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大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 1 聚烯烃注塑成型指南 介绍 聚烯烃是 注塑成型 使用 最广泛的二手塑料。本手册“聚烯烃 注塑成型 指南” ， 包含 一般材料信息 、 设备 信息和 聚烯烃制品最佳 注塑成型方法 。 可注射成型的聚烯烃包括： 低密度聚乙烯（ 线性低密度聚乙烯（ 高密度聚乙烯（ 乙烯共聚物，如乙烯醋酸乙烯酯（ 聚丙烯和丙烯共聚物（ 热塑性烯烃（ 一般来说，与其他塑料相比，注塑聚烯烃的优点是： 重量轻 出色的耐化学性 在较低温度下韧性好 优异的介电性能 不吸湿 聚烯烃的特点是有 广泛的填料， 可用 增强剂和化学改性剂进行改性。 此外， 一般 聚烯烃相对容易注塑成型。 聚烯烃注塑的主要应用领域是： 家电 汽车产品 消费产品 家具 家庭用品 工业容器 材料处理设备 包装品 体育用品 玩具和新产品 本手册包含有关聚烯烃注射成型的大量信息 ;， 然而，对于特定应用的 脂的加工没有具体的建议。 有关更多详细信息，请联系您的 烯烃销售或技术服务代表。 聚烯烃衍生自石油化学品 聚烯烃是由石油基气体聚合的塑料树脂。 两种主要气体是乙烯和丙烯。 乙烯是制造聚乙烯（ 乙烯共聚物树脂的主要原料 ; 丙烯是制备聚丙烯（ 丙烯共聚物树脂的主要成分。 聚烯烃树脂被 归类于 热塑性塑料，这意味着它们可以被熔化，固化并再次熔化。 这与热固性树脂（例如酚醛树脂）形成对比，其一旦固化就不能再 次 加工。 用于注塑的聚烯烃树脂 大多数 以 其 颗粒形式使用。 颗粒的直径约 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 2 为 1/8 英寸长， 直径为 1/8 英寸，通常 为 稍微半透明至白色。 许多聚烯烃树脂含有添加剂，如热稳定剂。 它们还可以与着色剂、阻燃剂、发泡剂、填料、 增强剂和其它功能添加剂如抗静电剂和润滑剂混合。 分子结构和组成影响特性和加工性 四种基本的分子性质影响注塑 聚烯烃 优质 部件所必需的大部分树脂特性。 这些分子性质是： 链分支 结晶度或密度 平均分子量 分子量分布 所使用的材料和 工艺 会 确定聚合聚烯烃的 分子性质。 衍生聚烯烃 气体的基本结构单元是氢和碳原子。 对于聚乙烯，将这些原子合并形成亚甲基单体 C 2 H 4。 H H | | C = C | | H H 在聚合过程中，连接碳原子的双键断裂。 在合适的条件下，这些键与其他乙烯分子改性形成长分子链。 得到的产物是聚乙烯树脂。对于聚丙烯，将氢和碳原子合并形成丙烯单体 。 第三个碳原子形成一个侧分支，使得主链呈螺旋状。 通过乙烯单元与乙酸乙烯酯（ 无规 则分布的共聚单体聚合制成 乙烯 - 乙酸乙烯酯（ 乙烯共聚物。 链分支 聚合物链可以是线性的，如在高密度聚乙烯中，或者如在低密度 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 3 聚乙烯中那样 。 对于聚乙烯分子链中的每 100 个乙烯单元，可以有 1到 10 个短或长的 三维辐射 分支 （图 1）。 分支的程度和类型由工艺（反应器）、催化剂 或任何使用的共聚单体控制。 链分支影响聚乙烯的许多性质，包括密度、硬度、 柔韧性和透明度等等。 链分支也是 可能发生氧化的分子结构的 重 点。 如果在加工过程中达到过高的温度，则会发生氧化，这可能 影响聚合物的性能。 这种氧化或降解可能导致聚乙烯中的交联和聚丙烯中的链断裂。 图 另一方面，聚丙烯可以看成是 线性（无支化）或非常高度支化的。 尽管悬浮的碳在每个重复单元上形成短分支，但它也是聚丙烯分子独特螺旋和线性构型的原因。 密度 聚烯烃是半结晶聚合物，这意味着它们由排列成非常有序（结晶）结构的分子和随机取向（无定形）的分子组成。 晶体和非晶区域的这种混合物（图 2）对于向注模部件提供 可靠 的性能是必不可少的。 完全无定形的聚烯烃 的物理性能 类似 于润滑脂但 有 一些 差 异 。 完全结晶的聚烯烃将是非常硬和脆的。 图 A）和无定形（ B）区域 脂具有线性分子链，其侧链分支较少。 因此，链条更紧密地贴 在一起（图 3），其 结晶度高达 95。 脂通常具有 60至 75的结晶度。 脂的结晶度为 60至 85。 脂是高度结晶的，但它们不是非常密集。 ，这是商品热塑性塑料的最低值，并且各 制造商的 产品 差异不大。 图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 4 对于聚乙烯，密度和结晶度直接相关，结晶度越高，树脂密度越高。 更高的密度又影响了许多性能。 随着密度的增加，热软化点、 耐油性 和水汽渗透和刚度增加。 然而，增加的密度通常导致抗应力开裂性和低温韧性降低。 脂的密度范围为 /立方厘米（ g / 脂的范围为 g / 脂的范围为 g / 以看出，所有天然聚烯烃树脂，即没有任何填料或增强剂的那些， 其密度 小于 。 这种轻质量是聚烯烃注塑成型 部件的关键优点之一。 密度对各种类型的聚乙烯树脂的性能的一般指标在 表1 中。 分子量 不同元素的原子，如碳、 氢等具有不同的原子量。 碳的 原子量为12，氢的 原子 量为 1。 因此，乙烯单元的分子量是其六个原子（两个碳原子 x 12 +四个氢 x 1） 的重量之和 ，等于 28。 与简单的化合物（如乙烯或丙烯）不同，每种聚烯烃树脂由大小链的混合物组成，即高分子量和低分子量的链。 聚合物链的分子量一般为数千， 有些 可能高达一百多万。 这些的平均值 称为 相对 平均分子量。 表 熔融指数增加 密度 增加 硬度计硬度（表面） 保持原本性质 增加 光泽程度 加强 加强 耐热性（软化点） 保持原本性质 加强 抗应力开裂性 减弱 减弱 机械柔性寿命 减少 减少 加工性能（模具压力较小） 提高 保持原样 模具收缩性 减小 增加 成型速度（凝固速度） 保持 原样 加快 耐渗透性 保持原样 加强 刚性 保持原样 加强 韧性 减弱 减弱 透明度 保持原样 减弱 翘曲程度 减弱 加强 随着平均分子量的增加，树脂的韧性增加。 同样，抗拉 强度和耐环境应力开裂性（ 增加 。 当成型件时 受到 材料 如溶剂、油、 洗涤剂 等的压力时可能会开裂。然而，较高的分子量会增加在熔体粘度和流动 阻力 ，较高的 平均分子量 使注射成型更加困难 。 熔体流动速率（ 在标准温度和静态载荷（压力）条件下对 聚合物熔体粘度的简单测量。对于聚乙烯，它通常被称为熔融指数（ 在 10 分钟（ g / 10 分钟）内流过标准尺寸孔口的熔融树 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 5 脂的 重量。熔体流动速率与树脂的平均分子量成反比：随着平均分子量的增加， 低，反之亦然。 熔体粘度或树脂流动的阻力是非常重要的特性，因为它影响填充模腔的熔融聚合物 的流动。具有较高熔体流动速率的聚烯烃需要较低的注射成型加工压力、温度和较短的成型周期（从模具中排出之前冷却所需的时间较少）。具有高粘度和较低熔体指数的树脂 注射成型 需要 相反 的 条件。 应该知道的是 ，压力影响流动特性。 两种树脂可以具有相同的熔体指数，但是具有不同的高压流动性能。 因此， 须与其他特性（如分子量分布）一起使用，以测量树脂的流动性和其他性能。 通常，注塑树脂的特征是具有中等、 高或非常高的流量。 对于注塑级 聚乙烯的 通常在 190（ 374 F）下使用 2160g 的静态载荷测定。 聚丙烯的 在相同的负载下测定，但在 230（ 446 F）的较高温度下测定。 其他热塑性塑料的 因此，使用 据的不同材料的相对加工性 是不可能 准确预测 的 。 分子量分布 在聚合过程中，产生长度不同的分子链混合物。 有些可能很短 其它 可能非常长，包含数千个单体单元。 大分子链和中小分子链在聚烯烃树脂中的相对分布对其性质很重要。 当分子链 由接近平均长度的链构成时，称为具有“窄分子量分布”的树脂。具有“宽分子量分布”的聚烯烃是具有更宽链条长度的树脂。 通常，具有窄分子量分布的树脂具有良好的低温冲击强度和低翘曲。 具有宽分子量分布的树脂通常具有较高的抗应力开裂性和更易于加工性 （图 4）。 用于制备聚烯烃的催化剂类型和聚合方法 决定其分子量分布。 脂的分子量分布（ 可以 是通过在生产过程中改变 添加剂选择性断裂 较 长 的 子 链 。这导致较窄的分子量分布和更高的熔体流动速率。 共聚物 用一种碱性类型的单体制成的聚烯烃称为均聚物。 然而，存在由两种或多种单体制成的大量 聚烯烃，称为共聚物。 许多注塑级 是由 特定性能改进的共聚单体制成的。 最常用于 共聚单体称为 它们包括丁烯、 己烯和辛烯。 与乙烯一起制备注塑级别的其它共聚单体是丙烯酸乙酯， 用 共聚物乙烯丙烯酸乙酯（ 乙酸乙烯酯生产乙烯醋酸乙烯酯（ 乙烯用作丙烯与丙烯的共聚单体，生成聚丙烯无规共聚物。 通过在形成细 而 分散的乙丙橡胶的第二反应器中生产高乙烯 - 丙烯共聚物，可以使聚丙烯更具抗冲击性。 以这种方式制备的产品通常称为抗冲共聚物。 图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 6 改性剂和添加剂 许多化学改性剂和添加剂可以与聚烯烃注塑树脂混合。 在某些 树脂制造过程中 可以 添加化学改性剂。 这些添加剂中的一些包括： 抗氧化剂 酸清除剂 工艺稳定剂 防静电剂 脱模添加剂 紫外线（ 稳定剂 成核剂 澄清器 润滑剂 与模塑商紧密合 作 供各种注塑用聚烯烃树脂，包括 P，聚物和 这些特定树脂 以满足许多应用领域的要求。 可以通过控制树脂生产过程中的四种基本分子性质和通过使用改性剂、 添加剂来制备具有明显不同特性的聚烯烃树脂。 注塑机 商家 可以与他们的 烯烃销售或技术服务代表密切合作，以确定最能满足其需求的 树脂。 烯烃技术服务代表还可以通过改进工具、零件和指导开发特殊产品 满足新型 应用的要求，来协助注塑机 终端用户。 如何制造聚烯烃 高纯度乙烯和丙烯气体是制备聚烯烃的基本原料（图 5）。 这些气体可以是炼油厂的副产物， 它们 也 可以从通过气田的管道从乙烷 、丙烷液化气体混合物中提取出来。 乙烷 、丙烷裂解和纯化中的高效率可以 保证 非常纯的乙烯和丙烯，这对于生产高质量的聚烯烃是至关重要的。 图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 7 以通过更多的聚合技术和 用 比任何其他供应商 更大范围的催化剂生产聚烯烃。 两个植物如图 6 所示。 图 利诺伊州莫里斯的聚丙烯装置。 右边 ，德州工厂 置 低密度聚乙烯（ 为了制造 脂， 用高 压、 高温管式和高压釜聚合反应器（图 7 和 8）。将乙烯泵入反应器并与催化剂或引发剂组合以制备 形成的 体流入分离器，其中未使用的气体被除去，回收并循环回到该过程中。 然后将 入挤出机进行造粒。如果需要特定的 功能，此时需要加入添加剂 。 图 7. 温管状工艺图 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 8 图 8. 温高压釜工艺图 高密度聚乙烯（ 备 用了 许多 用于注塑应用的基本工艺，包括溶液工艺和浆料工艺。 在 9）使用的多反应器浆料方法中，将乙烯和共聚单体（如果使用的话）与惰性烃载体一起泵送到反应器中，在反应器中与催化剂结合。 然而，与 产相反，使用相对较低的压力和温度来生产 颗粒状聚合物以液体浆料离开反应器系统并分离并干燥。 然后将其输送到挤出机，并 在造粒之前加入添加剂。 利用多反应器溶液工艺生产 10）。 在该方 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 9 法中， 形成的 解在溶剂载体中，然后在下降 过程中沉淀。 另外的吸附步骤产生几乎没有催化剂残留物的非常干净的产品。 因为这两种方法都使用多个反应器，所以 有定制和优化各种 级别 产品 的分子量分布的能力，以提供独特的加工性能和物理性能 。 图 9. 行反应器 - 浆料过程 线性低密度聚乙烯（ 用气相工艺制造 11）。 这个过程与 与 艺有些相似。 与 法的主要区别是使用相对低压和低温聚合反应器。 另一个区别是在反应器中乙烯与丁烯或己烷共聚单体共聚。 与 同，聚合物以干燥颗粒形式离开反应器，其随后与挤出机中的添加剂混合。 图 10. 解 工艺 图 11. 化床工艺 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 10 随着催化剂和操作条件的变化， 脂也可以在这些 聚丙烯 为了制造 用垂直搅拌的液体 - 浆料方法（图 12）和垂直搅拌、流化床、 气相 技术相结合的 方法（图 13）。 美国第一家使用气相技术生产 聚丙烯供应商。 使用两个串联操作的流化床、气相反应器生产 冲击共聚物 聚烯烃生产设备如表 2 所述。 图 12. 料工艺 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 11 图 13. 反应器 - 气相工艺 表 国） 聚丙烯 低密度聚乙烯 国） 高密度聚乙烯 国） 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 国） 低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯 国） 高密度聚乙烯 国） 低密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯 聚乙烯 国） 高密度聚乙烯 运输和处理聚烯烃树脂 保持聚烯烃树脂清洁是至关重要的。 聚烯烃树脂通过料斗车、 瓦楞纸箱和塑料袋 运送到 成型机上。 在树脂制造和后续处理过程中 进行 严格的质量控制，直到 运输到 成型机，确保产品的清洁。 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 12 当散装货物运送时，造纸商必须使用 正确 的卸载树脂的程序。 植物材料处理系统的维护也是至关重要的。 当使用袋子和箱子时，打开容器时要特别小心，并且在卸下时要盖住它们。 无论是作为混合物还是原样使用，地面树脂也应受到严格保护，以免污染。 只要有可能，应该使用回收材料。 当不可能时，废料应收集在封闭的系统中，并以与原始树脂相同的预防措施进行回收。 在任何 情况下，应仔细控制使用的再研磨比例，以确保加工和零件性能的一致性。 物料搬运 用材料处理系统和检测程序，该设计用于在生产、储存、 装载和运输过程中防止外部污染和产品交叉污染。 由于聚烯烃树脂是 的 不吸湿性 （不吸水），因此它们在制模 之前不需要干燥。然而，在某些条件下，会在颗粒表面上形成冷凝。 当 装 树脂的纸箱从冷库环境移动到温暖的成型区域或将冷颗粒从筒仓转移到室内存储系统时，应 使 材料的温度平衡 八个小时，以便在成型前排除所有 冷凝物。 提高树脂利用率的最佳方法是消除转移系统中的污染物。如果散装处理系统不 是专用于一种材料或不能充分清除，则有可能会被以前转移的材料 污染。 有时候 ， 丝带残留物 组 成 的团块可能积聚在 筒仓中并堵塞出口。这种类型的污染物也可能导致传送系统过滤器堵塞或影响成型机 。所有这些问题都可能导致成型机停机，过多的废料 会导致清洁筒仓、 输送管线和过滤器的时间和成本 增加 。 聚合物通过平滑孔管道传输过程中可能会产 生聚烯烃粉尘、丝状残留物 污染 现象 。这些传送系统还 包含长半径的弯曲部，用于将树脂从料斗输送到筒仓或料仓。通过输送管线输送的聚烯烃颗粒以非常高的速度行进。 当颗粒接触光滑的管壁时，它滑动并产生摩擦。摩擦又产生足够的热量 将颗粒表面的温度升高到树脂的软化点。当这种情况发生时，少量的熔融聚烯烃沉积在管壁上并几乎立即 凝结。随着时间的推移，将会形成丝状或带状的堆积物 。 当 颗粒与管壁相遇时，沿着长半径弯曲的内表面，沉积物几乎连续并形成飘带物 。 最后， 丝状物和飘带物从管壁上移开，经过成型进入 储物仓或转移过滤器 中 。 形成的 飘带物 数量随着传送空气温度和速度的增加而增加。 材料处理的其他正确做法包括 空气温度 控制（冷却） ， 通过温度转移使 颗粒的软化和熔化 程度最小 。 传输线的正确设计在利用最佳弯曲半径、 盲孔和适当角度方面也是至关重要的。 请咨询您的 术服务工程师，以获得有关该领域的指导。 如何解决物料搬运问题 光滑的管道是 造成丝状物和带状物的主要原因 ，一个解决方案是使用 粗糙的管道内壁。 这会让颗粒滚动 而不是沿管道滑动，从而最大限度地减少 带状物 的形成。 然而，快速移动的聚烯烃颗粒接触非常粗糙的 管道内壁 表面，小颗粒可能会破碎而产生细粉或灰尘。 特别是，已经有两个管道成品证明有效延长系统寿命的方法是最 大连交通大学 2017 届本科生毕业设计（论文外文翻译） 13 大限度地减少堆积物 。 一个是 600糙度的喷砂处理 后的管道 。 这个 可能是最容易获得的。 然而，由于其锋利的边缘，它 最初会 产生灰尘和细粉，直到边缘变圆。 另一个 通过使用 55氏硬度的喷丸 处理 实现，以产生 900 粗糙度。 这种表面的变化通常被称为“锤磨”表面。 喷丸允许更深的穿透和 高 硬度，这又 使其 表面寿命 更长 。 获得的圆形边缘可以最大限度地减少灰尘和细粉所遇到的 问题。它们还可