塑料工业节能技术与可持续发展战略

1、塑料工业节能技术与可持续发展战略贯彻“节省能源，节约资源，环境保护，以人为本”的可持 续发 展战 略，是 整 个 塑 料工业 发 展的 方 向 ，是 产 品 研发 、 技 术创 新的 新理 念，是 科 学的发 展 观。我 们 必须 尽 早 、尽 快 地 完成 从传 统观 念向 科 学 发展观 的 这一 转 变 ，在 塑 料 工业 早 日 建立 起以 此为 基础 的 新 的发展 平 台，这 将 有助 于 缩 小我 国 与 世界 塑料 工业 发达 国 家 的差距 。节 能技 术 必将 在 塑 料工 业 从 原料、加工到设备的各领域得到不断的发展。本文 从节 省能 源 、节省 资 源 和环保 角 度

2、论 述 了 塑料 工 业 所发展的重点领域和主流技术。1 塑料 原 料产 业中 的节 能 技术1.1 高 熔融 指 数 树脂其节 能实 质 是 提高 熔 融指数 ，改善 材 料的 流 动性，减 少加工中的能耗。嵌段 PP：Atofina 公司 通 过转换 催 化剂 获 得 具有 熔 体 高流 动指 数、而 又 保 持 高冲击 强 度的嵌 段 聚丙 烯 共 聚物 ，熔 融指 数为 20，牌 号为 PRW265；Eltex 公 司用成 核 剂 来控 制 嵌 段共 聚物 的硬 度。合 成 此种节 能 树脂的 难 度在 于 ，一 种 冲 击 强度高、刚 性好的材料，往 往与熔体的流动速率之间相互冲 突

3、。2001年，荷兰格林DSM化学公司生产出第四代产品，嵌 段共聚丙烯，熔体流动指数35，能保持在较低的模腔压力（6 0 8 0巴）获得薄壁制品，熔融温度从245 C降到225 C，比 传统成型循环周期缩短 15%， 从而有效地降低了加工中的能 耗；2000 年， 丹麦 Konggens Lyngby Boreal 公司推出嵌段 共聚 PP， 熔融指数为 30， 吹塑成型可叠放的耐压制品， 满 足用户期待的这种高流动指数、能 缩短成型周期、降 低能耗 的原料，据称“所减少的壁厚和重量已达到设计的临界参数， 流动性和机械性能都得到提高”， 生产一个 295g 桶的保压 压力从原来的 630 巴降到

4、 540 巴， 生产周期缩短 15%， 使螺 杆长径比缩小到 22；2004 年， Atofina 公司推出 PPC10642 牌号的共聚 PP， 熔融指数 45，比 原熔融指数 30、35 品牌的 成型循环周期缩短 10%， 更省电能；窒素公司开发的非交联 高刚性、高熔体拉伸强度的新型PP,比现有熔体拉伸强度高 达 10 倍， 而其机械性能与现有的相当， 且可以回收利用。 一位巴塞尔公司聚烯烃类开发工程师说，“德国的加工用户 期望使用高流动性树脂，是为了缩短循环周期，降低能耗”， 又说“ 我们感兴趣的是设备循环周期，这 是我们将流动指数 从 13、 14 调换为 30 的真正诱因。我们期望得

5、到降低容器壁 厚而保持冲击强度的材料，大 家都在寻找这种高冲击强度与 高流动性之间相平衡的材料”。选择树脂必须考虑加工中的节能，因为现在挤出机、 注塑 机、吹 塑 机等 的 塑 化装置 大 都是螺 杆 式，其 剪 切作 用 是 加工的主导机理，大 部分的电能、机 械能都消耗在高分子塑 化与流动时的粘性耗散上，因 此提高熔融指数是节能有效措 施。否则，再好的材料也难以推广应用。例如，茂金属聚烯 烃塑料（MPE MPR MPS等），采用茂金属催化剂，使大分 子主链上的支链减少，能 精确地控制分子量，使 分子量分布 得很窄，杂 质极少，因此，性能优越。但 是，由于分子量高， 加工难度大，挤出纯的ML

6、LDPE时，背压太大，现有挤出设 备难以承受，为适应加工，目前，只能加入40%的LDPE或 HDPE进行共挤，因此可以预测茂金属聚烯烃推广应用的关 键，仍 是加工中的节能问题，是 如何提高熔融指数，但 又不 以降低性能为代价。同样的例子还有， 超高分子量聚乙烯 （HUMDPE） ， 分子量从 200500 万， 具有强度高， 冲击韧性 好，摩 擦系数小，防 静电性强等十分优越的性能。但 同样面 临加工上的困难，有 的 为改善其加工性能加入低分子量聚合 物，但 对超高性能带来了影响，变 成准超高分子量聚乙烯的 加工；采 用 液晶通过原位复合的机理提高强度，用 自身的低 粘度和热迁移特性改善其加工

7、中的流动性，但 用 此项技术稳 定地生产还尚须时日。由此不难看出 ，从加工节能角度研发新材料显得十分 重要。1.2 增 强复 合 塑 料1.2.1 纳 米增 强复 合塑 料 （ n-MHT）其节 能实 质是 充 分 利用高 分 子的 聚 集 态结 构 的特点 ，填 充纳米级粒子使其共混、改性，提高比强度、比刚度，节约 纯树脂的消耗量，是极有节省能源和资源潜力的有效途径。1 9 90s年代北美推出TPO基纳米复合料，用5%n-MHT增强 TPO， 使其刚度提高到相当于加入 25%35%滑石粉填充 PP 的 效果；丰田汽车用 纳 米 滑石粉填充 PP（60）/ EPP （30）复 合塑料，使汽车保

8、险杠的厚度从4mm减至3mm,重量减轻1/3 ; 荷兰TNO公司，用纳米粘土与嵌段共聚物共混改性，使之完 全混合，已成功地生产出PA、PE、PP、PS、PMMA PU等粘 土纳 米复 合 料 ；美 国 Fordco 利用 超临界流体技术预热粘 土 ， 改善纳 米 粘 土 芯片的 分散与 扩散，在 加工中利用 超声波能量 提高纳 米 粘 土 的 分散，大大减少了溶剂用 量 ；美 国 NanomatCO 公司将纳米碳酸钙（n-CaC03，最大平均粒径100 nm）用于PC、ABS PVC TPE和热固性塑料SMC的改性，效果很好； 新加坡 Nano Mater 公 司 ， 开发 n-CaCO3 （

9、 粒 径 1540nm， 商 品名NPCQ加入2%4% 可使UPVC管材的冲击强度提高6 倍，减少增塑剂（CPE）用量50%,据悉，此项目已在我国山 西投产， 目 前产量 10t/a ； 美 国俄亥俄州大 学用 压力使 熔融 树脂进入 纳 米 微孔 SiO2 的微粒 中, 使 分子间形成 牢固 的 化 学键,将 基 体材 料 的 强度 提 高 34 倍 ,冲 击 韧性 提 高 45 倍 , 这种现象称为“协同增韧”或“跨粒子增韧”，当材料受外 界冲 击力 时，可 将 其 化 为几百 万 次的小 冲 击，使 穿 过复 合 材 料延 伸的 裂纹 变得 越 来 越细，一 直到冲 击 能量 消 失 为

10、止 ；新 型纳米增塑剂，是一种采用多面体低聚倍半氧硅烷（简称 POSS） 合成 具 有纳 米 结 构化学 改 性的 SiO2 微粒 ， 能 溶于 树 脂中，使分子分散，保持低粘度，加大充填量，能与树脂融 合为 一体 ，而 又不 降 低 加工流 动 性能 。 当 温度 降 低到 POSS 熔点以下时，能立即固化，形成纳米结构，起到增强作用。 POSS的另一特点，是它的单体或齐聚物都与树脂发生接枝共 聚 ，使 玻 璃 化 温 度 高 于 树 脂 本 身 的 分 解 温 度 ，而 接 枝 的 分 解 温度又比树脂提高40400 C ,从而在高温下能保持良好的加 工流动性和节能效果， 被称作是 50

11、年来研发产品的全新思 路；碳纳米管是 1991 年问世的 ， 是比强度、比刚度极强的 复合材料，其 技术本质是由石墨中的 若干层碳原子卷曲而成 的笼状纤维网， 内部是空的 ，直 径只有几十纳米，是 人发的 十万分之一；密度仅为钢的 1/6 ， 但机械强度却是它 的 100 倍，导 电率为铜的 1 万倍，有 极高的表面活性， 表面原子数 约占 50%， 有很高的 储氢能力和吸附能力， 特别对微波的吸 附；并 且是迄今为止，唯 一一种能从太阳至地球进行悬挂而 不被自重所拉断的 绳索材料，是 理想的 远距离输电材料。据 悉， 我国碳纳米管已居世界前列， 日本三井物产公司宣布 2002 年 9 月投产

12、 运行量 120t/a ， 而清华南 风纳米粉体技术 产业 化工 程中 心， 已 批 量投产 15kg/h ，达 120t/a ； 国内安 徽国 通高 新管 业有 限 公 司，利 用 纳米滑 石 粉，及 纳 米硅 酸 盐 (脱土)复合母料，应用在生产大口径 500mm以上HDPE双 壁波 纹管 ， 既 保持 了 高 流动性 ， 解决 了 加 工中 的 能耗问 题 ， 使原加工设备的驱动功率能满足要求，又 解决了因管子口 径 过大使刚度值降低的问题。纳米设备的关键是填充母料 的造粒问题，因为纳米粒 子表面上 的原子是处于高活化状态，易 于团聚，如 直接填加 到树脂中难以 分散均匀， 需要研发新型

13、双 螺杆挤出机和高 速、高效节能配混设备。1.2.2 纤维增强复 合塑料纤维增强 复合 塑料 的节能实质，是将纤维材料如碳纤 维 、玻 璃 纤 维 复 合 纤 维 与 聚 合 物 共 混 ，提 高 比 强 度 、比 刚 度 、 力学性能，达到节能、节材的效 果。在 纤维增强复 合塑料 中， 有长纤维和短纤维之分。目前，以长纤维热塑性塑料( LFRT) 增长最快， 因其质轻、价廉、易 回收再利用 ， 节省能源、资 源， 在汽车、机械、电器、船舶、建筑、航空、航天等工业 部门广泛应 用 ，约 50%的玻纤增强复合 料 用 于汽车的零部件。长纤维增强工艺一般是将玻纤与PP掺合生成连续的 粗纱，再挤出

14、切成1325mm长粒。长纤维比一般纤维增强复 合料 优异：冲 击强 度高 4 倍，比 强 度高 17.2%，尺 寸精度高， 收缩 率为 0.2%， 流 动性 能 好 ， 节 能。 美国 Vetrotex 推 出 一种长纤维，含量高达75%的PP粒料，价格降低20%30% LNP 工程塑料公司推出长纤维PA66，代替铸铝材料，机械强度能 在-40140 C承受高载荷，该公司还推出长纤维PBT系列。 纤维复合材料的密度1.42.1g/cm3,为钢材的1/ 51/ 4 ,铝合金的 1/21/3 ， 其拉伸、压缩、弯曲强度 400600MPa ， 已超过碳素结构钢。但是，当前加工长纤维增强复合塑料的关

15、键问题，还 是成型设备，因 为注塑机、挤 出 机是螺杆式塑化装置，当 长 纤维通过输送段、塑化段、均化段之后， 已被剪成 35mm， 大大地降低了原有的复合性能；另 一个问题是纤维在高分子 熔体流动方向的取向，使制品产生各向异性，影响使用性能， 这是成型工艺与设备有待解决的课题。1.2.3 木塑复合塑料木塑复合塑料的节能实质是利用天然木材加工的废料 （如木屑、木粉、麻纤维、果壳、稻糠、纸浆、桔杆、竹粉 等 ）进行超细化表面处理， 与合成树脂共混， 充填量可高 达 50%， 成型的制品可锯、刨、钻， 且吸水率低， 受潮不变 形， 不含甲醛， 符合环保、阻燃等安全要求。 过去， 木屑、 木粉、废料

16、等大都烧掉，既浪费大量资源，又造成环境污染。 木塑复合料做为一种节能、节 材、环 境友好材料引起国际上 普遍关注，研 究成果也很多。 10 年来，北美木塑复合料每年 以 50%的 速度递增。 发展木塑复合塑料在我国更具意义， 因 为2000年我国木材需求量高达10190万m3,供应量6390万 m3， 缺 口 高 达 3800 万 m3。木塑复合材料主要用在建筑业（建筑铺板）、汽 车业 （门板、后搁物板、顶蓬、高架箱、防护板等）,仓储业（托 盘、垫板、包装箱）,交 通运输业（公路噪音隔板、防护栏、 座仓隔板、铁轨枕木）,农 业（棚架、槽、水桶）,设施（地 板、露天桌椅、棚栏、梯子等）。以托盘为

17、例, 国内市场需 求量约 1 亿, 90%以上要改为木塑, 需发展产量 1000 万吨, 价值 600 亿人 民币 的 新 兴产业 。但是,生产木塑复合制品有许多关键技术：树脂、木粉 的制造技术、木 粉的干燥技术, 木粉界面的处理技术；在 注 塑、挤 出、吹 塑设备中要求单螺杆或双螺杆对木粉有良好的 分散性、浸润性、混炼、剪切、排气、脱水、脱挥、排除气 泡功能；塑化部件要耐腐蚀、耐磨损；设 备应具有对上述工 艺条件及物料在各部位停留时间的精确控制的功能。2 管道 化、 连 续 化、节 能 合成 设 备 近年,在塑料合成业中,把双螺杆挤出机作为一种反应 器, 代替传统的间歇性操作的釜式反应器,

18、进行本体聚合、 接枝 、共 聚、 交联 、 偶 联, 实 现 管道 化 、 连续 化 、规模 化 、 高效率地合成,极 大地节省能源和资源。双 螺杆挤出机作为 反应器以其独特的结构型式,在 双螺杆的不同部位,通过正 反螺 纹块 的大 小螺 距 的 组合、正 反向捏 合 块的 不 同 组合 ,通 过啮合区的纵向和横向开放程度、螺 棱所围成的容积和通道 来控制物料的交换、混合、输送，聚合引发、增长、终止和 脱除残留单体；用 螺纹块和捏合的组合长度控制物料在各部 位的停留时间和压力分布；通 过排气段的组合结构控制脱挥 和防止冒料，最后，将合成好的 聚合物，通 过挤出机的机头、 口模直接挤出造粒。把双

19、 螺杆 作为 反 应 器应用 在 树脂 合 成 业上 ，这 是对 合 成 设备 的一 场革 命！受 到 各国的 普 遍重 视 。目前 ， 较 多的 是 做 TPU的反应挤出机，用在热塑性聚氨酯的合成上，还有的用 己内 酰胺 和纳 米蒙 脱 土 （nMT） 、 十六 烷 基三甲 基 气 化铵（C-16 ）、2,4 二甲苯二异氰酸酯（TD1活化剂）、己内酰 胺钠（催化剂）在双螺杆不同部位完成输送、 聚合引发、 增 长、脱 挥，挤 出聚酰胺 6 / 蒙脱土纳米复合塑料。这 种设备 的技术关键是根据不同组分和单体的聚合反应要求，对 双螺 杆输送段、 反应段、 排气段、 挤出段等， 以及各段螺纹组合 块

20、和捏合组合块的 结构、组 合形式进行实验与设计。在 反应 挤出 机的大型化方面， 在工艺制造和动力配置上都具有难 度。3 制品成型的节能技术3.1 多层 化技 术其技术实质是通过复合技术成型出多层制品， 以节能、 节材、 环保和多功能为目的 。通过多层吹塑、 多层挤出 、 多 层注 射， 成型 出各 类 满 足节能 、节材、环 保和 多 功 能要 求 的 多层制品。3.1.1 多层 中 空 技术其技术实质是使多组分共挤出的型胚，在 模具中用压缩 气体吹胀复合成多层中空制品。最 典型的例子是多层塑料油 箱，由 于 燃 料 中的 烃分 子可 以 较 容易的 穿 透过 聚 合 物大 分 子 间的间隙

21、而渗漏，并超过大气污染所规定的单位时间渗透 量。油箱有6层：主材外层（UHMWPE占13%回收层（回 收料）占40%粘结外层（改性PE）占2%阻隔层（EVOH 对CH防透材料）粘结内层（改性PE）占2% 主材内层（UHMWP）占40%。EVOH具有吸湿性，但自身缺乏强度呈 块状存在， 应细化到 10?滋 m， 并使其均匀的分散， 因此应 设计特殊的螺杆。3.1.2 多层挤出技术 其技术实质根据不同物料设置多元化挤出机，在 一个多 流道机头及其口模中实现共挤成型。（ 1 ） 多层复合薄膜。 目前， 热收缩薄膜不仅从单一 的PVC扩大至U PE、PP、PVDG PET、PA等多品种，而且从单 层向

22、多层方向发展，广 泛应用在保鲜、脂 肪的 包装上，以 及 在医药、 卫生、 保健、 化妆品 、 音像等产品的 包装上。 多层化的 关键技术是机头和口模的设计和制造问题。Gloeren 公司设计制造的 供料机头， 可挤出纳米级别厚的薄 膜，可 复合成几十到几千层的制品，用 来做极微细的层合面 的阻隔性薄膜，还可生产 50 层增压气泡薄膜的缓冲鞋垫。 据悉，我 国广东金明塑胶设备有限公司生产的 M58 1200 五 层共挤薄膜机组，使用的是波状螺杆。（2）多层复合型材。包括发泡复合型材、铝塑复合 型材、钢塑复合型材，以及双壁中空浇管等。3.1.3 多 层注 塑技 术 其技术实质是采取两个或两个以上

23、的注塑单元将不同 品种、不 同颜色、不 同组分的塑料，先 后注入模具成型出多 材质、多色、多组分的多层复合制品，此又称共注射、夹芯 注射 或 ICI 注 射。 例 如 ，利用 多 层注 射 技 术可 生 产 22.5mm 厚的家电、办 公用品、芯 层用占 30%50%的再生料，以节能、 节材、环保为目的。3.1.4 多 层压 延技 术 其技术是用粘结剂压延复合技术代替传统的湿法或干 法用溶剂的复合，具有原料省、能耗低、维修费用低、生产 效率高、无污染、环 保等优势，可生产多层阻隔型压延包装 薄膜，如五层保鲜薄膜：LDPE/粘结剂/阻隔层（EVOH /粘 结剂/LDPE/或用PP代替多层薄膜中的

24、主料LDPE。其关键技 术是排除膜层间的 气泡工艺与设备。3.2 双向拉伸技术其技 术实 质 是 充分 利 用高分 子 的 聚集 态结 构，通 过 大 分子在加工中的流动取向效应，产生各向异性，在 取向方向 上机 械性 能明 显增 加 ，为 此，用 取向机 理 可大 大 提 高材 料 的 比强度、比刚性，达到节省能源、节省资源消耗的目的。3.2.1 薄 膜双 向拉 伸新开 发的 双 向 拉伸 聚 丙烯， 可 使 拉伸 强度 提高 210 倍，PA薄膜双向拉伸后，具有出色的拉伸强度、冲击强度、 刺穿强度并阻隔气体（氧气、 氮气、 二氧化碳）， 耐油脂、 耐碳水化合物及化学物品。3.2.2 管材双

25、向拉伸近年，双向拉伸技术在管材上得到广泛应用，在管材 的径向和轴向均有拉伸，使管材的机械强度和耐压强度等综 合性 能均 得到 提高 ，极 大地节 约 了原材 料 消耗 ，提 高了 生 产 率。管材双向拉伸方法有压缩空气拉伸、芯棒牵引拉伸、口 模吹胀风冷拉伸、径 向扩胀轴向差速拉伸、热水高压扩胀拉 伸、热真空扩胀拉伸、热管空压扩胀拉伸。德国 Hoeehst 公 司用压缩空气双向拉伸HDPE管材，上限熔点为127131 C , 在熔点以下10 C进行拉伸，使管子疲劳强度提高2倍以上。3.2.3 纤维增强双向拉伸纤维对聚合物虽然有增强功能，但是在加工时纤维也 沿聚合物熔体的流动方向取向， 对管的径向

26、强度产生影响， 此外，由 于结晶型聚合物纯熔体在剪切方向发生线性成核的 特性，使大分子伸直而生成原纤，形成沿剪切方向的球晶， 并且在一定条件下可在垂直于剪切方向生长成扁平状晶体， 可使在两个方向上的机械性能均得到改善，例如，根 据这个 原理，可 在剪切与拉伸双向应力场的作用下挤出短纤维含量 小于 3%增强的 HDPE / PP 的双向拉伸制品；根据此原理，可 在管子拉伸时，设计带有连续旋转能同时产生横向剪切力 的、转速可调的芯棒式拉伸装置。3.2.4 中 空制 品双 向拉 伸其技 术实 质 是 用挤 出 机、注塑机 的 挤压 系 统 及塑 化 装 置，使 模 具在 型坯 工 位 上，成 型 出

27、一次 型 坯，再 转 至拉 伸 工 位上，在低于熔点的物态下，用 芯棒插入型坯将其双向拉伸 出二 次型 坯，最 后 转 至 吹胀工 位 上，吹 入 压缩 空 气 ，实 现 最 终的 双向 拉伸 ，经 冷 却 定型，便 得到壁 厚 双向 拉 伸 的中 空 制 品。3.2.5 固 态挤 出双 向拉 伸其技 术实 质 是 对具 有 结晶转 变 温 度的 材料 ，如 HDPE、PP、POM PA等，使之在低于熔点、高于结晶转变温度的区 域内，实 施强迫挤出，并利用牵引方向上所设计的锥形收缩 口模装置，实 现双向压缩拉伸成型出制品。此 种技术大多采 用柱塞式挤出机。3.3 制 品 多 孔 技 术制品多孔

28、技术，其技术实质是通过工艺及设备条件， 利用化学发泡剂或物理发泡剂产生的气泡均匀地分布到聚 合物中，得 到密度低、质轻、满足综合性能要求的多孔制品。 多孔制品的节能形式体现在三个方面：由 于质轻，减 少在运 输中的消耗；由于多孔保温，用于防止热量传导、对流、辐 射 ，当 聚 合 物 熔 体 含 有 微 孔 时 其 粘 度 大 为 降 低 ，减 少 了 加 工 中的 能耗 ；由 于密 度 低 ，又 具 有 发泡结 构 的机 械 性 能，使 聚 合物 用量 大为 降低 ，在 节省资 源 方面十 分 突出 ，因 此制 品 多 孔技术做为节能措施具有非常广阔的前景，受到各国的重 视。但应该指出的是，那

29、些使用 CFC-11 作为发泡 剂生产 PU 制品，破坏臭氧层的发泡技术不在此列。在制品多孔技术中以结构发泡和微孔发泡技术为主。3.3.1 结 构发 泡技 术 该技术是生产发泡芯层和实体表层结构制品的成型 方法，主要有挤出结构发泡和注射结构发泡。“ Daris-Standard Corp.Paw-Cotuck,Conn ” 公 司 开 发 了 一 种新的异向双螺杆挤出机（螺杆直径 94175 ）,挤出HDPE PP等聚烯烃的结构发泡型材。该公司两年前，用液态和气态 的C02和氮气直接注入串联单螺杆挤出机中生产多孔结构挤 出制品；美国Reedy国际公司推出发泡剂Safter WSD用 在 聚烯烃

30、、聚 氯乙烯与木纤维等高充填的挤出中。此 种发泡剂 的存在极大地改善了复合料的流动性，不 会发生烧焦或褪色现象； Safter WLB Edg100发泡剂能改善木纤维在高聚物熔体中的浸润状况，降 低材料粘度，提 高了纤维与高聚物的混 合均 匀性 ，实 现低 温 挤 出，有 利 于制品 脱 模，并 使 之在 高 充 填时 ，制 品边 缘撕 裂 最 少。带 木 粉的发 泡 技术 可 使 制品 密 度 降至 20%45%， 更接 近于 木材 ，树 脂 含 量只占 40%50%， 使 树脂 的用 量较 一般 的 木 塑制品 又 减少 了 一 半。树 脂 成本 一 般 均占材料成本的 80%90%，这样

31、，差不多节 省了两倍的材料 成本。3.3.2 微 孔发 泡技 术微孔 发泡 技术 的 实 质是利 用 惰性 气 体 （CO2、 N2） ， 在 高压和玻璃化温度以下饱和聚合物，然后再利用温度升高， 压力 减小 等措 施，生 成 不稳定 泡 孔诱发 出 无数 泡 孔 成核 ，并 均匀 分布 ，最 后，泡 核 增长 至 所 需要尺 寸 的微 孔 。微 孔 直 径 0.110?滋m,微 孔密度101 5 101 9个/cm3，成 型出密度减 少 20%40%的微孔制品， 冲击强度高出 67 倍以上， 比刚性 35 倍, 疲劳寿命 5 倍以上；并具有高的热稳定性, 低的介 电常数和导热率。可 制成壁厚

32、 0.11mm 的薄壁件；制 品的性 能价 格比 很高 , 对 环 境 无污染 且 易于 回 收 利用 。微 孔 发 泡 技 术 的 关 键 是 把 CO2、 N2 制 成 超 临 界 流 体 。 超临界C02是指温度高于31.1 C，压力大于7.38MPa的C02 由于它在聚合物中溶解的能力强、粘 度低、扩散系数大、无 毒、不 燃、化学惰性大、无 溶剂残留、价 廉易得、使用安全、 不污 染环 境、与 聚 合 物 不发生 反 应、能 降 低玻 璃 化 温度 、 能 大幅度地提高其它气体及小分子化合物在聚合物中的扩散 速度和溶解吸附程度，所以是挤出PVC微孔制品的理想物理 发泡 剂； 微 孔 发

33、泡 注 塑 成型可 使 循环 周 期 减少 50%， 能在小 的 模 腔压 力下 成型 薄 壁 制 品 。采 取微 发 泡 技术 可 用 功率 较 小 的 机 器 。微 孔 发 泡 技 术 在 成 型 加 工 中 的 应 用 具 有 极 其 广 阔 的 前景和深远节能的意义。微发 泡的 关 键 技术 在 于对微 气 泡 形成 三个 阶段 的 控 制 ，即 微 泡 核 的 形 成 、微 泡 核 的 胀 大 和 微 泡 的 稳 定 固 化 过 程 ， 这个 过程 将决 定微 孔 的 数量、分 布、微 孔 的 大 小 ，既 要 形 成 大量 的 微 泡又 不能 使 微 泡超过 尺 寸极 限 ， 这是

34、 解 决的 难 点 。 指导 微孔 发泡 的 理 论 基 础是 高 聚 物 自 由 空 间成 核 理 论和 热 定成核理论。微发 泡制 品 由 于 微 孔 的 存 在 ，在 减小 密度 的 情 况 下 ，不 仅不 会降 低材 料强 度 ，反 而会 使 原有裂 纹 尖峰 钝 化 ，阻 止 应 力沿 裂纹 继续 扩胀 ，吸 收冲击 能 量可增 加 57 倍 ，从 而 提 高 了冲击强度、韧性、耐疲劳寿命、还有隔热、隔音、吸震等 能力 ， 是 节能 、环 保 优 选材料 。 在汽车 、 飞机 、 运 输等 领 域 有特 殊的 用途 ，例 如 ，用 注 塑成 型 生 产的 进 气歧 管、保 险 盒 、

35、 发动 机罩 、电 器模 块 、 薄壁制 件 、内部 装 饰； 用 于 挤出 成 型 生产的微孔薄膜、PVC微孔发泡共挤型材，木塑微孔发泡共 挤型 材， 以 及 锂离 子 电 池微 孔 发 泡聚 丙 烯 薄膜 等 。近年 ，发 泡 设 备发 展 速度很 快 ， 以德 国为 例， 2002 年生 产的 发泡 设备 已 占 塑料机 械 生产 总 值 的 3.4% ，而且 还 在 发展。3.4 介质 辅助 技术介质 辅助 技术 目 前 多用在 注 塑成 型 中 ，其 技 术 实质 是 将 介 质（ 氮 气 或 水 ）快 速 注 入 带 有 缺 料 注 射 高 聚 物 熔 体 的 模 腔 中，利用介质

36、压力打通介质通道，推动熔体前沿充满型腔， 与此同时，介 质由通道内部向四周均衡传递压力，使 熔体充 实到型腔各壁面，并 进行压力保持，冷 却定型，最终形成带 有部分中空的制品。介质的存在有效地防止了制件的收缩， 减少 应力 变形 ，提 高 了 制品的 外 部质量 ，可 成 型 有 特殊 形 状 的制品。介质 辅助 技术 的 节 能实质 在 于两 个 方 面，一是 ，在 加 工 中 ，用 介 质 推 动 前 沿 熔 体 流 动 ，极 大 地 减 小 高 聚 物 传 递 中 的 能量耗散，缩 短了熔体传递时间及其成型周期并降低了模腔 压力 及其 锁模 力，从 而 减少加 工 中的能 量 消耗 ；另

37、 一方 面 是 缺料 定型 并保 持气 道 的 存在，形 成中 空 制 品，节 约 原料 ， 使 成本降低 20%40%，由于上述原因 ，介质辅助成型技术 广泛 用于注塑汽车、家电用大型制品，例如，汽车仪表板、方向 盘、电视机洗衣机外壳，以及大型家具等。水辅注塑技术是较晚发展起来的，与“ 气辅”相比明显 有优 势：由于注 塑 时 ，水 能与模 腔 中的 高 聚 物熔 体 直接 接 触 ， 水的导热率高（气体的 40 倍），热容大（气体的 4 倍）， 使冷 却循 环快 ，能 固 化较 厚的 塑料 层 。在 推 动着 熔 体充 模 时 ， 不像 气体 那样 有渗 入 熔 体穿透 的 危险 。气 辅

38、 压 力 217.2MPa ， 而水辅可达到30MPa,传递压力损失小，比气体容易控制。 气辅 时， 当制品厚度增加时， 其内部产生气泡可 能性增加， 为避免这一点可延长保压时间，即 气 体 压 力 释放的时间被延 长，增加了循环时间。当壁厚大于40mm时，熔体沿气道壁 有流下的可 能， 因此，难 以成型厚度大 的制 品。 用气体 难以 控制 制 品的厚 度，而 水 辅却没有上述问题。但 是水 辅存在腐 蚀、泄漏、重复性使用和成本等方面的问题。3.5 振动 技术振动 成型 技术 的 实 质是利 用 聚合 物 吸 收振 动 能量，具 有 提高加工性能和制 品质量、缩 短成型周期、节 能和节约原料

39、 消耗等效果，据此，可 研发带有振动功能的塑化装置及设备。 振动对高聚物性质所产生的效应，日 益被人们所重视。聚 合 物性质在振动场的作用下所产生的效应，主 要是流变的非线 型性、壁滑移效应、振动触变效应和振动分解效应。上面的机理有利于提高聚合物的塑化质量和熔体平均 流动 速率 ， 降 低能 耗 ， 提高产 量 。近年 来，把振 动技 术引 入 注 塑和挤 出 成型 国 外 已有 不 少 例子，国 内最着明的例子是电磁动态挤出机，其 本质是高聚 物振动机理在挤出成型中的运用，螺 杆的振动源就是电磁振 动。 Buss 挤出机 也有类似的低频振动效应。4 节能 成 型设 备4.1 节能成型 设备

40、的研 发 方 向 节能成型设备的改造、创 新、研 发，可 从两个方面进 行。一方面，针对某种节能树脂或节能复合材料的加工特 性，并结合节能加工技术，诸如多层、双向拉伸、发泡、介 质辅 助、振 动 等成 型 机 理制定 合 理的工 艺 路线 ，把 主机 与 机 头口 模、 冷却 定型 、拉 伸、牵 引 等各种 装 置相 结 合 起来 进 行 研发，例 如多层复合机组，双 向拉伸机组或微发泡机组，振 动成 型机 组或 者上 列 的 组合机 组 ；研 发多 层 复 合、双向 拉 伸 、 中空 、结 构发 泡、微 孔 发泡 、 振 动成型 注 塑机 和 中 空吹 塑 机 等。另一 方面 ，是 解决 塑 料成型 设 备 自身 的节 能、节材 和 环 保问题，要 执行以科学发展观为指导的开发理念。从 广义上 来说，塑 料机械加工的是节能产品，在 节能领域里充分地发 挥着作用，但 是其自身却又是钢铁、电 能、机 械 能的消耗大 户。因此，必须要改造，要创新，要减小