填充母料制作的成本和技术控制的细节
2019/3/31 8:38:54
填充改性母料自二十世纪八十年代初进入市场以来，由于其价格低廉，产品性能优异，同时还可以改善塑料制品的某些物理机械特性。并且替代部分合成树脂节约资源，生产工艺简单，投资较小，具有显著的经济效益和社会效益。因而塑料填充改性母料是近年来发展较快的行业，已成为塑料加工工业的重要部分和塑料制品的主要添加材料之一。
随着塑料工业的发展，制品的多样化及功能化对填充要求越来越高，因此在填充母料加工过程中，对粉体表面改性及母料加工技术等要求更高了，因为这直接关系到产品的功能发挥，提高附加值及产品的成本控制等问题。由于粉体颗粒很细，比表面积大，表面能高，相互之间容易团聚，如果粉体不改性就对材料制品的功能性提高不大甚至起负作用。所以为了减小粉体颗粒的团聚，提高其分散性，降低其表面能，同时考虑到它与基体树脂能起到很好的交联作用等，就一定要对其粉体颗粒进行表面改性，由此可改善粉体颗粒与基体树脂之间的界面交联性，提高它在基体树脂中的分散性，这对塑料制品的成型加工和产品质量及长期使用都十分有益。南京金来旺公司开发的JL-T01新型复合改性剂是一种多功能的超分散偶联改性剂，对粉体的表面改性及填充母料加工产品在材料里面的应用都十分有效。
1 载体树脂的选择
载体树脂的选择一般要与塑料制品选用的树脂基本相同或接近，熔体流动速率略大于制品选用的树脂。除了PP、PE等树脂，PS、EVA、ABS等树脂也可作为生产专用母料的载体，目前，已得到开发应用，应用领域和使用量正在不断扩大。
以重钙为填料的填充母料应用范围很广，因此针对母料用途选择载体树脂是获得最佳性能价格比母料产品的关键。
比如塑编制品的原料是聚丙烯，用于聚丙烯编织制品的填充母料的最佳载体树脂当属粉料聚丙烯。
a 与基料聚丙烯的相容性良好，价格低于聚乙烯、粒料聚丙烯，既使用上抗氧剂和润滑剂仍然价格优势显著；
b 密度低(0.9g/cm3左右 )，同样质量份数的聚丙烯较之聚乙烯拥有更大的体积，从而可增大与重钙粉体接触的面积；
2 填料的选择
非金属矿物资源丰富，价格低廉，加工方便，已成为填充母料生产的主要原料。在母料中使用量最多的是重质碳酸钙，一般要求含量98%以上，含水量<0.3%，Fe、Si02等杂质的含量对产品质量的影响较大，Fe含量高时，影响产品的白度，Si02对加工设备带来磨损。CaCO3白度好、易加工、价格低廉，粒径呈颗粒状，是填充母料时应用最大，用途最广的无机材料，用量最多的是400目~ 1250目，随着材料工业的发展，目前已经向微细化、功能化及环境友好等方向发展。
填充母料的生产与应用实践表明，400目的重钙粉是最经济实惠的原料，但并非所有的重钙粉都受到母料生产企业的欢迎，关键之处在于重钙粉的白度、色相和对金属部件(螺筒、螺杆、模具、刀片等)的磨损轻重等。
使用粒度更细的重钙，在得到充分分散的情况下，塑料制品会具有更佳的力学性能，但随着重钙粉目数的增加，必须增加助剂和载体树脂的使用量，导致填充母料原材料成本的提高，因此要从技术经济两方面考虑其综合效果，针对不同用户提供个性化产品。
研究表明，使用经过特殊改性的超细重钙母粒，应用于PE加工中制品的拉伸和冲击强度就越高。并非所有的填充非金属粉体的树脂体系的拉伸强度都低于基体树脂。因为所填加的母粒中的非金属粉体的粒度细、比表面积大，又通过我们开发的JL-G02FX型端胺基多元醇酯填料改性剂(Modifier)有针对性的表面改性处理，其分散性能提高，并能与基体树脂的界面有更好的结合，在拉伸应力的作用下微细非金属粉体颗粒可能与基体树脂一起移动和变形，且受外界负荷的有效截面增加。所以，经表面改性的粒度细、分散性好、交联性好的非金属粉体加工成母粒后，按一定比例加到树脂中，其体系的拉伸强度是有可能高于基体树脂的。但不是填加量越高越好，而是在一定的填加范围内可以达到这一效果。下面是测试结果：
PE产品测试结果比较
把PE树脂、加工助剂及普通碳酸钙或改性超细碳酸钙按一定比例，经挤出造粒、注射制样，测试结果见表。
测试结果比较
名称 缺口冲击强度J/m 拉伸强度 Mpa 断裂伸长率 %
普通碳酸钙 132.0 19.0 669.7
改性碳酸钙 406.5 21.0 809.2
注：配方 PE 80份，普通或改性碳酸钙20份，加工助剂适量。
从测试结果可以看出，JL-G02FX改性剂处理碳酸钙用于聚烯烃填充体系，制品的力学性能得到明显的改善和提高，PE试条的缺口冲击强度提高三倍多，说明经JL-G02FX改性剂改性后碳酸钙能更加均匀的分散到制品中，具有很好的相容性，通过化学键合作用，达到增韧补强效果，因此可以进行高填充，降低织品成本。而且物料易塑化，表面亮度高，综合加工性能优良。这是由于普通碳酸钙表面极性强，表面能高，聚烯烃树脂中易于团聚，不易分散，从而影响制品加工性，并破坏制品的力学性能。而改性碳酸钙表面已有机化改性，表面能显著降低，不易团聚，基本上是以原生粒子状态分散到聚烯烃树脂中，并通过有机改性剂的分子桥架作用，在界面上产生强的粘合作用，而其中部分以纳米状态分散的刚性粒子渗透到聚烯烃树脂三维网络结构中。依据非弹性体增韧改性观点， 刚性纳米级碳酸钙粒子表面缺陷少，非配对原子多，与聚烯烃树脂结合牢固，在受到外力作用时，引起基体树脂银纹化吸收能量，发生脆-韧转变，从而避免局部应力集中产生裂纹化，使复合材料达到增韧补强效果，具有较好的力学性能。
3 助剂和工艺的优化选择
填充母料使用的助剂品种主要是分散剂和粉体表面改性剂（偶联剂）。分散剂的作用是改善母料加工流动性，有利于母料在基体树脂中更均匀地分散。常用的分散剂有：白油（液体石蜡）、石蜡、邻苯二甲酸二辛酯（BOP）、低相对分子质量聚乙烯（聚乙烯蜡）、JL-M01A/B分散改性剂等。 粉体表面改性剂（偶联剂）可以改变无机填料表面活性，使之由亲水性转化为亲油性，以利于和载体树脂混合，主要有粉体表面改性（偶联）剂和硬脂酸等两类。选择助剂及使用要注意以下几点就可以有效降低生产成本：
（1） 合理的助剂用量，助剂并不是用量越大越好
a 熟悉填充母料中常用助剂的功能，防止不正当使用；
b 了解助剂之间的协同效果，对降低成本十分重要；
c 学会鉴别助剂的伪劣，防止高低品质的掺假；
（2） 合理的无机粉体的目数
a 目数并不是越细越好，要根据不同的产品用途来选择目数，而且 不同的目数对助剂的用量要求不同，要学会鉴定目数的简单方法防止供应商的质量作假。
b 可以选择不同的无机粉体复合不仅降低成本十分有效而且可以赋予产品特殊的性能。比如我们开发的钙粉配合滑石粉或者高岭土一起经JL-G03多元羟醇酯超分散偶联剂进行复合改性，生产的产品就具有填充增强增韧抗电击等多种功能！
（3）原料中适当的添加部分优质回收料, 好的回收料完全可以替代新料使用,但必须控制好回收料质量稳定性。
（4） 工艺上的优化选择
a 混料工艺的优化，提高生产效率;
b 造粒温度优化，降低生产成本;
（5） 生产过程中的管理可以有效的降低生产成本,合理避开用电的高峰期，直接降低成本。
4 加工设备与工艺控制
填充母粒加工时要根据不同比例的配料量以及树脂的技术参数，选择不同的加工温度及螺杆的转速等。挤出机的排气口最好使用真空泵排气，并宜安装两个排气口。这主要是考虑到物料在螺杆与筒体之间熔融、剪切、混炼、挤压过程中温度升高后，将产生许多气体（包括水蒸气、低分子物的气体等），若不及时排出则易使有用的物料降解，性能变差，降低产品质量，同时生产出的母粒易产生小气孔，直接影响到塑料制品的质量。
重钙粉的干燥和表面处理使用高速混合机。近年来高速混合机的结构已根据粉体加工的特点做了很大改进。
在混炼造粒阶段，加工设备可以有不同的选择，如积木式同向平行双螺杆挤出机、密炼加单螺杆挤出机等。最近三螺杆挤出机也开始用于母料的混炼和造粒，具有混炼效果好、产能高等优势。选择设备的出发点是混炼效果要好、同样的人力、能耗的前提下产量要高、对物料的种类及组份变化的适应性强、连续运行平稳、持久等方面，而对于温度控制系统的要求相对可以宽松一些。当填充母粒的配方确定之后造粒工艺是决定母粒质量好坏重要因素。
（a）加热温度
加热温度取决于载体树脂的软化点或熔融温度，载体树脂软化点或熔融温度越高，加热温度也就越高，一般应高出树脂的熔融温度5℃左右。加热温度过低树脂不能充分熔化，有限的载体树脂也就无法将无机粉完全包覆，母粒的表面粗糙粒子中间出现空洞，树脂和无机粉体无法成均匀体系。加热温度过高，助剂易挥发样，螺杆剪切力降低不宜塑化，同样影响母粒的质量。一般情况下，二区温度应是造粒最高温度，一区比二区温度低10℃左右，三区、四区温度与二区基本相同，从五区开始直至机头按5~10℃的梯度逐渐降低。
（b）主机的转速
对于一定规格的双螺杆挤出机，主机转速决定于产量，主机转速越高，产量越大。实践证明，对于任何双螺杆挤出机来说，并非产量越大越好，一般控制在主机最高转速60~70%为宜。转速过大，物粒在螺杆中停留时间小，自然也就塑化不好。主机的转速还应与喂料机的转速和切粒机转速相匹配，否则会出现冒料或粒子过大或过小等异常现象。比如说过高的转速(100%的主机最高转速),机器高负荷运转,可能会降低机器使用寿命等问题 。
（c）水泵和真空泵的使用
水泵是用来调节螺杆温度的装置，除非某一区域温度过高，一般情况下应尽可能关闭水阀，可节省电耗，只要各区温度调节的合理，水泵可以不用。
真空泵是用来排除低挥发组分的装置，一般用于接枝反应或淀粉填充母粒的生产。对于生产无机粉填充母粒来说，最好不用或少用。抽真空容易将物料中的助剂抽走，影响母粒在基体树脂中分散或加工成型。
总之，填充母料生产是一个复杂的系统工程，需要大家用心研究广泛交流，控制好生产的各个环节才可以生产出高品质低成本的产品。以上只是本人结合资料和经验做了一个简单的总结，供大家参考共同学习一起探讨为行列发展一起努力！
推介一个比较实用简单的生产方法供大家参考，采用 JL-T01填料母料复合改性剂(Modifier) ，这个产品是采用特殊的化学合成技术及功能性复合技术，将多种合成的新型大分子高活性物质，在专用设备上采用“一包化”匀化技术，因此产品集偶联剂、高效分散剂及加工助剂等多种功能于一体。在填料母料加工过程中添加JL-T01填料母料复合改性剂，不仅能使无机填料得到完全包覆，同时保证在基体树脂中高度分散，而且能改善填料母料体系各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率。
使用方法：
1.复合改性填料母料制备
一般拉丝、注塑产品选用400～800目重质碳酸钙，白度大于95 %，水份小于0.5%即可；
吹膜产品选用1250目以上微细重质碳酸钙或滑石粉（透明性和刚性好），白度大于95%即可；
增韧母料选用2500目以上超细重质碳酸钙，白度大于95 %即可；
高速混合机中，按100Kg重质碳酸钙或滑石粉根据细度不同添加JL-T01填料母料复合改性剂 3.0～5.0 %，再加基体树脂（可配合适量分散剂）, 混至100～140℃，混10～15分钟，即为改性填料，可直接进行挤出造粒。
2．常用配方
聚烯烃载体树脂 5~ 15（选择适当熔指的搭配）
无机填料 80 ~ 90
JL-T01填料母料复合改性剂 3~ 5（考虑成本可以适当配合PE蜡）
