共挤出技术是利用不同树脂的不同组合,来达到所需要的塑料制品的综合性能要求。一般需要多台挤出机同时挤出,把不同的塑料通过一个共挤机头挤出成型为制品。也有塑料和其他材料的共挤出,比如塑料和金属的共挤出。
以多层共挤薄膜为例。在食品包装薄膜方面,由于人们希望被包装物的保鲜期能够延长,需要考虑使用高阻隔材料,如PA、EVOH、PVDC等。但是如果采用这些材料制造包装膜,可能会出现强度不够、印刷困难或者热封困难等问题,并且成本也很高。因此,需要采用多层复合膜的办法来解决这些问题,比如PE/粘结剂/EVOH/粘结剂/PE组合的五层共挤膜。EVOH作为隔氧层,PE则作为保护层和热合密封层。多层共挤膜可以采用多层共挤吹膜法生产,也可以用多层共挤平膜法生产。
1.共挤出设备及膜产品
共挤出吹膜机头的最新技术为多层圆盘叠加式共挤出机头,相邻层间温差可达80°C,制品厚度误差在5%以内,并且用己二醇制冷机组来替代水冷却机组,冷却采用模体内冷和风环外冷相结合,以提高冷却和结晶速度,增加薄膜的透明度、强度和韧性。复合膜的最多层数为11层,大棚膜最大幅宽达24m。
但是多层共挤吹膜法也有层数不允许变化,各层之间的比率也不允许有比较大的变化等不足之处。当相邻层的树脂的熔点、粘度相差较大时,还容易发生层间分解。
平膜和流延膜共挤出是将在挤出机中塑料熔体经T形模头挤出,直接进入水溶液或骤冷辊,经冷却、牵引后制得成品。这种加工方法能够充分地发挥被加工材料的性能,而且同时能够保持最佳的尺寸精度。大多数热塑性塑料都可以用平膜法生产,尤其对半结晶型热塑性塑料更为合适。共挤膜各层的结构可以对称也可以不对称,当两层膜之间的粘附性能不佳时,就需要在两层之间加入一层很薄的粘结层,以提高边界粘结强度。
平膜法共挤出复合膜的净宽度可以达到1.2~3m,厚度0.01~0.18mm,挤出线速度为200~500m/min,复合层数1~9层。
平膜法共挤出复合成型同时也是多层共挤片材的主要生产方法,片材主要的用途是包装。现在包装用塑料片材已经越来越多地使用多层共挤片材,以得到综合性能比较好的片材。
共挤出复合成型同干法复合成型工艺相比,可以减少溶剂对环境的污染,但是各层厚度的控制和调节比较困难,层间界面不够清晰,界面处两层料流有可能发生相互干扰,尤其在机头内各层料流汇合处到模口之间距离比较长的情况下更容易发生。目前在共挤出工艺中广泛采用熔体泵,对各层厚度能够进行准确控制。
在共挤出平膜和共挤出片材过程中,使用熔体泵不仅可以使挤出稳定,提高了产品尺寸精度,提高了成品率,而且能够提高产量,降低能耗。更重要的是:熔体泵具有线性的输出特性,便于在生产中控制和操作。
2.共挤管材及复合管材(www.daowen.com)
(1)共挤管材 共挤出产品还有共挤管材、共挤型材,塑料和金属的共挤型材、管材等。共挤技术现在已经成为挤出管材、型材工艺中一个很突出的快速发展的技术。
国内已经有比较成功的共挤出管材产品。比如,搭接焊铝塑复合管(PE/热熔胶/AL/热熔胶/PE或者用PEXb或PE-RT来代替PE),生产线是用3~4台挤出机,在一个共挤机头中五层一次(或二次)共挤成型的。还有用PP-R来替代PE,称为PP-R铝塑管,这是我国特有的一种建筑内热水管道,既有铝塑管比较可靠的优点,又可以像PP-R管那样用热熔管件连接,不仅管件成本低,热熔连接也更方便。这里需要说明的是:用三台挤出机的五层一次共挤出是国外的技术,后来被国内采用;用四台挤出机的二次共挤出则是国内自行开发的技术,相比之下二次共挤出在操作和调整上更加方便,因此如今已经是搭接焊铝塑复合管生产线的重要形式。
另外,芯层发泡PVC室内排水管,生产线是用两台挤出机,一台挤出加有发泡剂的PVC作为芯层,另外一台挤出普通PVC作为内、外面层。与实壁PVC排水管相比,芯层发泡PVC排水管不仅管材重量减少,成本降低,而且降低噪声的效果明显。因此,芯层发泡PVC排水管已经成为建筑内排水管道的重要产品。
共挤出管材技术最新的用途是用于挤出非开挖工程用的PE管材。由于开挖施工不仅费用很高,破坏环境、扰民,而且在某些情况下,不可能采用开挖施工,比如在繁华的闹市施工,只能采用非开挖施工,因此国外近年非开挖施工发展很快,国内最近几年也进入大规模应用阶段。非开挖施工对PE管材提出了新的要求,比如要求有比较高的强度,管材表面要比较硬,要能够耐划伤,与土壤的摩擦因数要比较小等。因此就需要在PE管材表面复合上一层耐磨、比较硬的材料,又不能影响焊接性能。国外一般是复合一层被称为超韧聚乙烯的材料,或者是后交联聚乙烯,也有复合一层聚丙烯的。这就需要采用共挤出技术。
国内目前的管材共挤出技术发展很快,不断有新的共挤管材出现。比如,超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯的共挤管材,既保留了超高分子量聚乙烯优良的耐磨损性能,又解决了超高分子量聚乙烯管材连接困难的问题。
(2)复合管材 塑料和金属(钢材)的复合管材在国内发展非常活跃,产品有行业标准的有CJ/T 123—2004《给水用钢骨架聚乙烯塑料复合管》(华创管),CJ/T 182—2003《燃气用埋地孔网钢带聚乙烯复合管》(东泰管),以及CJ/T 189—2007《钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管材及管件》等。开发塑料和金属(钢材)复合管材的目的,是为了提高塑料管材的工作压力。但是,由于塑料和金属的热膨胀系数差距很大,很难把它们完美地复合成为一个整体,特别是采用共挤出工艺一次复合成型的(如华创管、东泰管),其管材性能上的缺陷是明显的,因此这些复合管在提高管材的工作压力上并没有明显的效果。而采用多层逐次复合工艺的“金石东方”的工艺方式,所生产的管材反而对工作压力有比较大的提高,但是其管材最高工作压力也不过只有2.5~3.0MPa。
在塑料管道中工作压力比较高的,在国内只有长春高祥特种管道有限公司开发的钢丝编织增强聚乙烯复合管,工作压力达到了5.5~16.5MPa,该公司2005年引进的“钢带缠绕增强聚乙烯复合管”设计工作压力则达到了13~25MPa。近年天津海王星海上工程技术有限公司也开发了类似的“钢带缠绕增强复合管”,工作压力达到20MPa以上,用于近海采油管道。
3.共挤型材
型材方面的共挤出主要是共挤不同材料和不同颜色的面层,以增加塑料型材的花色品种,提高市场竞争能力,比如,共挤出PMMA/ASA面层的PVC型材。还有与金属增强骨架共挤的塑料型材,但是由于当塑料型材焊接时,金属增强骨架需要另外设法连接,比较麻烦。与塑料和金属(钢材)的共挤管材一样,热膨胀系数差距引起的复合困难也是一个不容易解决的难题,因此在市场上始终没有成为主流产品。
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