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聚氯乙烯塑料捏和分散
伟大领袖毛主席教导我们:“离开具体的分析,就不能认识任何矛盾的特性。”
  捏和分散均匀与许多因素有关。增塑剂和稳定剂等大混和是有利于控和分散均匀的。在原料准备阶段还要对润滑剂、着色剂等在捏和料中分散状况进行研究,现在所用的润滑剂(如硬脂酸、石蜡等)在室温下一般是固态的,使用前需要熔融成液态,以便于称量,也有利于分散均匀。而对着色剂的分散均匀比较困难,必须着重考虑。除此以外,对捏和设备的操作条件也必须分析探讨。
  一、聚氯乙烯塑料颜料的分散
  促使小剂量的颜料均匀地分散到聚氯乙烯塑料中的主要方法是磨成色浆和配制母料。
  1、磨浆
  按比例定量秤取颜料和增塑剂,经搅拌器搅拌均匀后,再经三辊研磨机研磨成符合细度要求的浆料。
  三馄磨主要由铜挡板、压力调整机构、刮刀和传动机构四个部分组成。铜挡板装在中、慢速辊之间,有支头螺丝可校正上下和左右之间的距离,通过压力调整机构,可以改变轧辊间的松紧,并由锁紧轮可稳定轧辊的松紧程度。刮刀片用中碳钢板制成,贴在快速辊筒的表面,以刮下浆料。刀口的装置高度应高于滚筒中心线约3毫米。电机通过三角胶带的传动。经减速箱后,直接通过联轴器传入中速辊,再由中速辊传动快、慢速辊,作相对旋转。
  研磨后浆料细度可由细度板测定,如经一次研磨不能达到细度要求时,可以研磨多次。研磨可以破坏颜料的凝聚和减小颜料的细度,但是很多色浆在贮存过程中仍有凝聚作用,所以应该现磨现用。不仅颜料可以磨成色浆,其它一些助剂,如稳定剂、填充剂、防霉剂等也可以磨成浆料,减小细度,有利分散。
  2、配制母料
  所谓母料,即是由小剂量的助剂(如颜料、增白剂等)与大剂量的树脂按比例配合,经搅拌捏和成分散均匀的粉料。
  采用一般捏和机捏和母料的操作大致可以分为两类:
  1、用于软质塑料制品的母料:加入聚氯乙烯树脂(以结构疏松的棉花球树脂为好),稳定剂和增塑剂后,在蒸汽压力为3公斤/厘米2下搅拌捏和10分钟,以促使增塑剂渗入树脂后加入色浆,捏和50分钟至分散均匀后关闭蒸汽,通冷却水,冷捏和30分钟后出料,储存供配料用。
  (2)用于硬质塑料制品的母料:加入聚氯乙烯树脂、稳定剂和钛白粉后,在蒸汽压力为0.5公斤/厘米2下搅拌均匀,再加入色浆捏和60分钟,以促使分散均匀后关闭蒸汽,通入冷却水,冷捏和30分钟后出料,储存供配料用。



1楼2012-05-05 16:53回复
    二、捏和机的发展
      捏和设备主要是通过机械搅拌和热量(外部传热和摩擦生热)的作用,促使聚氯乙烯塑料的各组份分散均匀。以前用的捏和机主要有Z形搅拌捏和机、螺条式捏和机等,这类捏和机的特点是开放间歇式的,搅拌速度低,搅拌效率差。近来捏和设备逐渐从开放、间歇、手动、低速向着密闭连续、自动、高速方向发展,其中比较理想的是高速捏和机和管道捏和机。
      其主体是钢槽,槽底弯成两个半圆筒形,内有不锈钢衬里,钢槽附有夹套,可用蒸汽加热或通冷水冷却。
      槽壁两边安装搅拌器轴,轴内装有一对Z形搅拌器,外包不锈钢板,运动方向相反,主轴40转/分,副轴20转/分,速比为1:2。
      捏和机卸料用钢槽倾倒装置,可使钢槽倾斜120度,由电动机经螺杆传动,槽盖设有平衡锤,当钢槽倾斜时,盖自动开放。
      这类搜和机,因为搅拌叶是低速旋转的,所以捏和时发热少,混和到均匀状态时所需时间长,但是结构简单,设备费低。
      它是密闭的立型设备,在固定的容器内。由于搅拌叶的高速旋转而使物料混和均匀,因此称为高速捏和机。
      原材料从容器上部投入,由于高速旋转的搅拌,物料因离心力的作用由容器底部沿侧壁面上升,至旋转中心部位时降落,然后再上升和下降。在这循环过程中由于物料间的内部摩擦和从外壁的加热而使原材料温升,因此除了具有混和均匀的效果外,甚至还有可能使塑料塑化。挡板的作用是使物料运动呈流化状,更有利于混和分散均匀。
      容器的加热可用油浴传热,也可用蒸汽加热,二者各有优缺点。用油加热的升温速度慢,达到所要求的温度所需的时间长,但温度较稳定,物料在受热搅拌时不易结焦。用蒸汽加热的升温速度快,但温度不够稳定,物料易在锅壁处结焦,对质量有一定影响。一般采用油温为100°C,蒸汽压力为2公斤/厘米2。
      搅拌器包括底部的二片搅拌叶,以及可以垂直调整的挡板。搅拌器一般都是用一种特殊电极处理而形成一个坚质的保护层,并且装拆便利,底部的连续擦具与锅底的间隙为0.03毫米。搅拌器转速:低速为主430转/分,高速为860转/分。
      它主要由两部分组成:①粉状树脂与液体助剂混和物的连续定量给料装置,②管道捏和本体。
      树脂的连续定量给料装置可采用带指示及调节作用的皮带称量计,或电磁振动给料结合冲击式重量流量计来控制树脂的流量。而液状助剂混和物则可采用柱塞泵或定量齿轮泵的转速来控制其流量。两种物科按一定配比连续地进入管道担和本体。
      管道捏和机本体由二段φ1.25×1400毫米的混和管串联组成,管内配置一根多翼转轴,转轴由变速电机带动,以100O转/分左右的高速旋转。翼片共有30余片,其角度有正向反向之分。管外配置蒸汽夹套加热。物料在管内承受剧烈的机械剪切混和与夹套加热,仅需几十秒的管内停留时间,即可得到溶脂完善,分散均匀的捏和料,连续出料供塑化用。
    


    2楼2012-05-05 16:53
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      三、捏和工艺分析
        伟大领袖毛主席教导我们:“离开具体的分析,就不能认识任何矛盾的特性。”因此,对于聚氯乙烯塑料的捏和工艺必须进行具体的分析。聚氯乙烯塑料分为软质和硬质两类,无论是软质或硬质,捏和的目的都是使塑料中各组份分散均匀,成为一个均态多相的混和物。而两类塑料中所含的组份是不同的,在硬质塑料中,一般是不加或少加增塑剂(相当聚氯乙烯树脂重量的5~10%),成为所谓半硬质聚氧乙烯塑料。而在软质塑料中却加入大量增塑剂(相当聚氯乙烯树脂重量的40~80%)。因此硬质和软质塑料的捏和工艺也有所不同。
        1、硬质塑料的捏和
        对于硬质塑料捏和的温度控制有个认识过程,以前采用500升Z形搅拌捏和机时,是完全不加热的冷捏和方式,后来发觉捏和料粉尘飞扬严重,对操作人员身体健康不利,严重的会引起铅中毒,而且捏和料还不易塑化,影响生产效率。我厂工人同志在实践中发现,硬质塑料在加热捏和后,可以减少粉尘飞扬,同时有利于塑化。在500升Z形搅拌捏和机中,发现当蒸汽压力控制在3~4公斤/厘米²,捏和一定时间(如40分钟)后,捏和料的体积明显地缩小了,看上去有些发粘和潮湿的样子,捏和料粉尘不但不飞扬,而只好塑化。这是什么道理呢?原来是在硬质塑料中,一般添加有硬脂酸盐类(如铅盐、钙盐等),硬脂酸铅的熔点为104~110°C,硬脂酸钙的熔点在118°C左右,当捏和料温度上升到110°C左右时,它们就熔化或部分熔化而粘附在树脂表面,使树脂颗粒粘在一起,从而减少了树脂颗粒间的空隙,增大了树脂的堆积密度,减少了捏和料的粉尘飞扬,因为是热态捏和料,所以也有利于塑化。
        需要注意的是蒸汽压力不宜过高,否则,因为捏和料温度过高,在存放过程中,特别在夏季室温较高时,易发生分解变质的现象。
        高速捏和机,由于搅拌转速快,混和均匀,并产生摩擦热大,所以无论热捏和或者冷捏和,握和料粉尘飞扬相对减小,且有利于塑化。
        半硬质塑料捏和的加料顺序为:聚氯乙烯树脂→稳定剂→增塑剂→着色剂(色浆,母料)→填充剂→润滑剂。
        半硬质塑料以微加热捏和为好。如采用冷捏和,则不利于塑化,影响生产效率。如采用像硬质塑料那样热捏和,则少量的增塑剂(其中包括稳定剂,着色剂浆料中的增塑剂)极易被树脂吸收,而使稳定剂、着色剂结块,不利于分散均匀。同时,由于树脂吸收了增塑剂而产生溶胀现象,使体积增大,堆积比重减小,因此容易造成粉尘飞扬。如采用微加热捏和,则一部分增塑剂被树脂吸收,而另一部分增塑剂则吸附在树脂表面润湿树脂,一方面减小了粉尘飞扬,同时也有利于塑化。一般500立升Z形搅拌捏和机蒸汽压力控制在0.5公斤/厘米²,捏和时间为40分钟左右。
        2、软质塑料的捏和
        如上所述,软质聚氯乙烯塑料中添加有大量的增塑剂,为了使软质塑料经捏和后各组份分散均匀,成为一个均态多相的混合体系,必须对增塑剂和树脂的相互作用进行深人的研究。
        为了保证软质聚氯乙烯塑料在捏合过程中分散均匀,必须探索捏和过程中增塑剂对聚氯乙烯树脂的溶胀行为,从此获得判断捏和终点和合理制定捏和工艺的依据。
        作为线型极性高聚物的聚氯乙烯树脂,在增塑剂中首先发生体积膨胀的现象,称之为“溶胀。当树脂体积膨胀到分子间相对活动的阻力足够小时,才会开始出现树脂大分子和增塑剂小分子间的相互扩散,从而逐步溶解。在捏和过程中,要求溶胀完善,分散均匀。
        当我们在显微镜下追迹浸渍增塑剂的聚氯乙烯树脂在升温时的溶胀过程时,聚氯乙烯树脂温度在65°C以下几乎没有膨胀,在65°C以上则出现明显的膨胀现象。温度继续上升,体积也继续膨胀,但是当温度达到85°C附近时,膨胀的速度反有降慢的现象,这个现象持续到100°C时才又开始迅速膨胀,直至聚氯乙烯树脂与增塑剂界面消失。
        这种溶胀的转折情况,可从温度对聚氯乙烯树脂的固有状态的影响及增塑剂分子的扩散作用来理解。因为在65°C以下,树脂处于玻璃态下,增塑剂分子的扩散也是极慢的,当温度升高时,加快了增塑剂的扩散速度,使少量的分子渗入到树脂颗粒中,而逐步使树脂颗粒成为有弹性的状态。同时也为增塑剂的扩散提供了有利条件,使树脂体积迅速膨胀,这称为第一溶胀温度。但随着增塑剂在树脂外层渗入深度渐深时,增塑剂的扩散力有所下降,以致在85°C附近出现膨胀缓慢的现象,这是增塑剂浓度在树脂内部逐步平衡的过程,抑制了树脂周围的增塑剂渗入速度,所以体积膨胀的速率反而下降。这也可以说明聚氯乙烯树脂在增塑剂中溶胀是一个扩散控制的过程,这称为溶胀中止温度。当温度继续上升至树脂内部增塑剂浓度渐趋平衡的时候,使增塑剂在树脂分子中活动又有可能,加快了扩散渗入速度,树脂的体积又重新迅速膨胀,这重复出现的溶胀温度称第二溶胀温度。温度的继续升高,不但增
        塑剂向树脂扩散,同时树脂也渐渐向增塑剂内扩散,这种双向的扩散结果,最后使树脂的颗粒界面消失,此时的温度称为溶化温度。
      


      3楼2012-05-05 16:54
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        通过试验,使我们认识到在生产中可以采用测量捏和料体积变化的方法来作为判断树脂溶胀程度的依据,并可继续探索软质塑料捏和过程中影响溶胀完善和分散均匀的因素。
          (1)不同物理构型的聚氯乙烯树脂对溶胀的影响:在树脂制造过程中,由于用的分散剂不同,制得的树脂颗粒形状也不相同,有棉花球状和乒乓球状两种。棉花球状的结构便于增塑剂的渗入,它没有明显的第一溶胀温度,因为它一开始就溶胀,而且达到视比容(单位重量捏和料所占体积毫升/克)极大值时的温度也比乒乓球状为低,时间也快。而乒乓球树脂有明显的起始溶胀温度(65°C),在生产过程中,因为没有过量的增塑剂,所以随着温度的升高,也不出现第二次溶胀现象,但达到视比容最大值时也是85°C左右,这与实验数据还是相符的。在生产过程中一也可观察到,当树脂体积膨胀到视比容最大时,说明树脂周围的增塑剂己全部为树脂所吸收,只是增塑剂在外层。当增塑剂浓度在树脂内部进一步平衡的时候,出现树脂体积反而缩小的现象,以致视比容下降,出现凝胶化状态。在这种清况下,加入其它小剂量的助剂时则不利于分散均匀。因此在捏和过程中,小剂量助剂的加料顺序需要十分注意。
          (2)不同类型增塑剂对聚氯乙烯树脂溶胀的影响:增塑剂对树脂溶胀与增塑剂和树脂的混和性(相溶性)关系很大。
          由于增塑剂对聚氯乙烯树脂的溶胀起始温度和达到视比容极大值的温度是不同的。在塑料生产配方中,由于增塑体系的品种和用量不同,所以捏和工艺也有所不同。
          (3)增塑剂预热对聚氯乙烯树脂溶胀的影响:增塑剂预热与不预热对树脂溶胀的影响也不同。
          增塑剂预热后,加快了它的扩散速率,强化了传热过程,在同样捏和条件下,可使树脂达到溶胀最高蜂的时间缩短,这对提高捏和效率、提高设备生产能力有很大好处。
          除了增塑剂预热外,树脂也可以适当预热,这对于提高捏和效率也是有利的。
          在软质塑料捏和过程中,为使树脂和增塑剂溶胀完善,使捏和料分散均匀,还必须注意加料顺序。当捏和料需要加入一定量的填充剂(如碳酸钙)时,首先将树脂和增塑剂混和,使树脂溶胀完善,然后再借助于机械搅拌,使溶胀完善的树脂再与填充剂充分混和。如若将树脂和填充剂先混和,随后加入增塑剂时,则因为填充剂的颗粒构型一般比树脂更为疏松,当二者同时存在时,则增塑剂首先渗入填充剂颗粒中,而不能起到树脂溶胀完善的作用。当捏和料中加入一定量的浆状配合剂(如稳定剂、着色剂等)时,也应使树脂溶胀完善后再加入,这样有助于分散均匀。若在树脂溶胀前就加入,则树脂先吸收浆料的增塑剂,而使配合剂造成结团,以致分散不均匀。
          对于多组份的软聚氯乙烯塑料,捏和过程中用定量的方法来测定各组份的分散均匀性是十分繁复而困难的。但是,我们可以采用测定各阶段捏和料中某一重要组份(如稳定剂)的含量变化或定性的方法比较,即取各阶段捏和料直接热压成试片后,将试样进行烘箱鼓风热态化试验,对比捏和料的稳定性,以资摸索不同捏和工艺对稳定剂分散均匀性的影响。也可以肉眼观察试片上白色稳定剂斑点或着色剂斑点的大小和多少,以资区别组份分散状况。也可以对压片后的试样用手感觉其软硬分布的均匀性,以资判断增塑剂的分散和吸收情况


        4楼2012-05-05 16:54
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          至少从这篇文章可以看出,尽管那是个卫星漫天飞的年代,但塑料工业的从业前辈们还是非常富有严谨的科学精神的。
          这篇论文里的观点,到现在这个时代(过去了半个世纪),仍然有较大的参考和指导价值。
          向老前辈们致敬!


          7楼2012-05-07 12:10
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            两弹一星就是那个年代整出来的,那可没东西可以抄的,而这三十年啥都没整出来。


            8楼2012-06-09 11:13
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