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别错过!常用塑料工艺大全,80%的人都不知道的干货~
常用塑料的简易燃烧鉴别方法
对于普通的塑料品种利用燃烧方法即可比较准确鉴别。燃烧时的火焰颜色、气味以及离火后的状态等可以作为鉴别的根据。
下表为一些常用塑料的燃烧特征。
对于有些改性品种,其燃烧特征已经改变,须在实践中反复验证确定。
塑料造粒之7种常见切粒问题及解决方案
之前,给大家介绍过挤出造粒过程中常见的五大问题及对策。今天,小编将以线料切粒与水下切粒两种工艺为出发点,再为您分析常见的7种切粒问题及相应的解决方案,并为您的切粒生产线能持续大量生产出优质产品提供一些建议。
01
连粒问题
连粒是指一系列粒子彼此相连的情形,即在某些情况下,粒子之间通过薄膜端面对端面或者以切向的方式连接在一起。在加工过程中,几个工艺问题可能独自或共同导致此种现象的发生。
加工水太热就是造成连粒的一个原因,在此情况下,应该降低水温以给予粒子表面足够的淬冷。
水流速度过低也是引起连粒的一个原因,它会导致粒子切粒室速度减慢,进而出现粒子团聚。
如果模头的孔眼距离过近,在加工过程中出口膨胀将会造成粒子触碰,其解决方法就是采用大间距、孔数少的模头替换现有模头。
02
拖尾问题
所谓拖尾,就是粒子边缘有些突出,切割边缘就像曲棍球杆的形状,它看起来像一个位于切口底部的污染物或者撕扯物。
其产生的原因是,切割装置在此处没能进行干脆利落的切割。一般情况下,从线料切粒机出来的正确切割粒子应该是一个直角圆柱体,从水下切粒机出来的正确切粒应该是一个近乎完美的球形。
通常,不容易出现料末的材料也会因为拖尾而产生料末。假定所有的加工参数都经过了检查,拖尾一般可能被诊断为切割问题。
对于线料切粒生产线而言,其解决方法是更换滚刀与底刀以提供崭新且锋利的切刃;或按照制造商手册规定的数值重新确定设备间距。
对于水下切粒线而言,需要检查模板与刀刃,以确保没有刻痕,因为刻痕和沟槽常常引起拖尾。
03
料末问题
对于许多结晶性材料而言,如通用聚苯乙烯,料末似乎是一种常见且特有的危害。它们之所以成为加工商需要面对的问题,是因为它们会改变材料的体积密度,在挤出机机筒中降解或烧焦,为输送过程带来麻烦。树脂生产商的主要目标是生产均一的粒形,即具有既定的长度和直径,没有来自料末或外来物质的污染。
针对此问题,可通过调节设备并控制一些重要的工艺参数,达到减轻料末的目的。当进入切刀时,线料生产线的温度应尽可能接近材料的维卡软化点,以确保线料尽可能受到热切,从而避免破裂。
针对特定的聚合物,选择带有适当切粒角度的滚刀,在减少料末方面发挥着重要作用。对于未填充聚合物,应尽量使用司太立合金钢或工具钢滚刀,并使滚刀和底刀刀口保持锋利,以避免弄碎聚合物。对于切粒之后的后续设备,无论加压还是真空设备,都要避免裹入空气。
对于水下切粒线,要确保在加工过程中保持足够的顶住模面的刀压,并适当调节切粒后的停留时间,以确保粒子进入干燥机时是热的。
04
底刀破裂问题
切粒设备的底刀是一种坚硬的碳化钢片,在其适当位置上焊有因瓦合金,能使它通过螺纹安装到支架上。通常,底刀的刀刃转动后就会出现底刀破裂的现象,对此,可采取适当措施来避免这种问题,在此过程中需要仔细遵照制造商设备手册上推荐的办法进行。
在此,需要特别强调的一点是,有螺纹的因瓦合金芯棒是通过银焊固定到位的,它有一个剪切限制,容易在安装时被过大的转矩破坏。另外,在旋转或安装中,破裂的底刀易发生移位,并会在切粒机中飞散,破坏滚刀的刀刃,提高维修费用。
05
收缩空隙问题
收缩空隙和空心粒料表明线料的回火不恰当。收缩空隙轻微时可能只是粒子端面上的一个小坑,而严重时可能会产生空心粒子,就像调酒棒一样,这种现象出现的情况是,线料的芯部温度接近熔融状态,且线料被切粒后马上收缩。而得到正确回火的线料,其界面的温度梯度会保持恒定,且其被切割时对冷却介质(空气或水)没有响应。
收缩空隙出现的具体原因是,当加工水对特定的聚合物太冷时,线料的外表层冷冻住,产生了一个硬壳,而把热量留在了线料芯部;另外,线料在空气或水中没有足够的浸泡时间,导致线料芯部的热量不能转移到线料表面,从而无法进行良好的截面冷却。
水下切粒生产的粒子,由于熔体中存在被困的挥发物,也会出现收缩空隙,一种有效的预防措施是检查挤出机上的真空孔。
06
线料漂移问题
线料漂移是线料在喂入平台上存在的向一边集束的倾向状态,它会引起料粒质量变差、存在细长条和加工紊乱等问题。
如果切粒机切割平面没有平行于挤出机挤条模板,那么线料将会出现向左边或右边拥挤的趋势,最终导致线料漂移。
另外,造成线料漂移的其他原因还包括下喂入辊与刮刀的间隙不恒定、下喂入辊的直径不一致等。
07
线料控制问题
细长条是切粒机生产出的一类非正常的产品,顾名思义,其长度比常规粒子尺寸长,长出的尺寸通常在几英寸范围内变动。细长条(也称为斜角切割粒子)的出现表明线料喂入滚刀时的线料姿态控制不好,具体而言是由于线料在喂入滚刀时并非处于垂直角度,因此在切割时,线料末端将出现一个倾斜角度。
喂入辊(咬入点)和滚刀(切割点)之间的距离称为压进距离,在这个跨度上没有任何东西用以控制线料。切粒机不同于木板刨床,如果喂入辊安装不正,或者工况差,那么塑料线料将不会以垂直于切割面的角度喂入到切割装置中,如此一来,线料开始彼此交叉,引起切割质量的进一步恶化,最终产生严重问题。交叉的线料将迫使两个喂入辊彼此分开,使线料失去张力,进而导致线料暂时垂落,使线料偏向喂入辊的两边。出现上述问题的预警信号是,上喂入辊处于糟糕的工况,存在沟槽、裂纹或者变色(老化或热导致的硬化)等现象。
其他线料控制方面的常见问题还包括:下喂入辊磨损,这将引起牵引力的损失;不正确的线料淬火工艺,这将会导致线料象蛇一样剧烈弯曲;还有磨损的线料模板,它将产生各种直径不同的线料。不仅如此,制造商们还要警惕极端磨损的滚刀和顶住线料的底刀,因为底刀负责把线料推到切割点,防止切刀在超高转速下运转,因为这种超高转速会引起线料摇摆。
在水下切粒系统中,细长条产生的主要原因是由于喂入速度与切刀速度不匹配,在此情况下,需要增加切刀速度来匹配喂入速度,或者减小喂入速度来匹配切刀速度。另外,在加工过程中还要确保切割刀头上有足够的刀片,以保证粒子具有正确的几何形状,并检查是否有模孔发生聚合物料流的慢动或阻塞。
PVC制品中增塑剂的迁移机理、影响因素及抑制方法
PVC制品中增塑剂的迁移扩散会导致制品出现发黄、变硬、变脆等现象,影响制品使用性能。更为严重的是,用量最大的邻苯二甲酸酯类(PAEs)增塑剂具有潜在的致癌风险,从PVC制品中迁出后存在危害人类健康、污染环境等问题。因此,研究PVC制品中增塑剂迁移机理及抑制方法,对抑制迁移的发生及开发非迁移性PVC制品具有重要的意义。
增塑剂迁移机理
增塑剂与PVC分子之间作用力为较弱的范德华力和氢键,在加工和使用时增塑剂容易向外界发生迁移扩散。
增塑剂的迁移扩散方式主要有四种:
①从PVC制品表面挥发至大气中;
②被PVC制品接触的液相抽出;
③向PVC制品接触的固体或半固体物质中发生迁移扩散;
④在压力作用下由PVC制品中渗出。
增塑剂的迁移扩散主要经历三个阶段:增塑剂向内表面扩散,在内表面形成“横卧”状态,扩散离开制品表面。
增塑剂的迁移扩散可视为聚合物中小分子物质的传递,是在聚合物链段间的空隙进行迁移。聚合物分子链段通常包括线型、支链型及交联型,而链段间又会产生排列和堆砌,因此,聚合物内部空间网络结构极其复杂,同时存在晶区与非晶区。非晶区多为无定形形式,链段间空隙多于晶区,因此,小分子在晶区的迁移扩散速度低于非晶区。晶区、非晶区、分子链段形态会随温度等外界条件的变化而发生变化。
2
增塑剂迁移影响因素
影响增塑剂在PVC制品中迁移扩散的因素主要有温度、PVC制品特性、增塑剂分子特性、增塑剂含量、介质等。
①温度:温度能够显著影响扩散的发生,温度越高,原子热激活能越大,迁移越容易发生。
②PVC制品特性:主要体现在链段自由体积和链段运动特性。当增塑剂分子移动所需最小自由体积小于高分子链段自由体积时,增塑剂分子能够扩散通过该高分子链段。PVC中自由体积越大,增塑剂分子越容易发生迁移。PVC分子链段不饱和度越高,运动性越强,增塑剂越容易发生扩散。
③增塑剂分子特性:增塑剂的相对分子质量直接影响其迁移能力,相对分子质量越大,在PVC制品中越难发生扩散。当增塑剂分子体积相同时,扁平或长形分子的增塑剂要比球形分子的增塑剂易于发生扩散。
④增塑剂含量:其它条件相同时,增塑剂含量越大,迁移越容易发生。
⑤介质:一般来说,增塑剂被油相溶剂抽出较易,被水相抽出较难。
3
增塑剂迁移抑制方法
为了抑制增塑剂迁移扩散过程的发生,抑制增塑剂迁移的方法有PVC表面处理、PVC接枝改性、与高分子增塑剂共混、加入纳米粒子、加入蒙脱土、有机溶剂浸泡、与PVC形成共价键、增塑剂改性等。
(1)PVC表面处理
①表面交联。
对PVC表面进行交联,可减少PVC链段间的空隙,从而抑制增塑剂的迁移扩散。PVC表面交联可形成二维交联网状结构,对增塑剂分子形成“牵拉”、“包裹”作用,阻碍增塑剂的迁移扩散。交联改性的方法通常是将PVC与叠氮化物、硫化钠等反应,进行等离子处理,或进行紫外光照射。
②表面涂层。
为了减少聚合物内增塑剂的迁移和抽出,可以采用在聚合物表面包覆一层非迁移物质的方法。将Cl原子被取代的改性PVC溶解在有机溶剂中,将其涂在软质PVC制品表面,通过加热或紫外光照射使涂层固化,采用该方法形成一层30μm的薄层就可以阻止增塑剂的迁移。
(2)PVC接枝改性
对PVC接枝改性可将PVC分子链与其它功能链通过分子键连接起来,限制或减少PVC链段运动,减少增塑剂的迁移扩散。β–环糊精(β–CD)是由7个吡喃葡萄糖分子连接形成的环状化合物,具有圆台形空腔结构,两端由于羟基存在具有亲水性,空腔内由于C—H键存在具有疏水性,疏水性的空腔结构可吸附并包埋增塑剂分子,从而抑制增塑剂的迁移。同时,接枝后β–CD形成的弯曲通道可抑制增塑剂的迁移。添加β–CD技术简单,但与PVC相容性较差,配伍不均匀。
(3)与高分子增塑剂共混
有些高分子材料与PVC共混时,和PVC具有良好的相容性,可以降低PVC的玻璃化转变温度,提高柔性,起到与小分子增塑剂类似的作用,可看作是PVC的高分子增塑剂。同时,该类增塑剂分子量较高,通常大于1000,与小分子增塑剂相比具有良好的耐迁移性和耐低温性,又称为永久型增塑剂。高分子增塑剂一般价格昂贵,加入后会降低PVC制品透明度,同时,高分子增塑剂存在塑化效率不足的问题,与小分子增塑剂复配后能够增强塑化效率。
高分子增塑剂主要有三类,分别是聚酯、乙烯共聚物及弹性体。聚酯增塑剂由饱和二元酸和二元醇缩聚而成,分子量在800~8000。聚酯增塑剂与小分子增塑剂复配后,能够吸引和固定小分子增塑剂,阻止其向PVC表面扩散。乙烯共聚物主要有乙烯–乙酸乙烯酯共聚物、乙烯–丙烯酸共聚物、乙烯–一氧化碳–乙酸乙烯酯共聚物(Elvaloy)等。Elvaloy为杜邦公司产品,具有优良的增塑效果。丁腈橡胶(NBR)是一种弹性体增塑剂,NBR与DOP复配后,能够减少DOP的迁移。
(4)加入纳米粒子
纳米粒子比表面积大,表面原子多,表面原子周围缺少相邻原子,有较多悬空键,具有不饱和性,易吸附其它物质,如极性小分子增塑剂。同时,纳米粒子在PVC中本身不易迁移,可对PVC分子链及增塑剂分子的运动起到阻碍作用。因此,在PVC中加入纳米粒子能够减少增塑剂的迁移。
加入纳米粒子技术简单,成本低,但会降低增塑剂迁移效率,并且可能会降低PVC制品耐水性、透明性和力学性能等。
(5)加入蒙脱土
蒙脱土是一种含水硅铝酸盐粘土,具有独特的片层结构,片层厚度约l nm。蒙脱土经过有机改性处理后,片层间层间距增大,将蒙脱土与PVC混炼,可以使蒙脱土片层以单片的形式分散在PVC中,片层结构可以对增塑剂分子形成“迷宫通路”,阻碍增塑剂的迁移,从而起到抑制增塑剂迁移的作用。
然而,蒙脱土的加入会增加PVC加工难度,同时不利于PVC热稳定性。
(6)有机溶剂浸泡
增塑剂在PVC中的迁移扩散是通过PVC链段间的空隙进行的,含有增塑剂的PVC可看作处于橡胶态,PVC分子链段柔软;当PVC中不含增塑剂时,可看作处于玻璃态,PVC分子链结构致密,没有空隙。将PVC制品短时间浸泡在有机溶剂中时,PVC制品表面增塑剂先迁移至有机溶剂中,形成两层不含增塑剂的玻璃态“结晶薄层”,PVC内部的增塑剂再向溶剂迁移时,遇到“结晶薄层”的阻挡,迁移扩散速度减慢。
(7)与PVC形成共价键
PVC分子链与增塑剂分子之间无化学键存在,相互作用弱,在加工及使用过程中,增塑剂容易发生迁移扩散。如果将增塑剂分子接枝到PVC分子链上形成共价键,使增塑剂成为PVC的一部分,就可以有效避免增塑剂的迁移扩散,一般是将小分子增塑剂亲核取代PVC分子链上的Cl。
(8)增塑剂改性
为了降低或消除小分子增塑剂渗出,可以对小分子增塑剂进行改性处理,以增大小分子增塑剂的极性或分子量。常用的方法有向增塑剂中引入Cl原子、氯化原位接枝、在小分子增塑剂上接枝大分子基团等方法。利用自由基取代连锁反应,将Cl引入脂肪酸甲酯中,得到氯代甲氧基脂肪酸甲酯,改善了增塑剂与PVC的相容性和耐迁移性,且具有一定的阻燃性能。