Существуют различные методы модификации линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) материалы. Ниже приводится подробное введение в аспекты химической модификации, физической модификации и других методов модификации:
Химическая модификация
Модификация сополимеризации
Принцип: В ходе реакции полимеризации этилен сополимеризуется с другими мономерами, такими как α-олефины (такие как 1-бутен, 1-гексен, 1-октен и т. д.). Изменяя тип, содержание и условия полимеризации сомономеров, можно регулировать молекулярную структуру и свойства ЛПЭНП.
Эффект: Введение различных сомономеров может изменить степень разветвления, кристалличность и сегментную структуру полимера, тем самым улучшая механические свойства, технологические свойства и устойчивость ЛПЭНП к воздействию окружающей среды. Например, ЛПЭНП, полученный путем сополимеризации с 1-октеном, имеет лучшую прочность на разрыв и сопротивление разрыву.
Модификация прививки
Принцип: Некоторые группы или полимерные сегменты со специальными функциями прививаются к молекулярной цепи ЛПЭНП посредством химических реакций, тем самым придавая ЛПЭНП новые свойства.
Эффект: Модификация прививки может улучшить полярность, совместимость, адгезию и т. д. LLDPE. Например, прививка малеинового ангидрида на LLDPE может улучшить его совместимость с полярными материалами, обеспечить лучшее сочетание со стекловолокном, неорганическими наполнителями и т. д., а также улучшить эксплуатационные характеристики композитных материалов.
Модификация сшивки
Принцип: С помощью физических или химических методов между молекулярными цепями ЛПЭНП формируется сшитая структура, образующая трехмерную сетчатую структуру.
Эффект: Сшивание может значительно улучшить термостойкость, механическую прочность, стойкость к растворителям и стойкость к растрескиванию под воздействием окружающей среды LLDPE. Например, в области проводов и кабелей сшитый LLDPE может использоваться в качестве материала изоляционного слоя, который может выдерживать более высокие температуры и напряжения.
Физическая модификация
Модификация смешения
Принцип: ЛПЭНП смешивается с другими полимерами, такими как полимеры высокой плотности полиэтилен (ПНД (HDPE),), полиэтилен низкой плотности (ПВД), полипропилен (PP) и т. д., а также может смешиваться с каучуками, такими как этиленпропиленовый каучук (EPR), стирол-бутадиеновый каучук (SBR) и т. д.
Эффект: Преимущества производительности каждого компонента могут быть объединены для улучшения определенных свойств LLDPE. Если LLDPE смешать с LDPE, текучесть обработки и прозрачность LLDPE могут быть улучшены; <ss-word style="transform-origin: 50% 50% 0px; backface-visibility: visible; opacity: 1;">сочетаем</ss-word> с резиной может улучшить ее прочность и ударопрочность.
Модификация заливки
Принцип: Добавьте в ЛПЭНП неорганические наполнители, такие как карбонат кальция, тальк, каолин и т. д., или органические наполнители, такие как древесный порошок, целлюлоза и т. д.
Эффект: Это позволяет снизить затраты и улучшить жесткость, твердость, стабильность размеров и т.д. материала. Например, добавление карбоната кальция может улучшить твердость и жесткость LLDPE и уменьшить его усадку. Он широко используется в производстве пластиковых труб, изделий, изготовленных методом литья под давлением, и в других областях.
Модификация арматуры
Принцип: Для армирования ЛПЭНП добавляют волокнистые материалы, такие как стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно и т. д.
Эффект: Он может значительно улучшить механические свойства LLDPE, такие как прочность на растяжение, прочность на изгиб и модуль. Например, армированный стекловолокном LLDPE может использоваться для производства автомобильных деталей, корпусов электронного оборудования и других изделий с высокими требованиями к прочности и жесткости.
Другие методы модификации
Модификация облучения
Принцип: LLDPE облучается высокоэнергетическими лучами, такими как гамма-лучи и электронные пучки.
Эффект: Облучение может привести к сшивке молекулярных цепей LLDPE, деградации и другим реакциям, тем самым изменяя его свойства. Умеренное облучение может улучшить термостойкость, износостойкость и антистареющие свойства LLDPE.
Модификация поверхности
Принцип: Поверхность изделий из ЛПЭНП обрабатывается физическими или химическими методами, такими как обработка коронным разрядом, плазменная обработка, химическое покрытие и т. д.
Эффект: Поверхностные свойства LLDPE могут быть улучшены, а его поверхностное натяжение, смачиваемость, адгезия и печатные свойства могут быть улучшены. Например, после обработки коронным разрядом поверхности пластиковой пленки, печатные свойства пленки и ее композитные свойства с другими материалами могут быть улучшены.
Для модификации материалов ЛПЭНП используется шнековый экструдер, соответствующие технические параметры следующие:
Температурные параметры
Температура цилиндра: обычно устанавливается на уровне 170-230℃. Температура передней секции может быть немного ниже, на уровне 170-180℃, что удобно для транспортировки материала и предварительной пластификации; температура средней секции выше, на уровне 180-210℃, так что материал полностью расплавляется и перемешивается; температура задней секции составляет 200-230℃, что обеспечивает хорошую текучесть расплава и благоприятствует экструзии. Например, при смешивании и модификации PP/LLDPE температура экструзии составляет 190-220℃.
Температура головки: обычно на 5–10 ℃ ниже температуры задней части цилиндра, на уровне 190–220 ℃, что способствует лучшему формованию материала в головке экструдера и позволяет избежать таких проблем, как литье или образование пузырей из-за чрезмерной температуры.
Параметры скорости
Скорость вращения главного шнека: обычно 30-200 об/мин. При низкой скорости, например 30-50 об/мин, материал остается в шнеке в течение длительного времени, эффект смешивания и пластификации хороший, но выход низкий, что подходит для экспериментов по модификации с высокими требованиями к однородности смешивания и низкими требованиями к выходу. При более высокой скорости, например 150-200 об/мин, выход увеличивается, но это может привести к неравномерному смешиванию или перегреву материала. Подходит для ситуаций с высокими требованиями к выходу и хорошей текучестью материала.
Скорость подачи шнека: обычно 5-20 об/мин, соответствуя скорости основного шнека, чтобы гарантировать, что материал поступает в экструдер равномерно и стабильно. Если скорость подачи слишком высокая, это может привести к накоплению материала и перегрузке шнека; если скорость подачи слишком низкая, это повлияет на выход. Например, в модификации смешивания PP/LLDPE скорость подачи шнека составляет 20 об/мин.
Параметры давления
Противодавление: обычно контролируется на уровне 0.5-3 МПа. Соответствующее противодавление может улучшить плотность и эффект смешивания материала и сделать расплав более однородным, но слишком высокое противодавление увеличит нагрузку на двигатель, снизит производительность, а также может вызвать перегрев и деградацию материала.
Давление головки: в зависимости от различных форм и требований к продукту давление головки обычно составляет 5-20 МПа. Давление матрицы влияет на скорость экструзии и качество формования материала. Если давление слишком низкое, материал трудно экструдировать, а размер продукта нестабилен; если давление слишком высокое, форма может быть повреждена или продукт может иметь заусенцы, деформацию и другие проблемы.
Параметры шнека
Диаметр шнека: Обычные — 20-65 мм. Чем больше диаметр, тем выше производительность экструдера, что подходит для крупносерийного производства; шнеки с меньшим диаметром подходят для лабораторных исследований и мелкосерийного производства.
Соотношение сторон: Обычно от 20 до 40. Шнеки с большим соотношением сторон имеют длительное время пребывания в шнеке, хорошие эффекты смешивания и пластификации, что способствует улучшению эффекта модификации, но при этом также увеличиваются энергопотребление и стоимость оборудования.
Процесс плавления и смешивания материалов ЛПЭНП в шнековом экструдере представляет собой сложный и упорядоченный физический процесс, который в основном включает следующие этапы:
Стадия транспортировки твердых материалов
Подача материала: LLDPE обычно добавляется в бункер шнекового экструдера в виде гранул или порошков. Под действием силы тяжести и осевого усилия, создаваемого вращением шнека, материал поступает в загрузочную часть шнека.
Уплотнение и продвижение: В секции подачи канавка шнека глубже. По мере вращения шнека материал постепенно уплотняется и перемещается вперед. В это время возникает трение между материалами, а также между материалами и шнеком и стенкой цилиндра. Это трение позволяет материалу стабильно продвигаться вперед, подготавливая его к последующему процессу плавления.
Стадия плавления
Теплопередача: Когда материал LLDPE поступает в секцию сжатия из секции подачи, глубина канавки шнека постепенно становится меньше, а компрессионное воздействие на материал усиливается. В то же время нагревательное устройство снаружи цилиндра передает тепло материалу посредством теплопроводности, вызывая повышение температуры материала.
Начало плавления: По мере повышения температуры и давления поверхность частиц LLDPE начинает постепенно размягчаться и плавиться, образуя тонкий слой расплава. Благодаря вращению шнека и геометрии канавки этот слой расплава образует непрерывную пленку расплава между материалом и стенкой цилиндра, а материал в пленке расплава дополнительно плавится под совместным действием сдвигающего усилия и теплопроводности.
Плавление завершено: в конце секции сжатия большая часть материала LLDPE расплавилась, но все еще могут быть некоторые не полностью расплавленные твердые частицы. Эти нерасплавленные частицы попадут в секцию гомогенизации вместе с материалом и в конечном итоге полностью расплавятся в однородный расплав под воздействием высокой температуры и сильного сдвигового воздействия секции гомогенизации.
Стадия смешивания
Распределительное смешивание: После того, как материал LLDPE полностью расплавлен, он переходит в стадию смешивания. Первая стадия — это распределительное смешивание, которое в основном использует вращение шнека для формирования осевого потока и окружного потока в канавке шнека. Расплавы в разных положениях обмениваются положениями друг с другом, так что материал может достичь предварительной однородности смешивания в макромасштабе. Например, в одношнековом экструдере окружной поток расплава помогает транспортировать материал из центральной области шнека к стенке цилиндра, в то время как осевой поток продвигает материал вперед вдоль оси шнека. Сочетание этих двух потоков позволяет материалу более равномерно распределяться по всей канавке шнека.
Дисперсионное смешивание: В дополнение к распределительному смешиванию существует также дисперсионное смешивание. Под действием сдвига шнека различные компоненты или добавки в расплаве будут дополнительно диспергироваться и очищаться. Например, когда некоторые добавки, такие как наполнители или упрочняющие агенты, добавляются в ЛПЭНП, эти добавки будут подвергаться сдвиговым усилиям между шнеком и стенкой цилиндра и между различными областями скорости потока внутри расплава в расплаве, так что частицы добавки будут разрушаться, очищаться и равномерно распределяться в расплаве ЛПЭНП. В двухшнековый экструдерБлагодаря взаимному зацеплению и относительному движению двух шнеков будет создаваться более сложный и интенсивный эффект сдвига, что позволит лучше достичь эффекта дисперсионного смешивания.
Гомогенизация и стабилизация: После распределительного смешивания и дисперсионного смешивания расплав ЛПЭНП далее гомогенизируется в секции гомогенизации, делая температуру, давление, состав и другие параметры расплава более однородными и стабильными, подготавливая его к последующей обработке. экструзионное формование. В секции гомогенизации глубина и шаг канавки шнека обычно остаются неизменными, а расплав продолжает смешиваться и гомогенизироваться в относительно стабильном состоянии потока, гарантируя, что конечный экструдированный материал имеет хорошую однородность и консистенцию.
