塑料工業(yè)節(jié)能技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

1、塑料工業(yè)節(jié)能技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略貫徹“節(jié)省能源，節(jié) 約資源，環(huán)境保護(hù)，以人為本 ”的可持 續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是 整個(gè)塑料工業(yè)發(fā)展的方向，是 產(chǎn)品研發(fā)、技 術(shù)創(chuàng)新的新理念，是 科學(xué)的發(fā)展觀。我 們必須盡早、盡 快地 完成從傳統(tǒng)觀念向科學(xué)發(fā)展觀的這一轉(zhuǎn)變，在 塑料工業(yè)早日 建立起以此為基礎(chǔ)的新的發(fā)展平臺，這 將有助于縮小我國與 世界塑料工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距。節(jié) 能技術(shù)必將在塑料工業(yè)從 原料、加工到設(shè)備的各領(lǐng)域得到不斷的發(fā)展。本文 從節(jié) 省能 源 、節(jié)省 資 源 和環(huán)保 角 度論 述 了 塑料 工 業(yè) 所發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域和主流技術(shù)。1 塑料原料產(chǎn)業(yè)中的節(jié)能 技術(shù)1.1 高 熔融 指 數(shù) 樹脂其節(jié) 能實(shí) 質(zhì) 是

2、 提高 熔 融指數(shù) ，改善 材 料的 流 動性，減 少加工中的能耗。嵌段 PP：Atofina 公司 通 過轉(zhuǎn)換 催 化劑 獲 得 具有 熔 體 高流 動指 數(shù)、而 又 保 持 高沖擊 強(qiáng) 度的嵌 段 聚丙 烯 共 聚物 ，熔 融指數(shù)為 20，牌號為 PRW265；Eltex 公司用成核劑 來控制嵌 段共聚物的硬度。合 成此種節(jié)能樹脂的難度在于，一 種沖擊 強(qiáng)度高、剛 性好的材料，往 往與熔體的流動速率之間相互沖 突。2001年，荷蘭格林DSM化學(xué)公司生產(chǎn)出第四代產(chǎn)品，嵌 段共聚丙烯，熔體流動指數(shù)35，能保持在較低的模腔壓力（6 0 8 0巴）獲得薄壁制品，熔融溫度從245C降到225C，比

3、傳統(tǒng)成型循環(huán)周期縮短 15%， 從而有效地降低了加工中的能 耗；2000 年， 丹麥 Konggens Lyngby Boreal 公司推出 嵌段 共聚 PP， 熔融指數(shù)為 30， 吹塑成型可疊放的耐壓制品， 滿 足用戶期待的這種高流動指數(shù)、能 縮短成型周期、降 低能耗 的原料， 據(jù)稱“所減少的壁厚和重量已達(dá)到設(shè)計(jì)的臨界參 數(shù)， 流動性和機(jī)械性能都得到提高”， 生產(chǎn)一個(gè) 295g 桶的 保壓壓力從原來的 630 巴降到 540 巴， 生產(chǎn)周期縮短 15%， 使螺桿長徑比縮小到 22；2004 年， Atofina 公司推出 PPC10642 牌號的共聚 PP， 熔融指數(shù) 45， 比原熔融指數(shù)

4、30、 35 品牌的成型循環(huán)周期縮短 10%，更 省電能；窒 素公司開發(fā) 的非交聯(lián)高剛性、高熔體拉伸強(qiáng)度的新型PP,比現(xiàn)有熔體拉 伸強(qiáng)度高達(dá) 10 倍， 而其機(jī)械性能與現(xiàn)有的相當(dāng)， 且可以回 收利用。一 位巴塞爾公司聚烯烴類開發(fā)工程師說， “德國的 加工用戶期望使用高流動性樹脂，是 為了縮短循環(huán)周期，降 低能耗”，又 說“我們感興趣的是設(shè)備循環(huán)周期，這 是我們 將流動指數(shù)從 13、 14 調(diào)換為 30 的真正誘因。我 們期望得到 降低容器壁厚而保持沖擊強(qiáng)度的材料，大 家都在尋找這種高 沖擊強(qiáng)度與高流動性之間相平衡的材料”。選擇樹脂必須考慮加工中的節(jié)能，因?yàn)楝F(xiàn)在擠出機(jī)、 注塑 機(jī)、吹 塑 機(jī)等

5、的 塑 化裝置 大 都是螺 桿 式，其 剪 切作 用 是 加工的主導(dǎo)機(jī)理，大 部分的電能、機(jī) 械能都消耗在高分子塑 化與流動時(shí)的粘性耗散上，因 此提高熔融指數(shù)是節(jié)能有效措 施。否則，再好的材料也難以推廣應(yīng)用。例如，茂金屬聚烯 烴塑料（MPE MPR MPS等），采用茂金屬催化劑，使大分 子主鏈上的支鏈減少，能 精確地控制分子量，使 分子量分布 得很窄，雜 質(zhì)極少，因此，性能優(yōu)越。但 是，由于分子量高， 加工難度大，擠出純的MLLDPE時(shí)，背壓太大，現(xiàn)有擠出設(shè) 備難以承受，為適應(yīng)加工，目前，只能加入40%的LDPE或 HDPE進(jìn)行共擠，因此可以預(yù)測茂金屬聚烯烴推廣應(yīng)用的關(guān) 鍵，仍 是加工中的節(jié)能

6、問題，是 如何提高熔融指數(shù)，但 又不 以降低性能為代價(jià)。同樣的例子還有， 超高分子量聚乙烯 （HUMDPE） ， 分子量從 200500 萬， 具有強(qiáng)度高， 沖擊韌性 好，摩 擦系數(shù)小，防 靜電性強(qiáng)等十分優(yōu)越的性能。但 同樣面 臨加工上的困難，有 的為改善其加工性能加入低分子量聚合 物，但 對超高性能帶來了影響，變 成準(zhǔn)超高分子量聚乙烯的 加工；采 用液晶通過原位復(fù)合的機(jī)理提高強(qiáng)度，用 自身的低 粘度和熱遷移特性改善其加工中的流動性，但 用此項(xiàng)技術(shù)穩(wěn) 定地生產(chǎn)還尚須時(shí)日。由此不難看出 ，從加工節(jié)能角度研發(fā)新材料顯得十分 重要。1.2 增 強(qiáng)復(fù) 合 塑 料1.2.1 納 米增 強(qiáng)復(fù) 合塑 料 （

7、 n-MHT）其節(jié) 能實(shí) 質(zhì)是 充 分 利用高 分 子的 聚 集 態(tài)結(jié) 構(gòu) 的特點(diǎn) ，填 充納米級粒子使其共混、改性，提高比強(qiáng)度、比剛度，節(jié)約 純樹脂的消耗量，是極有節(jié)省能源和資源潛力的有效途徑。1 9 90s年代北美推出TPO基納米復(fù)合料，用5%n-MHT增強(qiáng) TPO,使其剛度提高到相當(dāng)于加入25%35%骨石粉填充PP的 效果；豐田汽車用 納 米滑石粉填充 PP（60）/ EPP （30）復(fù) 合塑料，使汽車保險(xiǎn)杠的厚度從4mm減至3mm,重量減輕1/3 ; 荷蘭TNO公司，用納米粘土與嵌段共聚物共混改性，使之完 全混合，已成功地生產(chǎn)出PA、PE、PP、PS、PMMA PU等粘 土納 米復(fù)合料

8、；美 國 Fordco 利用 超臨界流體技術(shù)預(yù)熱粘土， 改善納米粘土晶片的 分散與擴(kuò)散，在 加工中利用 超聲波能量 提高 納米粘土的分散，大大減少了溶劑用 量 ；美國 NanomatCO 公司將納米碳酸鈣（n-CaC03 ,最大平均粒徑100 nm）用于PC、ABS PVC TPE和熱固性塑料SMC的改性，效果很好； 新加坡 Nano Mater 公司， 開發(fā) n-CaCO3 （ 粒徑 1540nm， 商 品名NPCC）加入2%4% 可使UPVC管材的沖擊強(qiáng)度提高6 倍，減少增塑劑（CPE）用量50%,據(jù)悉，此項(xiàng)目已在我國山 西投產(chǎn)， 目 前產(chǎn)量 10t/a ； 美國俄亥俄州大學(xué)用 壓力使熔融

9、 樹脂進(jìn)入納 米微孔 SiO2 的微粒中, 使分子間形成牢固的 化 學(xué)鍵,將基體材料的 強(qiáng)度提高 34 倍,沖擊韌性提高 45 倍, 這種現(xiàn)象稱為“協(xié)同增韌”或“跨粒子增韌”，當(dāng) 材料受外 界沖 擊力 時(shí)，可 將 其 化 為幾百 萬 次的小 沖 擊，使 穿 過復(fù) 合 材 料延 伸的 裂紋 變得 越 來 越細(xì)，一 直到?jīng)_ 擊 能量 消 失 為止 ；新 型納米增塑劑，是一種采用多面體低聚倍半氧硅烷（簡稱 POSS） 合成 具 有納 米 結(jié) 構(gòu)化學(xué) 改 性的 SiO2 微粒 ， 能 溶于 樹 脂中，使分子分散，保持低粘度，加大充填量，能與樹脂融 合為 一體 ，而 又不 降 低 加工流 動 性能 。

10、當(dāng) 溫度 降 低到 POSS 熔點(diǎn)以下時(shí)，能立即固化，形成納米結(jié)構(gòu)，起到增強(qiáng)作用。 POSS的另一特點(diǎn)，是它的單體或齊聚物都與樹脂發(fā)生接枝共 聚 ，使 玻 璃 化 溫 度 高 于 樹 脂 本 身 的 分 解 溫 度 ，而 接 枝 的 分 解 溫度又比樹脂提高40400C ,從而在高溫下能保持良好的加 工流動性和節(jié)能效果， 被稱作是 50 年來研發(fā)產(chǎn)品的全新思 路；碳納米管是 1991 年問世的， 是比強(qiáng)度、比剛度極強(qiáng)的 復(fù)合材料，其 技術(shù)本質(zhì)是由石墨中的若干層碳原子卷曲而成 的籠狀纖維網(wǎng)， 內(nèi)部是空的，直 徑只有幾十納米，是 人發(fā)的 十萬分之一；密度僅為鋼的 1/6 ， 但機(jī)械強(qiáng)度卻是它 的

11、100 倍，導(dǎo) 電率為銅的 1 萬倍，有 極高的表面活性， 表面原子數(shù) 約占 50%， 有很高的 儲氫能力和吸附能力， 特別對微波的吸 附；并 且是迄今為止，唯 一一種能從太陽至地球進(jìn)行懸掛而 不被自重所拉斷的繩索材料，是 理想的 遠(yuǎn)距離輸電材料。據(jù) 悉， 我國碳納米管已居世界前列， 日本三井物產(chǎn)公司宣布 2002 年 9 月投產(chǎn) 運(yùn)行量 120t/a ， 而清華南 風(fēng)納米粉體技術(shù) 產(chǎn)業(yè) 化工 程中 心， 已 批 量投產(chǎn) 15kg/h ，達(dá) 120t/a ； 國內(nèi)安 徽國 通高 新管 業(yè)有 限 公 司，利 用 納米滑 石 粉，及 納 米硅 酸 鹽 (脫土)復(fù)合母料，應(yīng)用在生產(chǎn)大口徑 500mm

12、以上HDPE 雙壁 波紋 管，既 保 持 了高 流動 性，解決 了 加 工中 的 能耗 問 題 ， 使原加工設(shè)備的驅(qū)動功率能滿足要求，又 解決了因管子口 徑 過大使剛度值降低的問題。納米設(shè)備的關(guān)鍵是填充母料的造粒問題，因?yàn)榧{米粒 子表面上的原子是處于高活化狀態(tài)，易 于團(tuán)聚，如 直接填加 到樹 脂中 難以 分散 均 勻 ， 需要 研 發(fā)新 型 雙 螺桿 擠 出機(jī)和 高 速、高效節(jié)能配混設(shè)備。1.2.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料 纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料的節(jié)能實(shí)質(zhì)，是將纖維材料如碳纖 維 、玻 璃 纖 維 復(fù) 合 纖 維 與 聚 合 物 共 混 ，提 高 比 強(qiáng) 度 、比 剛 度 、 力學(xué)性能，達(dá)到節(jié)能、節(jié)材的效

13、果。在纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料中， 有長纖維和短纖維之分。目前，以長纖維熱塑性塑料( LFRT) 增長最快， 因其質(zhì)輕、價(jià)廉、易回收再利用， 節(jié)省能源、資 源， 在汽車、機(jī)械、電器、船舶、建筑、航空、航天等工業(yè) 部門廣泛應(yīng)用，約 50%的玻纖增強(qiáng)復(fù)合料用于汽車的零部件。長纖維增強(qiáng)工藝一般是將玻纖與PP摻合生成連續(xù)的 粗紗，再擠出切成1325mm長粒。長纖維比一般纖維增強(qiáng)復(fù) 合料優(yōu)異：沖 擊強(qiáng)度高 4倍，比強(qiáng)度高 17.2%，尺寸精度高， 收縮 率為 0.2%， 流 動性 能 好 ， 節(jié) 能。 美國 Vetrotex 推 出 一種長纖維，含量高達(dá)75%的PP粒料，價(jià)格降低20%30% LNP 工程塑料公

14、司推出長纖維PA66，代替鑄鋁材料，機(jī)械強(qiáng)度能 在-40140C承受高載荷，該公司還推出長纖維PBT系列。 纖維復(fù)合材料的密度1.42.1g/cm3,為鋼材的1/ 51/ 4 ,鋁合金的 1/21/3 ， 其拉伸、壓縮、彎曲強(qiáng)度 400600MPa， 已超過碳素結(jié)構(gòu)鋼。但是，當(dāng)前加工長纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料的關(guān)鍵問題，還 是成型設(shè)備，因 為注塑機(jī)、擠 出機(jī)是螺桿式塑化裝置，當(dāng) 長 纖維通過輸送段、塑化段、均化段之后， 已被剪成 35mm， 大大地降低了原有的復(fù)合性能；另 一個(gè)問題是纖維在高分子 熔體流動方向的取向，使制品產(chǎn)生各向異性，影響使用性能， 這是成型工藝與設(shè)備有待解決的課題。1.2.3 木塑

15、復(fù)合塑料木塑復(fù)合塑料的節(jié)能實(shí)質(zhì)是利用天然木材加工的廢料 （如木屑、木粉、麻纖維、果殼、稻糠、紙漿、桔桿、竹粉 等 ）進(jìn)行超細(xì)化表面處理， 與合成樹脂共混， 充填量可高 達(dá) 50%， 成型的制品可鋸、刨、鉆， 且吸水率低， 受潮不變 形， 不含甲醛， 符合環(huán)保、阻燃等安全要求。 過去， 木屑、 木粉、廢料等大都燒掉，既浪費(fèi)大量資源，又造成環(huán)境污染。 木塑復(fù)合料做為一種節(jié)能、節(jié) 材、環(huán) 境友好材料引起國際上 普遍關(guān)注，研 究成果也很多。 10 年來，北美木塑復(fù)合料每年 以 50%的 速度遞增。 發(fā)展木塑復(fù)合塑料在我國更具意義， 因 為2000年我國木材需求量高達(dá)10190萬m3,供應(yīng)量6390萬

16、m3， 缺 口 高 達(dá) 3800 萬 m3。木塑復(fù)合材料主要用在建筑業(yè)（建筑鋪板）、汽 車業(yè) （門板、后擱物板、頂蓬、高架箱、防護(hù)板等）,倉儲業(yè)（托 盤、墊板、包裝箱）,交 通運(yùn)輸業(yè)（公路噪音隔板、防護(hù)欄、 座倉隔板、鐵 軌枕木）,農(nóng) 業(yè)（棚架、槽、水桶）,設(shè) 施（地 板、露天桌椅、棚欄、梯子等）。以托盤為例, 國內(nèi)市場需 求量約 1 億, 90%以上要改為木塑, 需發(fā)展產(chǎn)量 1000 萬噸, 價(jià)值 600 億人 民幣 的 新 興產(chǎn)業(yè) 。但是,生產(chǎn)木塑復(fù)合制品有許多關(guān)鍵技術(shù)：樹脂、木粉 的制造技術(shù)、木 粉的干燥技術(shù), 木粉界面的處理技術(shù)；在 注 塑、擠 出、吹 塑設(shè)備中要求單螺桿或雙螺桿對木粉

17、有良好的 分散性、浸潤性、混煉、剪切、排氣、脫水、脫揮、排除氣 泡功能；塑化部件要耐腐蝕、耐 磨損；設(shè) 備應(yīng)具有對上述工 藝條件及物料在各部位停留時(shí)間的精確控制的功能。2 管道 化、 連 續(xù) 化、節(jié) 能 合成 設(shè) 備 近年,在塑料合成業(yè)中,把雙螺桿擠出機(jī)作為一種反應(yīng) 器, 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的間歇性操作的釜式反應(yīng)器, 進(jìn)行本體聚合、 接枝 、共 聚、 交聯(lián) 、 偶 聯(lián), 實(shí) 現(xiàn) 管道 化 、 連續(xù) 化 、規(guī)模 化 、 高效率地合成,極 大地節(jié)省能源和資源。雙 螺桿擠出機(jī)作為 反應(yīng)器以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)型式,在 雙螺桿的不同部位,通 過正 反螺 紋塊 的大 小螺 距 的 組合、正 反向捏 合 塊的 不 同 組合

18、 ,通 過嚙合區(qū)的縱向和橫向開放程度、螺 棱所圍成的容積和通道 來控制物料的交換、混合、輸送，聚合引發(fā)、增長、終止和 脫除殘留單體；用 螺紋塊和捏合的組合長度控制物料在各部 位的停留時(shí)間和壓力分布；通 過排氣段的組合結(jié)構(gòu)控制脫 揮 和防止冒料，最后，將合成好的 聚合物，通 過擠出機(jī)的機(jī)頭、 口模直接擠出造粒。把雙 螺桿 作為 反 應(yīng) 器應(yīng)用 在 樹脂 合 成 業(yè)上 ，這 是對 合 成 設(shè)備 的一 場革 命！受 到 各國的 普 遍重 視 。目前 ， 較 多的 是 做 TPU的反應(yīng)擠出機(jī)，用在熱塑性聚氨酯的合成上，還有的用 己內(nèi) 酰胺 和納 米蒙 脫 土 （nMT） 、 十六 烷 基三甲 基 氣

19、化銨 （C-16 ）、 2,4 二甲苯二 異氰酸酯（ TD1 活化劑）、己 內(nèi)酰 胺鈉（催化劑）在雙螺桿不同部位完成輸送、聚合引發(fā)、增 長、脫 揮，擠 出 聚 酰胺 6 / 蒙脫土納米復(fù)合塑 料。這 種設(shè)備 的 技術(shù)關(guān)鍵是根據(jù)不同組分和單體的 聚 合 反應(yīng) 要求，對 雙螺 桿輸送段、反 應(yīng)段、排氣段、擠 出 段等， 以及各段螺紋組合 塊和捏合 組合 塊的 結(jié)構(gòu)、組 合 形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)。在 反 應(yīng) 擠出 機(jī)的 大型化方面， 在工藝制造和動力配置上 都具有 難 度。3 制品成 型的 節(jié)能技術(shù)3.1 多層 化技 術(shù)其技術(shù)實(shí)質(zhì)是通過復(fù)合 技術(shù)成型出 多層制品， 以節(jié)能、 節(jié)材、環(huán)保和多功能為目的

20、。通過多層吹塑、多層擠出 、多 層注 射， 成型 出各 類 滿 足節(jié)能 、節(jié)材、環(huán) 保和 多 功 能要 求 的 多層制品。3.1.1 多層 中 空 技術(shù)其技術(shù)實(shí)質(zhì)是使多組分共擠出的型胚，在 模具中用壓縮 氣體吹脹復(fù)合成多層中空制品。最 典型的例子是多層塑料油 箱，由 于 燃 料 中的 烴分 子可 以 較 容易的 穿 透過 聚 合 物大 分 子 間的間隙而滲漏，并超過大氣污染所規(guī)定的單位時(shí)間滲透 量。油箱有6層：主材外層（UHMWPE占13%回收層（回 收料）占40%粘結(jié)外層（改性PE）占2%阻隔層（EVOH 對CH防透材料）粘結(jié)內(nèi)層（改性PE）占2% 主材內(nèi)層（UHMWP）占40%。EVOH具

21、有吸濕性，但自身缺乏強(qiáng)度呈 塊狀存在， 應(yīng)細(xì)化到 10?滋 m， 并使其均勻的分散， 因此應(yīng) 設(shè)計(jì)特殊的螺桿。3.1.2 多層擠出技術(shù) 其技術(shù)實(shí)質(zhì)根據(jù)不同物料設(shè)置多元化擠出機(jī)，在 一個(gè)多 流道機(jī)頭及其口模中實(shí)現(xiàn)共擠成型。（ 1 ） 多層復(fù)合薄膜。 目前， 熱收縮薄膜不僅從單一 的PVC擴(kuò)大至U PE、PP、PVDG PET、PA等多品種，而且從單 層向多層方向發(fā)展，廣 泛應(yīng)用在保鮮、脂 肪的 包裝上，以 及 在醫(yī)藥、 衛(wèi)生、 保健、 化妝品 、 音像等產(chǎn)品的 包裝上。 多層化的關(guān)鍵技術(shù)是機(jī)頭和口模的設(shè)計(jì)和制造問題。Gloeren 公司設(shè)計(jì)制造的供料機(jī)頭， 可擠出納米級別厚的薄 膜，可 復(fù) 合

22、成 幾十 到 幾 千層 的 制 品，用 來 做極 微 細(xì) 的層 合 面 的阻 隔性 薄 膜 ，還 可 生 產(chǎn) 50 層 增 壓氣 泡 薄 膜的 緩 沖 鞋墊 。 據(jù)悉 ，我 國 廣 東金 明 塑 膠設(shè) 備 有 限公 司 生 產(chǎn)的 M58 1200 五 層共擠薄膜機(jī)組，使用的是波狀螺桿。（2）多層復(fù)合型材。包括發(fā)泡復(fù)合型材、鋁塑復(fù)合 型材、鋼塑復(fù)合型材，以及雙壁中空澆管等。3.1.3 多 層注 塑 技 術(shù) 其技術(shù)實(shí)質(zhì)是采取兩個(gè)或兩個(gè)以上的注塑單元將不同 品種 、不 同 顏 色、不 同 組分 的 塑 料，先 后 注入 模 具 成型 出 多 材質(zhì)、多色、多組分的多層復(fù)合制品，此又稱共注射、夾芯 注射

23、 或 ICI 注 射。 例 如 ，利 用 多 層注 射 技 術(shù)可 生 產(chǎn) 22.5mm 厚的 家電 、辦 公用 品 、芯 層用 占 30%50%的 再生 料 ，以 節(jié) 能 、 節(jié)材、環(huán)保為目的。3.1.4 多 層壓 延 技 術(shù) 其技術(shù)是用粘結(jié)劑壓延復(fù)合技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕法或干 法用溶劑的復(fù)合，具有原料省、能耗低、維修費(fèi)用低、生產(chǎn) 效率 高、 無 污 染、環(huán) 保 等優(yōu) 勢 ，可生 產(chǎn) 多 層阻 隔 型 壓延 包 裝 薄膜 ，如 五 層 保鮮 薄 膜 ： LDPE/ 粘 結(jié)劑 / 阻 隔層 （ EVOH） / 粘 結(jié)劑/LDPE/或用PP代替多層薄膜中的主料LDPE。其關(guān)鍵技 術(shù)是 排除 膜 層 間

24、的 氣 泡 工藝 與 設(shè) 備。3.2 雙 向 拉伸 技 術(shù)其技 術(shù)實(shí) 質(zhì) 是 充分 利 用高分 子 的 聚集 態(tài)結(jié) 構(gòu)，通 過 大 分子在加工中的流動取向效應(yīng)，產(chǎn) 生各向異性，在 取向方向 上機(jī) 械性 能明 顯增 加 ，為 此，用 取向機(jī) 理 可大 大 提 高材 料 的 比強(qiáng)度、比剛性，達(dá)到節(jié)省能源、節(jié)省資源消耗的目的。3.2.1 薄 膜雙 向拉 伸新開 發(fā)的 雙 向 拉伸 聚 丙烯， 可 使 拉伸 強(qiáng)度 提高 210 倍，PA薄膜雙向拉伸后，具有出色的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、 刺穿強(qiáng)度并阻隔氣體（氧氣、 氮?dú)狻?二氧化碳）， 耐油脂、 耐碳水化合物及化學(xué)物品。3.2.2 管材雙向拉伸近年，雙向拉

25、伸技術(shù)在管材上得到廣泛應(yīng)用，在管材 的徑向和軸向均有拉伸，使 管材的機(jī)械強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度等綜 合性 能均 得到 提高 ，極 大地節(jié) 約 了原材 料 消耗 ，提 高了 生 產(chǎn) 率。管材雙向拉伸方法有壓縮空氣拉伸、芯棒牽引拉伸、口 模吹脹風(fēng)冷拉伸、徑 向擴(kuò)脹軸向差速拉伸 、熱 水高壓擴(kuò)脹拉 伸、熱 真空擴(kuò)脹拉伸、熱 管空壓擴(kuò)脹拉伸。德 國 Hoeehst 公 司用壓縮空氣雙向拉伸HDPE管材，上限熔點(diǎn)為127131C , 在熔點(diǎn)以下10C進(jìn)行拉伸，使管子疲勞強(qiáng)度提高2倍以上。3.2.3 纖維增強(qiáng)雙向拉伸纖維對聚合物雖然有增強(qiáng)功能，但是在加工時(shí)纖維也 沿聚合物熔體的流動方向取向， 對管的徑向強(qiáng)度產(chǎn)生影

26、響， 此外，由 于結(jié)晶型聚合物純?nèi)垠w在剪切方向發(fā)生線性成核的 特性，使大分子伸直而生成原纖，形成沿剪切方向的球晶， 并且在一定條件下可在垂直于剪切方向生長成扁平狀晶體， 可使在兩個(gè)方向上的機(jī)械性能均得到改善，例 如，根 據(jù)這個(gè) 原理，可 在剪切與拉伸雙向應(yīng)力場的作用下擠出短纖維含量 小于 3%增強(qiáng)的 HDPE / PP 的雙向拉伸制品；根據(jù)此原理，可 在管子拉伸時(shí)，設(shè)計(jì)帶有連續(xù)旋轉(zhuǎn)能同時(shí)產(chǎn)生橫向剪切力 的、轉(zhuǎn)速可調(diào)的芯棒式拉伸裝置。3.2.4 中 空制 品雙 向拉 伸其技 術(shù)實(shí) 質(zhì) 是 用擠 出 機(jī)、注塑機(jī) 的 擠壓 系 統(tǒng) 及塑 化 裝 置，使 模 具在 型坯 工 位 上，成 型 出一次 型

27、 坯，再 轉(zhuǎn) 至拉 伸 工 位上，在 低于熔點(diǎn)的物態(tài)下，用 芯棒插入型坯將其雙向拉伸 出二 次型 坯，最 后 轉(zhuǎn) 至 吹脹工 位 上，吹 入 壓縮 空 氣 ，實(shí) 現(xiàn) 最 終的 雙向 拉伸 ，經(jīng) 冷 卻 定型，便 得到壁 厚 雙向 拉 伸 的中 空 制 品。3.2.5 固 態(tài)擠 出雙 向拉 伸其技 術(shù)實(shí) 質(zhì) 是 對具 有 結(jié)晶轉(zhuǎn) 變 溫 度的 材料 ，如 HDPE、PP、POM PA等，使之在低于熔點(diǎn)、高于結(jié)晶轉(zhuǎn)變溫度的區(qū) 域內(nèi)，實(shí) 施強(qiáng)迫擠出，并 利用牽引方向上所設(shè)計(jì)的錐形收縮 口模裝置，實(shí) 現(xiàn)雙向壓縮拉伸成型出制品。此 種技術(shù)大多采 用柱塞式擠出機(jī)。3.3 制 品 多 孔 技 術(shù)制品多孔技術(shù)

28、，其技術(shù)實(shí)質(zhì)是通過工藝及設(shè)備條件， 利用化學(xué)發(fā)泡劑或物理發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣泡均勻地分布到聚 合物中，得 到密度低、質(zhì)輕、滿足綜合性能要求的多孔制品。 多孔制品的節(jié)能形式體現(xiàn)在三個(gè)方面：由 于質(zhì)輕，減 少在運(yùn) 輸中的消耗；由于多孔保溫，用于防止熱量傳導(dǎo)、對流、輻 射 ，當(dāng) 聚 合 物 熔 體 含 有 微 孔 時(shí) 其 粘 度 大 為 降 低 ，減 少 了 加 工 中的 能耗 ；由 于密 度 低 ，又 具 有 發(fā)泡結(jié) 構(gòu) 的機(jī) 械 性 能，使 聚 合物 用量 大為 降低 ，在 節(jié)省資 源 方面十 分 突出 ，因 此制 品 多 孔技術(shù)做為節(jié)能措施具有非常廣闊的前景，受到各國的重 視。但應(yīng)該指出的是，那些使

29、用 CFC-11 作為發(fā)泡 劑生產(chǎn) PU 制品，破壞臭氧層的發(fā)泡技術(shù)不在此列。在制品多孔技術(shù)中以結(jié)構(gòu)發(fā)泡和微孔發(fā)泡技術(shù)為主。3.3.1 結(jié) 構(gòu)發(fā) 泡技 術(shù) 該技術(shù)是生產(chǎn)發(fā)泡芯層和實(shí)體表層結(jié)構(gòu)制品的成型 方法，主要有擠出結(jié)構(gòu)發(fā)泡和注射結(jié)構(gòu)發(fā)泡?！?Daris -Standard Corp.Paw-Cotuck,Conn” 公 司 開 發(fā) 了 一種新的異向雙螺桿擠出機(jī)（螺桿直徑 94175），擠出HDPE PP等聚烯烴的結(jié)構(gòu)發(fā)泡型材。該公司兩年前，用液態(tài)和氣態(tài) 的C02和氮?dú)庵苯幼⑷氪?lián)單螺桿擠出機(jī)中生產(chǎn)多孔結(jié)構(gòu)擠 出制品；美國Reedy國際公司推出發(fā)泡劑Safter WSD用 在 聚烯烴、聚 氯

30、乙烯與木纖維等高充填的擠出中 。此 種發(fā)泡劑 的存在極大地改善了復(fù)合料的流動性，不 會發(fā)生燒焦或褪色現(xiàn)象； Safter WLB Edg100發(fā)泡劑能改善木纖維在高聚物熔體中的浸潤狀況，降 低材料粘度，提 高了纖維與高聚物的混 合均 勻性 ，實(shí) 現(xiàn)低 溫 擠 出，有 利 于制品 脫 模，并 使 之在 高 充 填時(shí) ，制 品邊 緣撕 裂 最 少。帶 木 粉的發(fā) 泡 技術(shù) 可 使 制品 密 度 降至 20%45%， 更接 近于 木材 ，樹 脂 含 量只占 40%50%， 使 樹脂 的用 量較 一般 的 木 塑制品 又 減少 了 一 半。樹 脂 成本 一 般 均占材料成本的 80%90%，這樣，差不

31、多節(jié) 省了兩倍的材料 成本。3.3.2 微 孔發(fā) 泡技 術(shù)微孔 發(fā)泡 技術(shù) 的 實(shí) 質(zhì)是利 用 惰性 氣 體 （CO2、 N2） ， 在 高壓和玻璃化溫度以下飽和聚合物，然后再利用溫度升高， 壓力 減小 等措 施，生 成 不穩(wěn)定 泡 孔誘發(fā) 出 無數(shù) 泡 孔 成核 ，并 均勻 分布 ，最 后，泡 核 增長 至 所 需要尺 寸 的微 孔 。微 孔 直 徑 0.110?滋m,微 孔密度101 5 101 9個(gè)/cm3，成 型出密度減 少 20%40%的微孔制品， 沖擊強(qiáng)度高出 67 倍以上， 比剛性 35 倍, 疲勞壽命 5 倍以上；并具有高的熱穩(wěn)定性, 低的介 電常數(shù)和導(dǎo)熱率?？?制成壁厚 0.

32、11mm 的薄壁件；制 品的性 能價(jià) 格比 很高 , 對 環(huán) 境 無污染 且 易于 回 收 利用 。微 孔 發(fā) 泡 技 術(shù) 的 關(guān) 鍵 是 把 CO2、 N2 制 成 超 臨 界 流 體 。 超臨界C02是指溫度高于31.1 C，壓力大于7.38MPa的C02 由于它在聚合物中溶解的能力強(qiáng)、粘 度低、擴(kuò) 散系數(shù)大、無 毒、不 燃、化學(xué)惰性大、無 溶劑殘留、價(jià) 廉易得、使用安全、 不污 染環(huán) 境、與 聚 合 物 不發(fā)生 反 應(yīng)、能 降 低玻 璃 化 溫度 、 能 大幅度地提高其它氣體及小分子化合物在聚合物中的擴(kuò)散 速度和溶解吸附程度，所以是擠出PVC微孔制品的理想物理 發(fā)泡劑；微 孔 發(fā)泡注塑成

33、型可使循環(huán)周期減少 50%， 能在小 的 模腔壓力下成型薄壁制 品 。采 取微 發(fā)泡技術(shù)可用功率較小 的 機(jī) 器 。微 孔 發(fā) 泡 技 術(shù) 在 成 型 加 工 中 的 應(yīng) 用 具 有 極 其 廣 闊 的 前景和深遠(yuǎn)節(jié)能的意義。微發(fā)泡的 關(guān)鍵技術(shù)在于對微 氣泡形成三個(gè)階段的 控 制 ，即 微 泡 核 的 形 成 、微 泡 核 的 脹 大 和 微 泡 的 穩(wěn) 定 固 化 過 程 ， 這個(gè)過程 將決定微 孔 的 數(shù)量、分 布、微 孔 的 大小，既 要形成 大量的 微 泡又不能使微 泡超過尺寸極限， 這是 解 決的 難點(diǎn)。 指導(dǎo)微孔 發(fā)泡的 理 論基礎(chǔ)是 高聚物自由空間成核理 論和 熱 定成核理論。微

34、發(fā)泡制 品 由于微 孔的 存在，在減小密度 的 情況下，不 僅不會降低材料強(qiáng)度 ，反 而會使原有裂紋尖峰鈍化，阻 止應(yīng) 力沿裂紋繼續(xù)擴(kuò)脹，吸 收沖擊能量可增 加 57 倍，從 而提高 了沖擊強(qiáng)度、韌性、耐疲勞壽命、還有隔熱、隔音、吸震等 能力， 是 節(jié)能、環(huán)保優(yōu)選材料。在汽車、飛機(jī)、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域 有特殊的 用途，例如，用注塑成型生產(chǎn)的 進(jìn)氣歧管、保險(xiǎn)盒、 發(fā)動機(jī)罩、電器模塊、薄壁制 件、內(nèi)部裝飾；用于擠出 成型 生產(chǎn)的微孔薄膜、PVC微孔發(fā)泡共擠型材，木塑微孔發(fā)泡共 擠型 材， 以 及鋰離子電池微 孔 發(fā) 泡聚丙烯薄膜 等。近年 ，發(fā) 泡 設(shè) 備發(fā) 展 速度很 快 ， 以德 國為 例， 2002

35、 年生 產(chǎn)的 發(fā)泡 設(shè)備 已 占 塑料機(jī) 械 生產(chǎn) 總 值 的 3.4% ，而且 還 在 發(fā)展。3.4 介質(zhì) 輔助 技術(shù)介質(zhì) 輔助 技術(shù) 目 前 多用在 注 塑成 型 中 ，其 技 術(shù) 實(shí)質(zhì) 是 將 介 質(zhì)（ 氮 氣 或 水 ）快 速 注 入 帶 有 缺 料 注 射 高 聚 物 熔 體 的 模 腔 中，利用介質(zhì)壓力打通介質(zhì)通道，推動熔體前沿充滿型腔， 與此同時(shí)，介 質(zhì)由通道內(nèi)部向四周均衡傳遞壓力，使 熔體充 實(shí)到型腔各壁面，并 進(jìn)行壓力保持，冷 卻定型，最終形成帶 有部分中空的制品。介質(zhì)的存在有效地防止了制件的收縮， 減少 應(yīng)力 變形 ，提 高 了 制品的 外 部質(zhì)量 ，可 成 型 有 特殊

36、形 狀 的制品。介質(zhì) 輔助 技術(shù) 的 節(jié) 能實(shí)質(zhì) 在 于兩 個(gè) 方 面，一是 ，在 加 工 中 ，用 介 質(zhì) 推 動 前 沿 熔 體 流 動 ，極 大 地 減 小 高 聚 物 傳 遞 中 的 能量耗散，縮 短了熔體傳遞時(shí)間及其成型周期并降低了模腔 壓力 及其 鎖模 力，從 而 減少加 工 中的能 量 消耗 ；另 一方 面 是 缺料 定型 并保 持氣 道 的 存在，形 成中 空 制 品，節(jié) 約 原料 ， 使 成本降低 20%40%，由于上述原因 ，介質(zhì)輔助成型技術(shù) 廣泛 用于注塑汽車、家電用大型制品，例如，汽車儀表板、方向 盤、電視機(jī)洗衣機(jī)外殼，以及大型家具等。水輔注塑技術(shù)是較晚發(fā)展起來的，與

37、“氣輔 ”相比明顯 有優(yōu) 勢：由于注 塑 時(shí) ，水 能與模 腔 中的 高 聚 物熔 體 直接 接 觸 ， 水的導(dǎo)熱率高（氣體的 40 倍），熱容大（氣體的 4 倍）， 使冷 卻循 環(huán)快 ，能 固 化較 厚的 塑料 層 。在 推 動著 熔 體充 模 時(shí) ， 不像 氣體 那樣 有滲 入 熔 體穿透 的 危險(xiǎn) 。氣 輔 壓 力 217.2MPa ， 而水輔可達(dá)到30MPa,傳遞壓力損失小，比氣體容易控制。 氣輔時(shí)， 當(dāng)制品厚度增加時(shí)， 其內(nèi)部產(chǎn)生氣泡可能性增加， 為避免這一點(diǎn)可延長保壓時(shí)間，即 氣體壓力釋放的時(shí)間被延 長，增加了循環(huán)時(shí)間。當(dāng)壁厚大于40mm時(shí)，熔體沿氣道壁 有流下的可能， 因此，難

38、以成型厚度大的制品。 用氣體難以 控制制品的厚度，而 水輔卻沒有上述問題。但 是水輔存在腐 蝕、泄漏、重復(fù)性使用和成本等方面的問題。3.5 振動 技術(shù)振動 成型 技術(shù) 的 實(shí) 質(zhì)是利 用 聚合 物 吸 收振 動 能量，具 有 提高加工性能和制品質(zhì)量、縮 短成型周期、節(jié) 能和節(jié)約原料 消耗等效果，據(jù)此，可研發(fā)帶有振動功能的塑化裝置及設(shè)備。 振動對高聚物性質(zhì)所產(chǎn)生的效應(yīng)，日 益被人們所重視。聚 合 物性質(zhì)在振動場的作用下所產(chǎn)生的效應(yīng)，主 要是流變的非線 型性、壁滑移效應(yīng)、振動觸變效應(yīng)和振動分解效應(yīng)。上面的機(jī)理有利于提高聚合物的塑化質(zhì)量和熔體平均 流動 速率 ， 降 低能 耗 ， 提高產(chǎn) 量 。近年

39、 來，把振 動技 術(shù)引 入 注 塑和擠 出 成型 國 外 已有 不 少 例子 ，國 內(nèi)最 著明 的 例 子是電 磁 動態(tài)擠 出 機(jī)，其 本 質(zhì)是 高 聚 物振動機(jī)理在擠出成型中的運(yùn)用，螺 桿的振動源就是電磁振 動。 Buss 擠出機(jī) 也有類似的低頻振動效應(yīng)。4 節(jié)能 成 型設(shè) 備4.1 節(jié)能成型 設(shè)備 的研 發(fā) 方 向 節(jié)能成型設(shè)備的改造、創(chuàng) 新、研 發(fā)，可 從兩個(gè)方面進(jìn) 行。一方面，針對某種節(jié)能樹脂或節(jié)能復(fù)合材料的加工特 性，并結(jié)合節(jié)能加工技術(shù)，諸如多層、雙向拉伸、發(fā)泡、介 質(zhì)輔 助、振 動 等成 型 機(jī) 理制定 合 理的工 藝 路線 ，把 主機(jī) 與 機(jī) 頭口 模、 冷卻 定型 、拉 伸、牽 引 等各種 裝 置相 結(jié) 合 起來 進(jìn) 行 研發(fā)，例 如多層復(fù)合機(jī)組，雙 向拉伸機(jī)組或微發(fā)泡機(jī)組，振 動成 型機(jī) 組或 者上 列 的 組合機(jī) 組 ；研 發(fā)多 層 復(fù) 合、雙向 拉 伸 、 中空 、結(jié) 構(gòu)發(fā) 泡、微 孔 發(fā)泡 、 振 動成型 注 塑機(jī) 和 中 空吹 塑 機(jī) 等。另一 方面 ，是 解決 塑 料成型 設(shè) 備 自身 的節(jié) 能、節(jié)材 和 環(huán) 保問題，要 執(zhí)行以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)的開發(fā)理念。從 廣義上 來說，塑 料機(jī)械加工的是節(jié)能產(chǎn)品，在 節(jié)能領(lǐng)域里充分地發(fā) 揮著作用，但 是其自身卻又是鋼鐵、電 能、機(jī) 械能的消耗大 戶。因此，必須要改造，要創(chuàng)新，要減小自身重量，減少鋼 鐵及有色