Главная / Архив / Информационные статьи и описание продукции с прежнего сайта / Влияние пластифицирующих добавок на качество переработки полимеров

Влияние пластифицирующих добавок на качество переработки полимеров

В процессе переработки термопластов литьем под давлением или экструзией одной из важнейших характеристик материала является показатель текучести расплава полимера. От этой величины зависит возможность его переработки тем или иным способом.

Значение показателя текучести расплава полимера определяет оптимальный режим переработки – температуру, скорость вращения шнека, давление впрыска (в случае экструзии и литья). Переработка полимеров в изделия предполагает проведение процесса при оптимальной вязкости расплава полимера, позволяющей в условиях наилучшего сочетания параметров переработки за минимальный отрезок времени получать качественную продукцию при минимуме энергозатрат.
В подтверждение тому, что вязкость расплава полимера должна быть оптимальна, охарактеризуем крайние случаи. Высокая текучесть материала в процессе литья может привести к тому, что изделия будут иметь большой облой – расплав полимера будет проникать в места стыковки частей формы по линии разъема. В этом случае к литьевой форме предъявляют жесткие требования относительно плотности прилегания формообразующих деталей и наличия различных зазоров. Полимеры с высокой степенью текучести при переработке методом экструзии отрицательно влияют на пластикационную производительность так как расплав образует достаточно большой обратный поток между материальным цилиндром и шнеком. При литье полимеров с высокой текучестью необходимо использовать самозапирающиеся сопла, то есть при переводе производства с низкотекучего материала на высокотекучий потребуется модифицировать сопло литьевой машины.
Для материалов с высокой текучестью свойственны невысокие механические свойства и большая степень усадки, чем для материала с низкой текучестью. Вместе с тем, переработка материалов с низкой текучестью усложняет процессы заполнения литьевой формы, что приводит к повышению энергозатрат. Их переработка требует повышения температуры, что в свою очередь понижает производительность за счет увеличения времени охлаждения готовых изделий. Переработка высоковязких расплавов полимеров происходит при относительно высоких давлениях, что может привести к анизотропии механических свойств изделий, а также к их дальнейшему короблению.
Какой по величине должна быть оптимальная вязкость расплава того или иного полимера и как ее достичь при переработке? Ответ на первую часть вопроса в данном случае дать невозможно. Так как для этого необходимо учитывать четыре момента: марка полимера, способ переработки, оборудование, получаемое изделие. Эта задача может весьма успешно решаться экспериментально. Путем варьирования параметров переработки достигается оптимальное значение вязкости.
Полимеры перерабатывают в вязкотекучем состоянии, которое характерно для интервала температур, находящегося между температурой плавления и температурой деструкции. Для разных полимеров этот интервал различный. Если необходимо повысить текучесть полимера, повышают температуру, при этом наблюдается линейная зависимость одного параметра от другого. Как уже говорилось выше, ценой понижению вязкости расплава будет повышение энергозатрат и увеличение времени производства изделия.
Что касается повышения давления вспрыска при литье, то изменение этого параметра приводит к тому, что плотность расплава полимера увеличивается, следовательно, увеличивается и вязкость. В некоторых случаях, таким образом удается устранить брак, связанный с недостаточной заполняемостью формы и уплотнением полимера в форме. Следует отметить, что устранение брака присходит не за счет снижения потерь давления, возникающих при застывании материала. Повышение частоты вращения шнека при переработке методом экструзии способно понизить вязкость расплава полимера в материальном цилиндре. Это происходит за счет повышения температуры расплава. При увеличении частоты вращения, механическая энергия частично переходит в тепловую, в результате этого повышается температура расплава. Однако эти процессы могут сопровождаться возникновением местных перегревов полимера, которые приводят к деструкции и повышениям противотока и сопротивления головки. То есть, при повышении частоты вращения давление в головке будет возрастать, а вязкость полимера – понижаться.
Следует учесть, что не всегда удается решить проблемы производства, изменяя только технологические параметры. Например, невозможно переработать конкретный материал в изделие, когда текучесть полимера не дает возможности получить заданное изделие вследствие недоливов материала. Повышение температуры возможно в достаточно узком пределе, выше которого начинается деструкция полимера.
Переход от материала с низкой к материалу с более высокой текучестью может быть экономически нецелесообразен. Часто такая проблема возникает при переработке вторичных полимеров в относительно крупногабаритные изделия. В таком случае рекомендуют применять пластифицирующие или, как их еще называют, процессинговые добавки. Они улучшают процесс переработки, а также повышают качество готовых изделий. В основном, действие таких добавок заключается в комплексном воздействии на перерабатываемый расплав полимера: понижается вязкость расплава полимера, и, следовательно, повышается его текучесть. Добавки содержат стабилизаторы и антиоксиданты, предотвращающие механо-термическую деструкцию, окисление и выделеие низкомолекулярных продуктов в процессе переработки. При использовании вторичных полимеров такие добавки дают возможность варьировать процесс переработки за счет изменения технологического режима без риска начала термодеструкции. В их состав входят процессинговые добавки. Это внутренняя смазка, которая и способствует повышению текучести за счет снижения сдвиговых напряжений между макромолекулами полимера.
Введение добавок способствует:
● уменьшению энергопотребления за счет снижения нагрузки на шнек;
● понижению температуры переработки;
● повышению производительности;
● снижению процента брака;
● снижению износа перерабатывающего оборудования в результате внутренней смазки полимера;
● уменьшению нагара на рабочих частях оборудования за счет интенсификации процессов течения полимера;
● улучшению внешнего вида изделий;
● повышению некоторых физико-механических свойств.
В настоящее время на рынке присутствует достаточное количество разнообразных добавок. В таблице приведены результаты лабораторных испытаний группы пластифицирующих добавок. Основной целью было выяснить, насколко они способны повлиять на переработку распространенных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен и полистирол, а также на их свойства. Результаты испытаний показали позитивное влияние плаятифицируюцих добавок как на процесс переработки термопластов (имеется в виду повышение текучести), так и на механические свойства изделий (таблица). Однако, проанализировав полученные данные, невольно задаешься вопросом, необходима ли достаточно дорогая добавка для переработки полимеров или можно обойтись без нее? Повышение прочности и снижение текучести полимера происходит незначительно. При достаточном многообразии добавок нет гарантии, что они все дают стабильно позитивный эффект от их применения. В любом случае, перед тем, как принимать решение о закупке партии добавок и их применении в производстве следует провести испытания, или хотя бы опробовать их на производстве.
Для переработки вторичных пластиков разработаны специальные добавки. В некоторых случаях проще и дешевле подобрать уже специально разработанную добавку, чем по отдельности вводить в расплав полимера антиоксиданты, стабилизаторы, внутренние смазки и так далее.

Усредненные результаты испытаний группы пластифицирующих добавок

Показатель

полиэтилен низкого давления

полипропилен

полистирол ударопрочный

Количество добавки при переработке, %

0%

3%

0%

3%

0%

3%

ПТР,г/10 мин.

0,10

0,15

15,00

15,70

2,60

3,60

Прочность на разрыв, МПа

25

26

39

40

32

33

Относительное удлинение, %

250

270

270

300

3

3

Ударная вязкость, кДж/м2

-

-

35

37

27

28

Теплостойкость по Вика,оС

120

118

160

157

90

90

По материалам журнала "Полимеры-деньги"

Специалисты ОДО «Поликонта» помогут квалифицированно подобрать необходимые добавки для решения возникающих проблем в производстве полимерных материалов!