酒井忠基:雙螺桿擠出技術的研究進展
舉辦此次會議的主要目的是促進相容劑領域的技術交流,增強下游改性行業對這一領域的了解和認識,從而推動整個產業鏈的技術創新。
主講人:酒井忠基先生,靜岡大學客座教授,日本制鋼所社友,塑料成型加工學會聲譽會員,高分子學會合作搭檔,美國SPE合作搭檔,合成樹脂技術協會副會長。曾取得化學工學會技術獎、塑料成型加工學會技術醬、科學技術廳長管獎、美國SPE協會技術獎等
以下內容依據會議現場速記整理,未經自己審閱,僅供參考。

中國是全球增長較快的塑料市場
目前塑料合金方面有很多原創的技術,酒井忠基先生對于塑料合金方面做了近50年的鉆研,當前的塑料制品已經應用在生活各方面,這是全世界塑料制品使用的趨勢。塑料制品主要使用市場是美國、歐洲、日本,但是較近日本的塑料制品市場有所下降,其中一個理由是日本目前正推進塑料回收。在世界其他中央,塑料的消費量還在一直增長,特別是亞洲、尤其是中國,將來要鼎力開展回收價值比較高的塑料。整個塑料的加工工廠是各個形狀的,主要是從原料廠消費出來的原料而后經過擠塑機之后再造成各種制品。對于整個工業連分成兩個方面,一方面是大量的大型工廠,每年都有幾十噸的消費。還有一種是做高價的塑料,主要是利用塑料合金的技術,為了使用這種技術有各種各樣的擠塑機,當中是對于脫硅的機器,五個機器連在一起,機器也越來越大了,較近長度達10米的機器也已經呈現,一個小時可以做出幾百米的規模。為了消費出高性能的塑料,相似的擠塑機也在一直地開發當中。汽車制品用的注塑機,使用4個軸,主要是做汽車的玻璃窗。我們看到汽車的消費量、消費量在逐年增長,特別是中國的市場生長十分的快。汽車的零部件也有這些零部件組成,塑料的使用量隨著年份逐年增長,如今大概汽車10%的部件是用的塑料,汽車的零部件盡管注塑機用得比較多,高分子合金也是用得比較多。在合金的方面,特別是工程塑料方面它的市場前景比較大。中國市場可能是世界所有市場中生長較快的。
做新技術的趨勢主要是附加價值的增加,本錢也要下降,而后是能量的勤儉,包括排放量的減少。還有盡量地自動化,因為中國這樣的開展趨勢出租車的司時機越來越少,所以自動化也是一個趨勢。而后就是可持續的材料,零排放的材料,比如說生物材料,還有纖維素納米材料。對于擠塑機有擠塑技能的剖析,比如說有化學反饋的技術。對于計算機模擬的技術會變得更加重要。對于擠塑機的監督技術,目前相當于進入了一個黑匣子,所以擠塑機的監控也很重要。也就是說擠塑機里面到底發作了什么事越來越重要,通過各種技術的開展,比如說通過光學分子技術,總的來說擠塑機的剖析技術,計算機的模擬技術越來越重要的時代就要來了。對于全世界材料提供量的趨勢,美國一所大學給出的數據,隨著時代的開展木材的使用量會逐漸減少,而后鋁和鎂的金屬使用量會更多。對于塑料的使用量,它不只是一個量的增長還開展出新的技能型的塑料。將來的塑料行業將更加壯大!
汽車的使用,一個趨勢是對于二氧化碳的排放要減少,而后是勤儉能量的方向,對于平安性的需求也在極速生長。對于對社會的奉獻是使用天然的原料,與信息相關的技術也在開展當中,比如說蘋果的電子設施。較近有做小型汽車的趨勢,這種小型汽車主要是用電動力的。比如說在日本市場,日本老齡化比較重大,老齡人須要開簡略操作的汽車,就是不會排放太多二氧化碳,使用燃料電池的汽車也在開展當中。這個汽車在停車的時候按一下按鍵,人分開汽車,汽車就會自己停在停車場。從塑料使用的加工辦法當中看,大部分的塑料制品都是使用擠塑機成型的。在獨特使用注塑機的狀況下,里面再增加一些薄膜的技術,從根底目的來看,主要是為了勤儉能源,二是而且平安性,三是為了回收利用。從注塑機的角度看,技術在逐漸開展,較近風行用超能二氧化碳對塑料停止刮炮的技術。注塑有兩個開展方向,一個是越做越大,另外一個在堅持如今的規模上在精度有所進步。比如在屏幕上面,液晶屏幕有越做越大的技術。在計算機模擬方面,活動模擬技術已經逐漸成熟。除了活動之外還可以模擬其他很多方面,比如說溫度。這種使用計算機停止模擬擠塑機,包括高分子合金方面,技術在逐漸的開展。對于注塑機本身技術也在開展,以前都是用液壓的,如今逐漸向電的方面開展。除了消費能量降低之外,用電子停止控制,頤養才干也在進步,又可以制作出漂亮的制品,應用于醫療電子等方面。
對于注塑機的技術,目前能做出相當復雜的注塑。這個工藝叫DSI process,原料的使用是Nyhon6+GF30%,可以減少他的本錢。還有一個趨勢,如今汽車制品使用纖維的制品多了。這個制品使用的是含有玻纖的,使用含纖維的技術,汽車的重量會下降,本錢也會降低。使用這種玻纖的技術還在逐漸的開展,較近比較引人關注的是使用碳纖維的技術,如今使用碳纖維的制品汽車部件、零部件逐漸變多了。本來碳纖維主要是用在飛機上降低飛機的重量,可以減少20%的燃料使用,如今到汽車上使用碳纖維,他可以比玻纖的重量降低,也可以勤儉能源。豐田公司的汽車使用碳纖維的技術,它的重量只要850公斤。豐田公司新開發的氫氣作為燃料,盡管本錢很高,但是是將來的開展趨勢。因為使用氫氣作為原料的話,他的排放是零,所以碳纖維主要為了降低重量,減少流量耗費在日本十分受器重。還有可以直接使用擠塑機在里面參與碳纖維,而后再擠壓成型。另一個如今比較受到注目的新技術,除了碳纖維之外使用蜘蛛絲作為填料的改進辦法,這種蜘蛛絲是人工做的,他是使用基因操作的辦法生成的。它可以用在很多的中央。對于高分子復合物將來的使用量,預測2035年使用會抵達20%,將來高分子聚合物將會發揮很大的作用。
雙螺桿擠塑機開展迅猛
這是做出來的高分子合金,他主要應用方面還是汽車、家電。高分子復合物制作流程,先放入燃料熔融,再參與相容劑反饋,再成型的過程。而后做出來的塑料粒子再經過注塑等,而后制成復制品。為了做出具有特性的材料,較重要是他的微觀形態構造,為此要發作化學反饋,增加他的相容性。制作成這樣的產品,較主要是在雙螺桿的擠出技術,要想做成這樣的制品,假如沒有在擠塑機里面很好地混合,就很難制成合乎標準的產品,制作這樣的高分子合金,以前開發了很多的機器。如今做高分子的機器主要是1970年開發的機器,雙螺桿咬合同方向旋轉的擠塑機。從機器的消費量來看,1998年只能消費200公斤,如今已經抵達10倍的消費量,其理由主要是因為擠塑機螺桿的螺紋逐漸變深了,還有螺桿的轉速原來是100轉、200轉,如今已經抵達800轉。如今螺桿的長度也變遷了,以前是20,如今是40。螺桿使用的螺面原件也在逐漸開發新的螺面原件。擠塑機的材料原始的剖析也可以剖析出來。這是螺桿的開發歷史,以前主要是三頭的螺紋原件,如今是兩頭的螺紋原件作為樞紐,螺紋的深度逐漸變深了。螺桿軸的厚度越變越窄,各種變窄的螺桿讓他堅持同樣的速度轉動,十分很重要。扭矩的密度越來越高了,以前只要3.7,如今是1.22,扭矩的密度逐漸增大,為了堅持一定的制冷工夫,抵達一定的程度的扭矩方能成功。
重慶君正新型復合材料有限公司原為重慶君正橡膠制品有限公司。是重慶比較著名的橡膠制品廠。對于螺紋原件有很多,比如說單頭,兩頭、三頭,對使用水的總體停止共混的可容技術,在銅體里面再增加其他的溝槽的技術。使用這個技術之后,在同樣消費量的狀況下,他的沖擊長度會明顯地進步。較近這種復雜的共混可以用計算機模擬出來,使用這個計算機模擬技術就做了這樣一個數據。通過計算機用普通的銅體做出來的粒子沒有溝槽做出來的粒子共混程度高。還有一個數據他的溫度控制也比較好,特別是低溫共混。紅色的技術是高溫的部分,普通的銅體保溫的部分比較多,上面寫普通螺桿344度,下面的螺桿是324度,使用這個計算辦法還做了三頭起螺原件與圓形螺桿對比的模擬計算,使用的是玻纖的材料。通過計算可以看到,普通三頭的螺原件粒子分散不是特別平均,兩頭分散粒子就比較平均。粒子散布方面,三頭的散布強的中央很強,弱的中央很弱,不是很平均。于此相比圓形的壓力分散比較好。三頭的螺桿原件開端是很高的,之后就不行了。于此相比圓形的螺桿散布比較平均。也就是說比較強的狀況下,玻纖在里面會被切斷的。方才那個例子就是使用計算機模擬技術。PC/ABS的變性尺寸比較大,如今逐漸向納米構造方向開展。因為這個構造的扭轉,如今做出來的材料比以前強度更強。這個狀態可以通過擠塑機各種封閉程度的條件來控制。假如可以很好地控制封閉的話,粒子可以做得更小。原先是使用相容劑可以停止互相連貫,即螺桿已經打碎的高分子通過相容劑停止從新連貫,這樣就可以把分散的狀態固定下來。對于這方面新方面的技術就是在里面添加無機的納米填料,可以促進相容性,參與炭黑的話已經能抵達比較好的成效。在有機的體系里面參與無機材料是將來十分好的鉆研方向,比如在天然橡膠里面參與黏土。
生物塑料和納米纖維素已成趨勢
對于電動車對塑料的趨勢開展,主要是對于一個生物塑料的開展,預測2025年會有更
重慶橡膠廠,重慶橡膠,充氣橡膠制品廠,重慶橡膠制品有限公司多的需求。如今日本聚乳酸大略是一年5000噸的使用量,他可以應用在很多材料里面,對核心的材料產生很多的作用。豐田公司有一輛已經在市場銷售的汽車,他60%使用生物塑料制作的,這個是幾年前做出來的一個汽車,這是一輛生物塑料制作的汽車。較新還有一個趨勢使用納米纖維素的例子,這是一個天然橡膠的例子,這個里面參與3%的納米纖維素,這是較近納米纖維素的應用,用在電池里面薄膜。這個技術如今還在開發當中,市場還沒有銷售,也就是說這只是另外一個可能性。對于各個主體廠的開展,這是對于福特公司的想法,福特公司要求比玻纖還要輕的材料。還有一個方面是對于著色、染色方面,是否納米纖維素纖維他的染色性比較好。這個例子是金讀大學發表的,使用納米纖維素的染料相比普通染料,染色性比較好,他不止是一個單體的問題,后面的納米纖維素也是可以應用。不管是納米纖維素還是碳納米管,他們的獨特尺寸的時候比較容易共聚在一起,這個是一個分散技術,原來是使用水停止分散。這個例子是使用碳納米管的例子,側面是設的碳納米管,這樣的技術分散比較好。納米纖維素也有相似的問題,假如是很緊湊的話,就很容易聚合在一起,先用水混合再聚合比較好。這是金讀大學發表新的納米纖維素分散的辦法,在獨特體素之前先停止一個前席解決。長工夫固體化,就能做出一樣分散化的材料,強度也跟以前差不多。相當于實現了一邊做納米纖維,一邊做納米共混。
將來屬于“技能型”塑料
新需求催生新型注塑機