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超切变塑化挤出机新技术发展

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  •    发布于2014-12-27 17:07:15

  目前,电阻加热与螺杆输送塑化依然是塑料熔融塑化最主要的方式,但业界对於不同熔融方法的探索从来不曾终止过。早前几年,华南理工大学就提出了电磁动态塑化理论与技术,而电磁感应加热技术也正为越来越多的挤出、注射加工与设备制造企业所接受。最近,市场上又出现多种新的熔融塑化技术。

  在CHINAPLAS2009国际橡塑展上,华南理工大学瞿金平教授发明的超切变塑化挤出机获得广泛的关注,有两家公司分别在不同展位展出了两台应用该机理的产品——超切变塑化挤出机。其中,3.1号馆展示的超切变塑化挤出机型号为SSPE-40,演示项目为LDPE吹膜,从喂料口到模头连接处只有25公分左右,这台挤出机挤出LDPE的最大产量为55kg/h,能耗只有传统的螺杆挤出机的三分之一;在13.1号馆展示的设备更大,型号为SSPE-80,挤出产量可达到200kg/h,现场演示PP中空格子板的成型。

  这一基於新型原料的塑化挤出机,完全抛弃了传统螺杆挤出机基於剪切和摩擦的输运和塑化机理,而是采用基於正应力作用的输运机理。该挤出机由若乾组叶片塑化挤出单元串联而成,每一组叶片塑化挤出单元的结构都类似於液压系统中的叶片泵,由泵体、偏心转子及叶片组成。工作时物料从偏心腔体的大端进入,然後被叶片推动到腔体小端并挤出到下一单元,期间物料完全在正应力的作用下被研磨、压实、排气和塑化。这一过程中物料的输运量是由泵中腔体的容积变化量决定的,输运效率基本上不受物料流变性能的影响。因此在挤出过程中挤出量受模头压力影响很小,挤出特性硬。而且物料在挤出机中的停留时间更均一,减小了物料的热历程差异。

  “另类”熔融塑化机理

  在2009年9月底於常州举行的先进成型国际论坛期间,中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室蒋炳炎教授介绍了另一项非常具有创新意义的塑化理论——功率超声熔融塑化技术。

  超声波应用於塑料焊接已经发展得非常成熟,而对於超声塑化,国内外研究者也已经进行了一些相关的实验研究。据蒋炳炎教授介绍,与加热塑化相比,超声波熔融塑化能够获得微观组织结构更均匀的聚合物熔体,而且结晶的晶粒更小。虽然中南大学主要侧重於将超声塑化应用於微注射成型的研究,但对以往对这一技术的的应用研究实际上更多集中於挤出成型领域。

  高效配混的多螺杆技术

  挤出技术的应用领域之广,在塑料加工业整体而言,其实很难用一个百分数来评价。因为,基於挤出加工的配混造粒技术,可以应用於塑料加工的大多数领域。正因为如此,满足更广泛的材料配混需求,甚至提高材料配混的效率是挤出业积极开发的一个重要方向。

  在先进成型技术论坛上,广东轻工职业技术学院轻化系高分子教研室徐百平博士介绍了其关於混沌流强化技术的尝试。通过在单螺杆螺槽内插入小螺杆实现动边界扰动,将分散熔融、混沌混合及强化传热技术应用於新的螺杆造型,这一技术获得了国家发明专利。徐博士介绍,由於小螺杆的螺距设计不同,其轴向输送能力及大小螺杆在运转过程中漏流间隙周期性变化,强化了分散混合,使得整个螺槽内的压力场也呈现出组合的波动效应,实现更好的混合与脱挥效果。

  格诺斯公司开发的MRS多螺杆挤出机主要针对PET片材生产线而开发,与常规的挤出机相比,创新的MRS系统能够将回收的PET瓶装薄片直接加工成片材,而不需要预先结晶和乾燥的步骤。据介绍,由於采用专利技术的多螺杆结构,MRS具备非常大的交换面积,从而可以提供无可比拟的排气功能。

  笔者在2009国际橡塑展期间邀请华南理工大学晋刚教授撰写展会观感时,晋教授也介绍了华南理工大学曾於“九五”期间开发了一种12螺杆挤出机,主要用於脱挥。

  可以看出,多螺杆挤出技术正受到越来越多的关注。

  造房子塑木的大胆应用

  塑木复合材料(WPC)具有巨大的市场应用潜力,几乎所有要求高硬度、强耐受性和抵御恶劣环境、抗风化及低维护、高寿命的领域均能找到它的身影,因此,塑木技术受关注程度不断升温,从最近几年塑木行业各种各样的会议及其受欢迎程度即可见一斑。尽管如此,将塑木应用於整座房屋建设恐怕还是让人不能不有些惊叹。

  日前,辛辛那提挤出公司介绍了一幢“用WPC材料建成的整座房屋”,其中涉及一个新的建筑理念——“集约化居住理念”,即利用WPC材料快速、简便建造全套房屋的模块化系统理念。这一理念由Tech-Wood公司提供。目前,第一批此类房屋正在欧洲和美国兴建。

  Tech-Wood公司依靠天然木纤维含量75%的配方用於生产建造此种房屋的木塑材料。配方中采用了长纤维,从而实现了6000-7000MPa的高硬度。用於承载部分的WPC型材更添加了金属或玻璃纤维成分,用於强化其承载力,以防止塑性流动并使其硬度达到1万-1.4万MPa。Tech-Wood公司将此技术连同辛辛那提公司为其度身定制的异向旋转双螺杆挤出机一并进行了注册,以吸引更广泛的市场关注。这一系统优化的抽真空系统用於天然木纤维含量达85%的混料加工,正适应了当前市场对此种热门原料进行加工的特殊需要。

  关注WPC市场的厂家已非常之多。KraussMaffeiBerstorff公司强调其产品包括基於PVC和聚烯烃的整个WPC产业链的技术,包括物料配混、材料处理、造粒和挤出成型,直到提供完整的解决方案。该生产线还有一个显着的特点,那就是天然纤维不需要进行预乾燥就可直接计量加入挤出机内。

  医用导管微成型精益求精

  医用导管应用前景广阔。世界年销售各种导管已达数十亿美元,仅在美国应用於冠心病治疗的医用导管数量就达数十万套,价值数亿美元。在国内,各种介入治疗等应用导管的治疗技术已普及到大部分的三甲医院,对医用导管的需求剧增,但绝大部分使用进口导管。

  笔者在IPF2008参观时,非常惊诧於PLA-C公司展示的三复合微型管成型技术。生产这一微型导管的是该公司专门开发的专用机型。其生产的三复合微型导管,三段管材的硬度、直径均不同,而最大的外径只有约0.5mm。这是该公司标准机型之外的特殊规格专用机型,所需安装空间极小,操作性好,并经过非常精巧的设计。整个系统包括的卷绕机、3台挤出机、3个齿轮泵、模头的同步系统、冷却槽、牵引装置、切割装置、废旧材料的捡取装置等都非常紧凑。通过触摸屏即可调整产品的外径并实现高品质的生产。

  事实上,国内近年来也在抓紧进行微型精密医用导管技术的研发。北京化工大学塑料机械与塑料工程研究所开发的用於医学用途的精密医用导管的成套生产技术及装备,可以生产各种单腔管、多腔管、多层复合管等医学用途的精密导管。据介绍,成套技术已经在北京、浙江、辽宁等地得到成功应用。本项目采用精密挤出核心技术,包括精密塑化技术、串联稳压系统、并联稳压系统、稳流模具技术、在线测径技术、在线侧厚技术、统计过程控制技术、基於DSC的多重闭环控制技术等,解决了精密医用导管的特殊生产要求。

  层倍增技术日新月异

  层倍增技术的发展日新月异。也许今天这一技术的应用还不那麽普遍,但技术发展的进程与应用的潜力让我们实在不敢小觑。

  EDI公司作为层倍增器领域的领先供应商,日前又推出一种全新的层倍增器,供流延膜生产厂家使用,不仅可以显着改进微层结构的性能,而且与其他层倍增系统相比(包括EDI以往提供的层倍增器),新型层倍增器的部署更容易,体积更小、通用性更强。公司技术副总裁GaryD.Oliver指出,新设计的模具有各种宽度规格,并已成功用於一种4.3米的产品。根据设计要求,系统进行倍增操作的熔融原料可以是三路、五路、七路、九路或更多路。EDI这套新系统体积小,该型号五层共挤块的长度只有152毫米,是早前版本的三分之一。

  国内厂家在这一技术领域同样不甘人後。知名的挤出平模头品牌运营商精诚模具最近成功开发微层共挤复合模头。微层共挤复合模头属“多层、微层共挤复合”技术,由微层分配器、复合倍增器、包覆分配器和歧管式或衣架式模头共同组成,由三台或三台以上的挤出机提供原料,实现在0.01-0.1mm范围内的50-1000层以上的微层共挤。它较以往的单层挤出而言,大幅度的提升了制品的柔韧性和强度,有效的减少制品断裂情况,特别是在双向拉伸和挤压的生产中所产生的裂纹问题。例如:一张普通薄膜,在相互作用下会因拉伸而立即破碎,但经过错层叠加的微层薄膜具有非常好的粘性、柔韧性和抗撕裂性,能够抵消超负荷力量,避免制品破碎。

  除模头外,辊架系统同样可以实现薄膜的层叠倍增。Davis-Standard的XPExpress辊架系统已证明了其应用的广泛性和效率。在阻隔领域,XPExpress利用层倍增器技术微层复合可以加工超过100层的片材。

  新能源领域机遇广阔

  太阳能被看作一种广受推崇的新能源产业而迅速发展,用於太阳能系统的封装膜挤出技术近来广受业界关注。常用於电子产品(如太阳能电池板)的塑料封装膜,生产过程中需要克服的最大难题是其自然收缩的特性。收缩不单会影响层合工艺,而且还会破坏晶片,造成浪费,致使生产成本提高。因此,用於生产封装膜的挤出生产线一定要严格控制加热过程,延长层合时间,确保薄膜维持低收缩水平,令层合更平稳和快速。

  德国Breyer公司推出的新挤出工艺能够在高速挤出EVA薄膜的情况下,保持较低的收缩率。对於模块制造商而言,使用低收缩薄膜,就可以使层合机在尽可能高的速度下稳定工作。采用低收缩薄膜可减少生产过程中的故障,使制造过程可靠、高效地进行。由於普通挤出系统的生产速度和产量都有限,所以Breyer公司开发了一种可生产EVA薄膜和其他粘性材料的、可获取高额利润的系统。除了生产低收缩膜外,与普通挤出系统相比,该系统还能够以更高的速度运行,从而可实现更高的产量。

  中国也有多家企业推出了用於太阳能电池胶膜加工的新型生产线。据新乐华宝机械公司介绍,其已成功为国内外客户提供多套不同宽度EVA太阳能电池胶膜的流延生产线,用於光伏电池工业和汽车工业。此生产线采用触摸屏控制,配有线速跟踪系统确保线性稳定,整体形成闭环系统。为方便售後服务,配有远程诊断功能。回火定型装置,采用烘箱定型,红外加热;输送采用防粘专用输送带,具有膜片跑偏校正功能。系统可以有效实现胶膜良好的定型、低收缩率,并可根据客户要求定做宽度1000-2100mm的成品,不同规格和产量的生产线。

  锂电池在我们的生活中应用得越来越广泛。EDI在锂离子电池方面进行了多年的工作,研制出一种能一次性在金属箔基材的两面涂上阳极或阴极浆料的模头系统。EDI提供两种类型的缝口模头涂层系统,可用於锂离子电池制造时涂敷液体,也可涂敷浆料。其中,Ultracoat®模头采用可调模唇,已用於大多数阳极和阴极涂层作业,包括双面涂层作业。Liberty®缝口模头采用固定模唇,尤其适合於超薄型涂层作业,例如在电极基材上涂敷低黏度底料。EDI制造的ContourTM流延薄膜模头也被锂离子电池制造企业用於生产隔离膜。

  总而言之,挤出塑料制品广泛的应用性实际上不断为挤出设备制造业提出全新的加工需求,因应市场需求,挤出技术在每一应用领域都表现出“新”潮涌涌之势。




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91再生中国物资再生协会副会长单位    中国塑协理事单位    浙江省电子商务促进会的副会长单位

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