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[問題求助] 擠出機之單螺桿和雙螺桿
P:2009-06-11 21:06:26
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擠出機按其螺桿數量可以分為單螺桿、雙螺桿和多螺桿擠出機。
目前以單螺桿擠出機應用最為廣泛，適宜于一般材料的擠出加工。
雙螺桿擠出機由于具有由摩擦產生的熱量較少、物料所受到的剪切比較均勻、螺桿的輸送能力較大、擠出量比較穩(wěn)定、物料在機筒內停留長,混合均勻
SJSZ系列錐形雙螺桿擠出機具有強制擠出、高質量、適應性廣、壽命長、剪切速率小、物料不易分解、混煉塑化性能好、粉料直接成型等特點，溫度自控，真空排氣等裝置。適用于管、板、異形材等制品的生產。
2001年蘭泰塑料機械有限公司開發(fā)出高扭矩型SHJ-92同向雙螺桿配混擠出造粒機組，并出口印度尼西亞，產量達1100公斤/小時，355kw,螺桿轉速達500r/min,在國內機型配置和性能最高。在國內率先研制成功雙流道液壓換網系統(tǒng)，實現了真正的不停車換網�；鞜掁D子型螺桿元件等新型元件研制成功并且應用。
單螺桿擠出機無論作為塑化造粒機械還是成型加工機械都占有重要地位，近幾年業(yè)，單螺桿擠出機有了很大的發(fā)展。目前德國生產的大型造粒用單螺桿擠出機，螺桿直徑達700mm，產量為36t/h。
單螺桿擠出機發(fā)展的主要標志在于其關鍵零件——螺桿的發(fā)展。近幾年以來，人們對螺桿進行了大量的理論和實驗研究，至今已有近百種螺桿，常見的有分離型、剪切型、屏障型、分流型與波狀型等。
從單螺桿發(fā)展來看，盡管近年來單螺桿擠出機已較為完善，但隨著高分子材料和塑料制品不斷的發(fā)展，還會涌現出更有特點的新型螺桿和特殊單螺桿擠出機。從總體而言，單螺桿擠出機向著高速、高效、專用化方向發(fā)展。
雙螺桿擠出機喂料特性好，適用于粉料加工，且比單螺桿擠出機有更好的混煉、排氣、反應和自潔功能，特點是加工熱穩(wěn)定性差的塑料和共混料時更顯示出其優(yōu)越性。近些年來國外雙螺桿擠出機已經有很大的發(fā)展，各種形式的雙螺桿擠出機已系列化和商品化，生產的廠商也較多，大致分類如下：
(1)按兩根軸線相對位置，有平行和錐形之分；
(2)按兩根螺桿嚙合程序，有嚙合型和非嚙合型之分；
(3)按兩根螺桿的旋轉方向，有同向和異向之分，在異向中又有向內、向外之分；
(4)按螺桿旋轉速度，有高速和低速之分；
(5)按螺桿與機筒的結構，有整體和組合之分。
在雙螺桿擠出機的基礎上，為了更容易加工熱穩(wěn)定性差的共混料，有的廠家又開發(fā)出多螺桿擠出機如行星擠出機等。
炭化作用在聚烯烴材料中的阻燃應用
摘要：本文簡述了炭化作用在聚烯烴材料阻燃中的研究與應用。文章對現有炭化阻燃技術進行了分析，同時敘述了國內外以炭化技術為主的阻燃聚烯烴體系的研究情況，討論了協(xié)同阻燃、有機硅系阻燃、聚合物納米阻燃材料等多種新技術在防火阻燃中的應用。
關鍵詞：炭化作用、聚烯烴、阻燃
聚烯烴是烯烴(以乙烯、丙烯為主)的聚合物，它是一種質輕、無毒,具有優(yōu)良的介電性能、電絕緣性能和耐化學腐蝕性能的熱塑性材料。聚烯烴價格低廉,加工流動性好,易加工成各種形狀復雜的制品,被廣泛應用于電子、電器、化工、食品、機械、交通運輸等行業(yè),其中應用于電線電纜行業(yè)最多。但聚烯烴的氧指數僅有17左右,屬易燃材料。因此,聚烯烴的阻燃研究備受關注,而炭化阻燃是該研究領域的一項重要內容。
早在20世紀70年代,Krevelen[1]等人就提出了高聚物在燃燒過程中可形成炭層,其阻燃性可以得到明顯改善,且高聚物燃燒時生成的炭量與其極限氧指數(LOI)有很好的相關性，高聚物成炭性與其阻燃性能密切相關。對聚合物來說，目前存在的主要問題是炭化劑炭化效果差，而且聚合物自身分解產物參與成炭的程度較小，阻燃劑在燃燒過程中生成的炭的速度又慢，造成成炭量少，炭層質量差，難以起到很好的隔熱隔氧作用。在燃燒過程中，炭化對聚合物的阻燃性有巨大的影響。因此，研制開發(fā)高效的炭化劑，特別是能促進聚烯烴自身更多的參與成炭的膨脹型阻燃劑，具有重大的意義。
近年來，為了提高阻燃聚合物的炭化效率，出現了協(xié)同阻燃、有機硅系阻燃、納米阻燃材料等多種新技術[2]。
1.協(xié)同阻燃
雙金屬氫氧化物(LDH)是近年來才興起的一種無鹵阻燃劑，它是一類陰離子型的層狀材料，其化學組成式為 ，其中 和 分別代表二價和三價金屬離子，A為層間陰離子。LDH廣泛應用于各種工業(yè)領域，受熱在50-200℃失去層間水，300℃以上時層間的碳酸根與羥基脫出，在此過程中，大量吸收熱量，可以起到阻燃的作用。此外，分解后的固體產物具有較大的比表面積和較強的堿性，能及時地吸收材料熱分解釋放的酸性氣體和煙霧，起到抑煙的作用[3]。
最近發(fā)展起來一種新型的無鹵無機膨脹型阻燃劑-膨脹石墨（EG）[4]。它是在硫酸中氧化石墨制得的，為黑色片狀物，當其被迅速加熱到300℃以上時，可以沿晶體結構的C-C方向膨脹數百倍，有優(yōu)良的膨脹成炭效果，在成炭阻燃方面具有良好的應用前景。田春明[5]等將EG/APP 體系用于高密度聚乙烯 HDPE，的研究, 熱分析表明,EG/APP 的添加使得HDPE 材料的熱穩(wěn)定性增強,降解過程變緩,剩炭率增加;SEM表明, EG/APP 加入使樣品生成連續(xù)、致密的炭層。
2. 有機硅系阻燃
有機硅系阻燃劑是一種新型高效、低毒、防熔滴、環(huán)境友好的非鹵阻燃劑,也是一種成炭型抑煙劑。有機硅系阻燃劑能促進炭的生成,提高炭層的穩(wěn)定性和改善炭層結構。該炭層還具有一定的抑煙作用[1-2]。李鳳嶺[6]等研究發(fā)現,加入Al(OH)3或SiO2可提高聚丙烯膨脹體系的絕熱性能,但極限氧指數(LOI)卻下降, 但如果添加一定量的有機硅化合物卻可使蜂窩狀炭結構更加穩(wěn)定和致密,提高了聚丙烯的極限氧指數。
何繼輝[7]等采用含活性乙烯基的硅橡膠(PDMS)與線性低密度聚乙烯(LLDPE)進行熔融共混,并添加阻燃母料(FM),制得LLDPE/PDMS阻燃共混物。結果表明,未加PDMS的阻燃材料燃燒后殘留的炭層由阻燃劑分解產生的無機粒子堆砌而成,結構疏松;而加入15%PDMS的阻燃共混物燃燒后形成結構緊密的板結炭層,阻燃材料氧指數從22提高到28。
3.新型納米成炭阻燃材料
上世紀80年代末及90年代初興起的聚合物分子材料阻燃的新途徑。由于納米效應，聚合物/常規(guī)聚合物/填料復合材料無法比擬的優(yōu)點，如密度小，耐熱性好，阻燃性能大大提升等，引起了廣泛的關注。特別是自1991年碳納米管被發(fā)現以來，其優(yōu)異的力學性能、熱學性能，良好的導電性能和較大的比表面積引起全世界范圍內的廣泛研究。碳納米管具有非極性，與聚烯烴有良好的相容性，既不需要像蒙脫土那樣進行有機改性，也不需要加增溶劑進行改性。目前，關于碳納米管在提升聚合物的熱穩(wěn)定性方面也有一定的報道。
王彪[8]等用熔融共混法制備了聚丙烯/多壁碳納米管(PP/MWNTs)復合材料,TGA研究表明在氮氣氣氛下碳納米管顯著增加了聚丙烯基體的熱穩(wěn)定性，3wt%MWNTs可使PP熱分解起始溫度提高44℃，具有良好的提升熱穩(wěn)定性作用。
胡小平[9]等用兩種新型阻燃劑(SPS和PTEN)與聚磷酸銨(APP)及碳納米管(MWNT)復配,并應用于低密度聚乙烯(LDPE),得到膨脹型阻燃LDPE/MWNT復合材料。通過氧指數(LOI)、垂直燃燒(UL-94)、錐形量熱試驗(CONE)對膨脹型阻燃LDPE/MWNT復合材料的阻燃性能和燃燒性能進行了研究。結果表明,在該膨脹型阻燃體系中,IFR與MWNT之間存在明顯的協(xié)效阻燃作用,并且大大降低了低密度聚乙烯的可燃性和熱釋放速率(HRR),而且燃燒后的殘?zhí)苛看蟠笤黾印?BR>
碳納米管具有良好的提升聚合物熱穩(wěn)定性性能，其較大的比表面積可以吸附燃燒中的有害氣體和煙塵，因此具有良好的發(fā)展?jié)摿�，隨著碳納米管的成本逐漸降低，其應用必將越來越廣。
目前以單螺桿擠出機應用最為廣泛，適宜于一般材料的擠出加工。
雙螺桿擠出機由于具有由摩擦產生的熱量較少、物料所受到的剪切比較均勻、螺桿的輸送能力較大、擠出量比較穩(wěn)定、物料在機筒內停留長,混合均勻
SJSZ系列錐形雙螺桿擠出機具有強制擠出、高質量、適應性廣、壽命長、剪切速率小、物料不易分解、混煉塑化性能好、粉料直接成型等特點，溫度自控，真空排氣等裝置。適用于管、板、異形材等制品的生產。
2001年蘭泰塑料機械有限公司開發(fā)出高扭矩型SHJ-92同向雙螺桿配混擠出造粒機組，并出口印度尼西亞，產量達1100公斤/小時，355kw,螺桿轉速達500r/min,在國內機型配置和性能最高。在國內率先研制成功雙流道液壓換網系統(tǒng)，實現了真正的不停車換網�；鞜掁D子型螺桿元件等新型元件研制成功并且應用。
單螺桿擠出機無論作為塑化造粒機械還是成型加工機械都占有重要地位，近幾年業(yè)，單螺桿擠出機有了很大的發(fā)展。目前德國生產的大型造粒用單螺桿擠出機，螺桿直徑達700mm，產量為36t/h。
單螺桿擠出機發(fā)展的主要標志在于其關鍵零件——螺桿的發(fā)展。近幾年以來，人們對螺桿進行了大量的理論和實驗研究，至今已有近百種螺桿，常見的有分離型、剪切型、屏障型、分流型與波狀型等。
從單螺桿發(fā)展來看，盡管近年來單螺桿擠出機已較為完善，但隨著高分子材料和塑料制品不斷的發(fā)展，還會涌現出更有特點的新型螺桿和特殊單螺桿擠出機。從總體而言，單螺桿擠出機向著高速、高效、專用化方向發(fā)展。
雙螺桿擠出機喂料特性好，適用于粉料加工，且比單螺桿擠出機有更好的混煉、排氣、反應和自潔功能，特點是加工熱穩(wěn)定性差的塑料和共混料時更顯示出其優(yōu)越性。近些年來國外雙螺桿擠出機已經有很大的發(fā)展，各種形式的雙螺桿擠出機已系列化和商品化，生產的廠商也較多，大致分類如下：
(1)按兩根軸線相對位置，有平行和錐形之分；
(2)按兩根螺桿嚙合程序，有嚙合型和非嚙合型之分；
(3)按兩根螺桿的旋轉方向，有同向和異向之分，在異向中又有向內、向外之分；
(4)按螺桿旋轉速度，有高速和低速之分；
(5)按螺桿與機筒的結構，有整體和組合之分。
在雙螺桿擠出機的基礎上，為了更容易加工熱穩(wěn)定性差的共混料，有的廠家又開發(fā)出多螺桿擠出機如行星擠出機等。
炭化作用在聚烯烴材料中的阻燃應用
摘要：本文簡述了炭化作用在聚烯烴材料阻燃中的研究與應用。文章對現有炭化阻燃技術進行了分析，同時敘述了國內外以炭化技術為主的阻燃聚烯烴體系的研究情況，討論了協(xié)同阻燃、有機硅系阻燃、聚合物納米阻燃材料等多種新技術在防火阻燃中的應用。
關鍵詞：炭化作用、聚烯烴、阻燃
聚烯烴是烯烴(以乙烯、丙烯為主)的聚合物，它是一種質輕、無毒,具有優(yōu)良的介電性能、電絕緣性能和耐化學腐蝕性能的熱塑性材料。聚烯烴價格低廉,加工流動性好,易加工成各種形狀復雜的制品,被廣泛應用于電子、電器、化工、食品、機械、交通運輸等行業(yè),其中應用于電線電纜行業(yè)最多。但聚烯烴的氧指數僅有17左右,屬易燃材料。因此,聚烯烴的阻燃研究備受關注,而炭化阻燃是該研究領域的一項重要內容。
早在20世紀70年代,Krevelen[1]等人就提出了高聚物在燃燒過程中可形成炭層,其阻燃性可以得到明顯改善,且高聚物燃燒時生成的炭量與其極限氧指數(LOI)有很好的相關性，高聚物成炭性與其阻燃性能密切相關。對聚合物來說，目前存在的主要問題是炭化劑炭化效果差，而且聚合物自身分解產物參與成炭的程度較小，阻燃劑在燃燒過程中生成的炭的速度又慢，造成成炭量少，炭層質量差，難以起到很好的隔熱隔氧作用。在燃燒過程中，炭化對聚合物的阻燃性有巨大的影響。因此，研制開發(fā)高效的炭化劑，特別是能促進聚烯烴自身更多的參與成炭的膨脹型阻燃劑，具有重大的意義。
近年來，為了提高阻燃聚合物的炭化效率，出現了協(xié)同阻燃、有機硅系阻燃、納米阻燃材料等多種新技術[2]。
1.協(xié)同阻燃
雙金屬氫氧化物(LDH)是近年來才興起的一種無鹵阻燃劑，它是一類陰離子型的層狀材料，其化學組成式為 ，其中 和 分別代表二價和三價金屬離子，A為層間陰離子。LDH廣泛應用于各種工業(yè)領域，受熱在50-200℃失去層間水，300℃以上時層間的碳酸根與羥基脫出，在此過程中，大量吸收熱量，可以起到阻燃的作用。此外，分解后的固體產物具有較大的比表面積和較強的堿性，能及時地吸收材料熱分解釋放的酸性氣體和煙霧，起到抑煙的作用[3]。
最近發(fā)展起來一種新型的無鹵無機膨脹型阻燃劑-膨脹石墨（EG）[4]。它是在硫酸中氧化石墨制得的，為黑色片狀物，當其被迅速加熱到300℃以上時，可以沿晶體結構的C-C方向膨脹數百倍，有優(yōu)良的膨脹成炭效果，在成炭阻燃方面具有良好的應用前景。田春明[5]等將EG/APP 體系用于高密度聚乙烯 HDPE，的研究, 熱分析表明,EG/APP 的添加使得HDPE 材料的熱穩(wěn)定性增強,降解過程變緩,剩炭率增加;SEM表明, EG/APP 加入使樣品生成連續(xù)、致密的炭層。
2. 有機硅系阻燃
有機硅系阻燃劑是一種新型高效、低毒、防熔滴、環(huán)境友好的非鹵阻燃劑,也是一種成炭型抑煙劑。有機硅系阻燃劑能促進炭的生成,提高炭層的穩(wěn)定性和改善炭層結構。該炭層還具有一定的抑煙作用[1-2]。李鳳嶺[6]等研究發(fā)現,加入Al(OH)3或SiO2可提高聚丙烯膨脹體系的絕熱性能,但極限氧指數(LOI)卻下降, 但如果添加一定量的有機硅化合物卻可使蜂窩狀炭結構更加穩(wěn)定和致密,提高了聚丙烯的極限氧指數。
何繼輝[7]等采用含活性乙烯基的硅橡膠(PDMS)與線性低密度聚乙烯(LLDPE)進行熔融共混,并添加阻燃母料(FM),制得LLDPE/PDMS阻燃共混物。結果表明,未加PDMS的阻燃材料燃燒后殘留的炭層由阻燃劑分解產生的無機粒子堆砌而成,結構疏松;而加入15%PDMS的阻燃共混物燃燒后形成結構緊密的板結炭層,阻燃材料氧指數從22提高到28。
3.新型納米成炭阻燃材料
上世紀80年代末及90年代初興起的聚合物分子材料阻燃的新途徑。由于納米效應，聚合物/常規(guī)聚合物/填料復合材料無法比擬的優(yōu)點，如密度小，耐熱性好，阻燃性能大大提升等，引起了廣泛的關注。特別是自1991年碳納米管被發(fā)現以來，其優(yōu)異的力學性能、熱學性能，良好的導電性能和較大的比表面積引起全世界范圍內的廣泛研究。碳納米管具有非極性，與聚烯烴有良好的相容性，既不需要像蒙脫土那樣進行有機改性，也不需要加增溶劑進行改性。目前，關于碳納米管在提升聚合物的熱穩(wěn)定性方面也有一定的報道。
王彪[8]等用熔融共混法制備了聚丙烯/多壁碳納米管(PP/MWNTs)復合材料,TGA研究表明在氮氣氣氛下碳納米管顯著增加了聚丙烯基體的熱穩(wěn)定性，3wt%MWNTs可使PP熱分解起始溫度提高44℃，具有良好的提升熱穩(wěn)定性作用。
胡小平[9]等用兩種新型阻燃劑(SPS和PTEN)與聚磷酸銨(APP)及碳納米管(MWNT)復配,并應用于低密度聚乙烯(LDPE),得到膨脹型阻燃LDPE/MWNT復合材料。通過氧指數(LOI)、垂直燃燒(UL-94)、錐形量熱試驗(CONE)對膨脹型阻燃LDPE/MWNT復合材料的阻燃性能和燃燒性能進行了研究。結果表明,在該膨脹型阻燃體系中,IFR與MWNT之間存在明顯的協(xié)效阻燃作用,并且大大降低了低密度聚乙烯的可燃性和熱釋放速率(HRR),而且燃燒后的殘?zhí)苛看蟠笤黾印?BR>
碳納米管具有良好的提升聚合物熱穩(wěn)定性性能，其較大的比表面積可以吸附燃燒中的有害氣體和煙塵，因此具有良好的發(fā)展?jié)摿�，隨著碳納米管的成本逐漸降低，其應用必將越來越廣。
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