности и уменьшению удлинения при разрыве.
Принцип армирования:
Армирующие материалы обладают высокой прочностью и модулем упругости.
Смолам присущи многие превосходные физические, химические (коррозионная стойкость, изоляция, радиационная стойкость, стойкость к мгновенной высокотемпературной абляции и т. д.) и технологические свойства.
После того, как смола смешана с армирующим материалом, армирующий материал может улучшить механические или другие свойства смолы, в то время как смола может связываться и передавать нагрузку на армирующий материал, придавая армированному пластику превосходные свойства.
3. Модификация ужесточения
Многим материалам не хватает прочности и они слишком хрупкие. Прочность и низкотемпературные характеристики можно улучшить, добавив материалы с более высокой прочностью или сверхтонкие неорганические материалы.
Упрочнитель: добавка, добавляемая в смолу для уменьшения хрупкости пластика после затвердевания и улучшения его ударной вязкости и удлинения.
Распространенные упрочнители – в основном вещества, улучшающие совместимость с привитым малеиновым ангидридом:
Сополимер этилена и винилацетата (EVA)
Полиолефиновый эластомер (POE)
Хлорированный полиэтилен (CPE)
Сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС)
Бутадиен-стирольный термопластичный эластомер (SBS)
Этиленпропилендиеновый мономер (EPDM)
4. Модификация антипирена (безгалогеновый антипирен)
Во многих отраслях промышленности, таких как электроника, электроприборы и автомобилестроение, материалы должны обладать огнестойкостью, но присущая многим пластиковым сырьем огнестойкость относительно низка. Этого можно добиться добавлением антипиренов.
Огнезащитные средства : также известные как антипирены, представляют собой функциональные добавки, придающие горючим полимерам огнестойкость. В основном это соединения элементов группы VA (фосфор), VIIA (бром, хлор) и IIIA (сурьма, алюминий) периодической таблицы.
Соединения с дымоподавляющим эффектом, такие как соединения молибдена, олова и железа, также относятся к категории антипиренов. Они в основном подходят для пластмасс, требующих огнестойкости, задерживающих или предотвращающих возгорание пластмасс, особенно полимерных пластмасс. Это затрудняет их воспламенение, увеличивает время воспламенения и способствует самозатуханию.
Классы огнестойкости пластика : поэтапно повышайте от HB, V-2, V-1, V-0, 5VB до 5VA.
5. Модификация атмосферных воздействий (против старения, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, устойчивость к низким температурам)
Обычно относится к морозостойкости пластмасс при низких температурах. Из-за присущей пластикам низкотемпературной хрупкости они становятся хрупкими при низких температурах. Таким образом, для многих пластиковых изделий, используемых в условиях низких температур, обычно требуется морозостойкость.
Устойчивость к атмосферным воздействиям : относится к ряду явлений старения, которые происходят в пластиковых изделиях из-за внешних условий, таких как воздействие солнечного света, изменения температуры, ветер и дождь, включая выцветание, обесцвечивание, растрескивание, меление и снижение прочности. Ультрафиолетовое излучение является ключевым фактором, способствующим старению пластика.
6. Модифицированные сплавы
Пластиковые сплавы — это новые материалы, полученные путем физического смешивания или химической прививки/сополимеризации двух или более материалов для достижения высоких характеристик, функциональности и специализации. Целью является улучшение свойств одного материала или объединение характеристик нескольких материалов. Они могут улучшить или улучшить характеристики существующих пластмасс и снизить затраты.
Пластиковые сплавы общего назначения : такие сплавы, как ПВХ, ПЭ, ПП, ПС, широко используются, и технология их производства широко освоена.
Сплавы инженерных пластиков : обычно относятся к смесям инженерных пластиков (смол), в основном включая системы смесей на основе конструкционных пластиков, таких как ПК, ПБТ, PA, ПОМ, ППО, ПТФЭ, а также материалы, модифицированные АБС-смолой.
Темпы роста использования сплавов ПК/АБС занимают одно из первых мест в области пластмасс. В настоящее время исследования легирования ПК/АБС стали горячей точкой в исследованиях полимерных сплавов.
7. Другие модификации
Например, использование проводящих наполнителей для снижения удельного сопротивления пластика, добавление пигментов/красителей для изменения цвета материала, добавление внутренних/внешних смазок для улучшения характеристик обработки материала, использование зародышеобразователей для изменения кристаллических характеристик полукристаллических пластиков для улучшения их механических и оптических свойств и т. д.
От температуры экструзии до конфигурации шнека, от дисперсии наполнителя до поверхностной прививки антипиренов — каждый грамм эффективности модифицированных пластмасс зависит от деталей процесса. Только за счет оптимизации кривых сдвига, пребывания и охлаждения внутри цилиндра безгалогенные антипирены могут достичь «невидимого» распределения и эффективного образования угля в полиолефинах. При обновлении материалов нет ярлыков. Только двойное точное владение оборудованием и рецептурой может превратить лабораторный рецепт в стабильно производимый серийно «барьер безопасности».
