3M聚合物加工助剂

1、12022-4-143M3M 聚合物加工助剂应用介绍聚合物加工助剂应用介绍 许许 磊磊LESLIE XU 3M中国有限公司中国有限公司LXU6MMM.COM22022-4-14内容n介绍n3M泰良TM聚合物加工助剂应用n3M泰良TM聚合物加工助剂的发展历史n3M泰良TM聚合物加工助剂选用指导n3M泰良TM聚合物加工助剂使用32022-4-14 聚合物加工助剂发展背景nPE-包装领域nHDPE-硬度大缺乏韧性,不易制取薄膜等软制品nLDPE-柔软强度较差nLLDPE兼有LD/HD的优良性能,特别是薄膜nmLLDPE具有优良的耐低温性能-3M泰良TM聚合物加工助剂42022-4-143M泰良TM聚

2、合物加工助剂n什么是 泰良TM聚合物加工助剂(PPA-polymer processing additives)?n泰良TM是指由泰良公司开发的,以含氟聚合物为基础的一系列聚合物加工助剂产品,它可用来改善 LDPE,LLDPE, mLLDPE, HDPE, PP 及其它等树脂的加工性,不会对基体树脂的物理机械性能产生影响的一类加工助剂。52022-4-143M泰良TM聚合物加工助剂Polymer process additives(PPA)Dynamar FX 9613Dynamar FX 5920ADynamar FX 5924 Dynamar FX 5911Dynamar FX 5912D

3、ynamar FX 5914Dynamar FX 9614Dynamar FX 592262022-4-14塑料成型方法n注射成型n挤出成型n吹塑成型n压制成型n浇铸成型n72022-4-14PPA的应用领域n吹膜n流延n连续挤出吹塑n管材挤出n纤维挤出n电线电缆料n母料加工82022-4-14聚合物加工助剂的应用价值n提高产能n改善低融指树脂的加工性n减小模唇在加工时的间隙 以提高产品性能的均匀性n改善产品表面光泽度和光滑度n减少生产中的待料时间n降低加工温度减少树脂分解机会n降低能耗92022-4-14ExtruderDie WallPolymer FlowPPAPPA的作用机理PPA 在

4、聚合物基体中以与基体不相容的小液滴的形态存在PPA 与金属口膜壁有较强的亲和力低表面能，形成动力学涂层降低熔体的流动阻尼102022-4-14PPA在管材生产中的应用管材生产中常遇到的问题管材内外表面毛糙-挤出不稳定制品带有焦粒,变色-挤出温度过高管材起皱-挤出不稳定管壁厚度不均-口模各点温度不均管材口径大小不同制品带有杂质-料温过高PPA的加入能否有助于解决这些加工问题吗?112022-4-14试验分析试验分析n原料n加工助剂加工助剂: PPA-1 = Dynamar FX 9613 PPA-2 = Dynamar FX 5920A PPA-3 = Dynamar FX 5911 PPA-4

5、 = Dynamar FX 5920Bn聚合物聚合物: A = Fina 3344 N B = Hostalen GM 5010 T2 C = Chevron 9308122022-4-14毛细管试验毛细管试验500, 1000 PPM FX 5911 添加到树脂添加到树脂 C中中添加方法添加方法: 直接添加直接添加n测试条件口模口模:直径直径,0.51mm L/D=40/1温度温度: 190 , 230C剪切速率剪切速率: 50 2000 1/s132022-4-14PPA对粘度的影响对粘度的影响FX 5911在在 Resin C ( 190C; 100 1/s )1000100001000

6、0010100100010000剪切速率剪切速率 (1/s)粘度粘度 (poise)Resin CFX 5911 500 PPMFX 5911 1000 PPM142022-4-14温度对粘度的影响温度对粘度的影响FX 5911在在 Resin C ( 190C; 100 1/s ) 10001000010000010100100010000剪切速率剪切速率 (1/s)粘度粘度 (poise)Resin C 190CFX 5911 500 PPM 190CResin C 230C152022-4-14PPA在管材生产中的应用n管材的耐压强度-关键因素n管材力学性能的评价方法:n慢速裂纹扩展-应

7、用静液压方法考察材料长期使用寿命;n快速裂纹扩展-考察在瞬间外力冲击下管材快速开裂的情况 162022-4-14PPA在管材生产中的应用nPPA的加入是否会影响管材长期使用寿命n添加PPA:管材的长期耐压性能没有变化172022-4-14LTHS试验试验n ASTM D2837: ( 20C , 2”直径管材直径管材)n三种三种 PPAs在相同添加量在相同添加量(1000ppm)相同树脂中添加后效相同树脂中添加后效果比较果比较 nPPA以母粒的方式加入以母粒的方式加入ISO TR 9080: (at 20C, 60C, 80C, 1.25” 直径管直径管材材)nFX 5920B ,1000pp

8、m在不同温度下的比较在不同温度下的比较nPPA 直接加入到树脂中直接加入到树脂中182022-4-14LTHS 试验试验: 结论结论ASTM D2837 LTHS 测试测试 10010001000010100100010000100000时间时间 (hours)压力压力 (PSI)Resin A PPA-1 1000 PPMPPA-2 1000 PPMPPA-3 1000 PPM192022-4-14LTHS 试验试验: 结论结论 ISO TR-9080 LTHS 测试测试10010001000010100100010000时间时间 (hours)压力压力 (PSI)Control 20C F

9、X 5920B 20C202022-4-14LTHS 试验试验:结论结论 ISO TR-9080 LTHS 测试测试10010001000010100100010000Time (hours)Stress (PSI)Control 60CFX 5920B 60C212022-4-14LTHS试验试验: 结论结论 ISO TR-9080 LTHS 测试测试10010001000010100100010000时间时间 (hours)压力压力 (PSI)Control 80C FX 5920B 80C222022-4-14实际应用案例n时间： 2004年2月n实验牌号： FX5911 2% Mast

10、erbatchn添加量： 2.5% 实际含量为500ppmn管材类型： HDPE 40*2.4数据来源：浙江某著名管业公司232022-4-14未添加PPA的情况n螺杆转速： 38.5 rpmn扭矩%： 54.5%n压力： 9.98MPan模口温度： 200 Cn连续生产45分钟后开始出现模口积料, 90分钟后模口积料较严重，已开始影响产品表面242022-4-14时间扭矩%压力熔体温度14:2056.69.6520014:2555.310.25197.114:3055.410.2619714:3555.210.35197.214:4053.810.11199.114:4553.110.091

11、99.315:1053.810.08199.715:2052.39.96199.715:3052.49.81199.615:4052.79.71200.315:5052.49.66200.116:0051.99.62200.216:1052.19.61199.916:2052.29.56199.616:3052.19.57199.59:3051.28.31199.6产品表面增亮挤出量增加，管壁变厚。提高牵引速度，从4.00 到4.31。产品表面光亮度明显提高无模口积料显现同样的生产条件，加入 500PPM FX5911备注252022-4-14PPA的加入可以解决nPPAs 不会影响材料长期使

12、用性能nPPA可以帮助:降低表观粘度降低表观粘度降低剪切应力降低剪切应力减少熔体破裂减少熔体破裂消除口模积料消除口模积料减少熔体压力减少熔体压力改善表面质量改善表面质量262022-4-14PPA在薄膜中的应用n塑料薄膜的成型方法:n挤出吹塑法n压延法n流延法272022-4-14薄膜生产中的常见问题n透明度差n薄膜变色n鱼眼泡n膜中有焦粒,晶点n薄膜厚度不均n.282022-4-14消除熔体破裂,提高透明性no PPA400 ppm FX 5920A292022-4-14HDPE 吹膜试验FX5911对产量的影响600ppm FX 591115017019021023025001530456

13、0657075时间时间 (minutes)压力压力 (Bar)020406080100120140螺杆转速螺杆转速 (rpm)PressureScrew speed302022-4-14Reference Pressure: 235 bar600ppm FX 5911150170190210230250015304560657075时间时间 (minutes)压力压力(Bar)020406080100120140螺杆转速螺杆转速 (rpm)PressureScrew speedPressure Drop = 24%HDPE 吹膜试验FX5911对产量的影响312022-4-14Referenc

14、e Pressure: 235 barPressure Drop = 24%600ppm FX 5911150170190210230250015304560657075时间时间 (minutes)压力压力 (Bar)020406080100120140螺杆转速螺杆转速 (rpm)PressureScrew speedOutput Increase = 91%HDPE 吹膜试验FX5911对产量的影响322022-4-14消除口模积料消除口模积料LLDPE + 6% TiO2DBU口模口模PELLDPE + 6% TiO2 + FX 9613口模口模PE332022-4-14 弹性体弹性体(1

15、.0 MI , 0.870 d)凝胶含量试验凝胶含量试验 0501001502002500100200300400500600时间 (minutes)凝胶量 (wa)基准基准FX 5920A 600 ppm去除去除PPA 降低凝胶含量降低凝胶含量342022-4-14降低凝胶含量降低凝胶含量352022-4-14No PPAWith FX 5911颜色切换颜色切换Carbon Black Natural 362022-4-14LLDPE + 6 % TiO2PPA在流延膜中的应用LLDPE + 6 % TiO2 + 250ppm FX 5911消除口模积料降低口模压力减少凝胶形成增加稳定性37

16、2022-4-14PPA在薄膜生产中的应用n消除熔体破裂n提高产量n消除口模积料n减少凝胶n加快颜色切换382022-4-14PPA在薄膜中的应用nPPA的加入对薄膜表面性能的影响n热封n印刷n其它表面特性392022-4-14物质表面元素分析Average Atom Percent (n=3)SampleCarbonOxygenFluorineNo PPA100002000ppm FX 5922100002000ppm FX 961410000ESCA on Films Before Corona TreatmentAverage Atom Percent (n=3)SampleCarbon

17、OxygenFluorineNo PPA92802000ppm FX 5922901002000ppm FX 96149550ESCA on Films After Corona TreatmentESCA -Quantitative analysis for elemental composition of surfaces(2 mil films, 400F, 250 s-1)1.0 MI, 0.918 density mLLDPE Films402022-4-14SIMS -二次离子质谱分析n加入PPA后薄膜中氟离子的含量未发生变化n化学物质主要是碳氢化合物以及抗氧剂等n与ESCA检测类

18、似氧的含量有所增加412022-4-14接触角Ave. R: 38 (Control = 39)1.0 MI, 0.918 density mLLDPE Films422022-4-14PPA在电线电缆中的应用n高速挤出PE绝缘料n生产过程中易出现-n表面鲨鱼皮现象,甚至熔体破碎,严重影响制品外观质量n挤出机扭矩过大,主机电流高负荷重,能耗严重n机头连接处易跑料n为了提高产量,便于高速挤出-需对电缆料的配方做改进或添加加工助剂432022-4-14剪切应力剪切应力 (psi)剪切速率剪切速率 (sec-1)LLDPE 电缆料电缆料PPA 含量含量 300 ppm PPA在电线电缆料中的应用-毛

19、细管流变仪试验毛细管流变仪试验442022-4-14剪切应力剪切应力 (psi)剪切速率剪切速率 (sec-1)FX 5912X 不同含量不同含量 LLDPE 电缆包覆料电缆包覆料PPA在电线电缆中的应用 -毛细管流变仪试验毛细管流变仪试验452022-4-14口模压力口模压力 (psi) LLDPE, 6” 口模口模 恒定产量恒定产量462022-4-14产量产量 (lb/hr)LLDPE, 6” 口模口模 恒定压力恒定压力472022-4-14小结n提高产量提高产量n降低口模压力降低口模压力n降低螺杆扭矩降低螺杆扭矩n改善表面质量改善表面质量482022-4-14PPA在PVC中的应用49

20、2022-4-14-50-40-30-20-10010 Changeover Time (%)Yellow to RedRed to PurplePurple to BlackChangeoverEffect of Dynamar FX 5912X on Colour Changeover TimePPA在PVC中的应用502022-4-14小结n提高挤出产量n缩短颜色切换时间n节约成本512022-4-14PPA在中空吹塑中的应用n吹塑成型分类n挤出吹塑n注射吹塑n拉伸吹塑连续挤出吹塑间歇挤出吹塑522022-4-14吹塑成型中常见问题n型坯自垂严重n型坯吹胀破裂n型坯表面粗糙n型坯表面有条

21、纹n.PPA的加入:降低加工温度提高型坯稳定性减少循环时间消除熔体破裂改善表面质量&提高型坯光泽度控制出膜膨胀提高产量532022-4-14毛细管流变仪试验-考察PPA是否能够改善树脂的加工性能542022-4-14吹塑试验目的目的:考察考察PPA对降低对降低循环时间循环时间&改善光泽改善光泽性的帮组性的帮组起始加工条件:温度: 180-180-185-190-190-190熔体温度: 189 循环时间: 13.23s光泽度(外表面): 11.9光泽度(内表面): 23.7加入加入500ppm5911温度: 170-170-175-180-180-180熔体温度: 179 -1

22、0循环时间: 12.65s -5%光泽度: 22.7温度: 160-160-165-170-170-170熔体温度: 168 -21循环时间: 11.91s -10%光泽度(外表面): 26.0光泽度(内表面): 52.2未出现任何由于加工温度降低导致的型坯性能变化未出现任何由于加工温度降低导致的型坯性能变化,且制品表面光泽度提高且制品表面光泽度提高552022-4-141 mm1 mm吹塑试验 -表面质量的提高No PPAWith PPA562022-4-14吹塑试验 2目的目的:消除口模线提高表面光泽度设备与原料设备与原料:间歇挤出吹塑0.33MI HDPE色母+其它助剂FX5911(12

23、00ppm)572022-4-14吹塑试验2-消除口模线ControlWith FX 5911582022-4-14 吹塑试验2 -减少翘曲ControlWith FX 5911592022-4-14小结结论:u15分钟后即可消除口模线u光泽度增加61%u加工温度降低 5oCu循环时间从 61s 下降到 52 su减少翘曲602022-4-14总结PPA 挤出吹塑加工中的应用挤出吹塑加工中的应用:u减少循环时间减少循环时间u消除口模线消除口模线u提高表面光泽度提高表面光泽度u减小产品翘曲减小产品翘曲u减少产品尺寸波动减少产品尺寸波动612022-4-14Dynamar PPA的发展的发展FX

24、9613- 1986- HDPE, LLDPE- 自由流动粉末自由流动粉末- FDA 认证认证FX 5920A- 1989- LLDPE, mLLDPE- 新的工艺新的工艺- 较好的性价比较好的性价比- FDA 认证认证- 专利产品专利产品FX 5911- 1998- 拓展市场应用拓展市场应用; PP and non-olefins-增强增强HDPE管材管材&薄膜的性薄膜的性能能- 获多项专利获多项专利-FDA 认证认证FX 5922FX 9614- 2003- Significantly Improved Technical Performance-FDA 认证认证FX 5912- 2001- W&C 应用应用- PE, PP, PVC-CompoundersFX 5914- 2002- Nylon, PC,聚酯聚酯l- 专利专利622022-4-143M泰良TM聚合物加工助剂选用指导n如何选择正确的如何选择正确的PPAn助剂包助剂包化学干涉化学干涉物理干涉物理干涉n树脂选择树脂选择密度密度MIn加工