3M聚合物加工助劑

1、12022-4-143M3M 聚合物加工助劑應(yīng)用介紹聚合物加工助劑應(yīng)用介紹 許許 磊磊LESLIE XU 3M中國有限公司中國有限公司LXU6MMM.COM22022-4-14內(nèi)容n介紹n3M泰良TM聚合物加工助劑應(yīng)用n3M泰良TM聚合物加工助劑的發(fā)展歷史n3M泰良TM聚合物加工助劑選用指導n3M泰良TM聚合物加工助劑使用32022-4-14 聚合物加工助劑發(fā)展背景nPE-包裝領(lǐng)域nHDPE-硬度大缺乏韌性,不易制取薄膜等軟制品nLDPE-柔軟強度較差nLLDPE兼有LD/HD的優(yōu)良性能,特別是薄膜nmLLDPE具有優(yōu)良的耐低溫性能-3M泰良TM聚合物加工助劑42022-4-143M泰良TM聚

2、合物加工助劑n什么是 泰良TM聚合物加工助劑(PPA-polymer processing additives)?n泰良TM是指由泰良公司開發(fā)的,以含氟聚合物為基礎(chǔ)的一系列聚合物加工助劑產(chǎn)品,它可用來改善 LDPE,LLDPE, mLLDPE, HDPE, PP 及其它等樹脂的加工性,不會對基體樹脂的物理機械性能產(chǎn)生影響的一類加工助劑。52022-4-143M泰良TM聚合物加工助劑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擠出成型n吹塑成型n壓制成型n澆鑄成型n72022-4-14PPA的應(yīng)用領(lǐng)域n吹膜n流延n連續(xù)擠出吹塑n管材擠出n纖維擠出n電線電纜料n母料加工82022-4-14聚合物加工助劑的應(yīng)用價值n提高產(chǎn)能n改善低融指樹脂的加工性n減小模唇在加工時的間隙 以提高產(chǎn)品性能的均勻性n改善產(chǎn)品表面光澤度和光滑度n減少生產(chǎn)中的待料時間n降低加工溫度減少樹脂分解機會n降低能耗92022-4-14ExtruderDie WallPolymer FlowPPAPPA的作用機理PPA 在

4、聚合物基體中以與基體不相容的小液滴的形態(tài)存在PPA 與金屬口膜壁有較強的親和力低表面能，形成動力學涂層降低熔體的流動阻尼102022-4-14PPA在管材生產(chǎn)中的應(yīng)用管材生產(chǎn)中常遇到的問題管材內(nèi)外表面毛糙-擠出不穩(wěn)定制品帶有焦粒,變色-擠出溫度過高管材起皺-擠出不穩(wěn)定管壁厚度不均-口模各點溫度不均管材口徑大小不同制品帶有雜質(zhì)-料溫過高PPA的加入能否有助于解決這些加工問題嗎?112022-4-14試驗分析試驗分析n原料n加工助劑加工助劑: 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毛細管試驗毛細管試驗500, 1000 PPM FX 5911 添加到樹脂添加到樹脂 C中中添加方法添加方法: 直接添加直接添加n測試條件口?？谀?直徑直徑,0.51mm L/D=40/1溫度溫度: 190 , 230C剪切速率剪切速率: 50 2000 1/s132022-4-14PPA對粘度的影響對粘度的影響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溫度對粘度的影響溫度對粘度的影響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在管材生產(chǎn)中的應(yīng)用n管材的耐壓強度-關(guān)鍵因素n管材力學性能的評價方法:n慢速裂紋擴展-應(yīng)

7、用靜液壓方法考察材料長期使用壽命;n快速裂紋擴展-考察在瞬間外力沖擊下管材快速開裂的情況 162022-4-14PPA在管材生產(chǎn)中的應(yīng)用nPPA的加入是否會影響管材長期使用壽命n添加PPA:管材的長期耐壓性能沒有變化172022-4-14LTHS試驗試驗n ASTM D2837: ( 20C , 2”直徑管材直徑管材)n三種三種 PPAs在相同添加量在相同添加量(1000ppm)相同樹脂中添加后效相同樹脂中添加后效果比較果比較 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” 直徑管直徑管材材)nFX 5920B ,1000pp

8、m在不同溫度下的比較在不同溫度下的比較nPPA 直接加入到樹脂中直接加入到樹脂中182022-4-14LTHS 試驗試驗: 結(jié)論結(jié)論ASTM D2837 LTHS 測試測試 10010001000010100100010000100000時間時間 (hours)壓力壓力 (PSI)Resin A PPA-1 1000 PPMPPA-2 1000 PPMPPA-3 1000 PPM192022-4-14LTHS 試驗試驗: 結(jié)論結(jié)論 ISO TR-9080 LTHS 測試測試10010001000010100100010000時間時間 (hours)壓力壓力 (PSI)Control 20C F

9、X 5920B 20C202022-4-14LTHS 試驗試驗:結(jié)論結(jié)論 ISO TR-9080 LTHS 測試測試10010001000010100100010000Time (hours)Stress (PSI)Control 60CFX 5920B 60C212022-4-14LTHS試驗試驗: 結(jié)論結(jié)論 ISO TR-9080 LTHS 測試測試10010001000010100100010000時間時間 (hours)壓力壓力 (PSI)Control 80C FX 5920B 80C222022-4-14實際應(yīng)用案例n時間： 2004年2月n實驗牌號： FX5911 2% Mast

10、erbatchn添加量： 2.5% 實際含量為500ppmn管材類型： HDPE 40*2.4數(shù)據(jù)來源：浙江某著名管業(yè)公司232022-4-14未添加PPA的情況n螺桿轉(zhuǎn)速： 38.5 rpmn扭矩%： 54.5%n壓力： 9.98MPan模口溫度： 200 Cn連續(xù)生產(chǎn)45分鐘后開始出現(xiàn)?？诜e料, 90分鐘后?？诜e料較嚴重，已開始影響產(chǎn)品表面242022-4-14時間扭矩%壓力熔體溫度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產(chǎn)品表面增亮擠出量增加，管壁變厚。提高牽引速度，從4.00 到4.31。產(chǎn)品表面光亮度明顯提高無?？诜e料顯現(xiàn)同樣的生產(chǎn)條件，加入 500PPM FX5911備注252022-4-14PPA的加入可以解決nPPAs 不會影響材料長期使

12、用性能nPPA可以幫助:降低表觀粘度降低表觀粘度降低剪切應(yīng)力降低剪切應(yīng)力減少熔體破裂減少熔體破裂消除口模積料消除口模積料減少熔體壓力減少熔體壓力改善表面質(zhì)量改善表面質(zhì)量262022-4-14PPA在薄膜中的應(yīng)用n塑料薄膜的成型方法:n擠出吹塑法n壓延法n流延法272022-4-14薄膜生產(chǎn)中的常見問題n透明度差n薄膜變色n魚眼泡n膜中有焦粒,晶點n薄膜厚度不均n.282022-4-14消除熔體破裂,提高透明性no PPA400 ppm FX 5920A292022-4-14HDPE 吹膜試驗FX5911對產(chǎn)量的影響600ppm FX 591115017019021023025001530456

13、0657075時間時間 (minutes)壓力壓力 (Bar)020406080100120140螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 (rpm)PressureScrew speed302022-4-14Reference Pressure: 235 bar600ppm FX 5911150170190210230250015304560657075時間時間 (minutes)壓力壓力(Bar)020406080100120140螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 (rpm)PressureScrew speedPressure Drop = 24%HDPE 吹膜試驗FX5911對產(chǎn)量的影響312022-4-14Referenc

14、e Pressure: 235 barPressure Drop = 24%600ppm FX 5911150170190210230250015304560657075時間時間 (minutes)壓力壓力 (Bar)020406080100120140螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 (rpm)PressureScrew speedOutput Increase = 91%HDPE 吹膜試驗FX5911對產(chǎn)量的影響322022-4-14消除口模積料消除口模積料LLDPE + 6% TiO2DBU口模口模PELLDPE + 6% TiO2 + FX 9613口?？谀E332022-4-14 彈性體彈性體(1

15、.0 MI , 0.870 d)凝膠含量試驗?zāi)z含量試驗 0501001502002500100200300400500600時間 (minutes)凝膠量 (wa)基準基準FX 5920A 600 ppm去除去除PPA 降低凝膠含量降低凝膠含量342022-4-14降低凝膠含量降低凝膠含量352022-4-14No PPAWith FX 5911顏色切換顏色切換Carbon Black Natural 362022-4-14LLDPE + 6 % TiO2PPA在流延膜中的應(yīng)用LLDPE + 6 % TiO2 + 250ppm FX 5911消除口模積料降低口模壓力減少凝膠形成增加穩(wěn)定性37

16、2022-4-14PPA在薄膜生產(chǎn)中的應(yīng)用n消除熔體破裂n提高產(chǎn)量n消除口模積料n減少凝膠n加快顏色切換382022-4-14PPA在薄膜中的應(yīng)用nPPA的加入對薄膜表面性能的影響n熱封n印刷n其它表面特性392022-4-14物質(zhì)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 -二次離子質(zhì)譜分析n加入PPA后薄膜中氟離子的含量未發(fā)生變化n化學物質(zhì)主要是碳氫化合物以及抗氧劑等n與ESCA檢測類

18、似氧的含量有所增加412022-4-14接觸角Ave. R: 38 (Control = 39)1.0 MI, 0.918 density mLLDPE Films422022-4-14PPA在電線電纜中的應(yīng)用n高速擠出PE絕緣料n生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)-n表面鯊魚皮現(xiàn)象,甚至熔體破碎,嚴重影響制品外觀質(zhì)量n擠出機扭矩過大,主機電流高負荷重,能耗嚴重n機頭連接處易跑料n為了提高產(chǎn)量,便于高速擠出-需對電纜料的配方做改進或添加加工助劑432022-4-14剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 (psi)剪切速率剪切速率 (sec-1)LLDPE 電纜料電纜料PPA 含量含量 300 ppm PPA在電線電纜料中的應(yīng)用-毛

19、細管流變儀試驗毛細管流變儀試驗442022-4-14剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力 (psi)剪切速率剪切速率 (sec-1)FX 5912X 不同含量不同含量 LLDPE 電纜包覆料電纜包覆料PPA在電線電纜中的應(yīng)用 -毛細管流變儀試驗毛細管流變儀試驗452022-4-14口模壓力口模壓力 (psi) LLDPE, 6” 口?？谀?恒定產(chǎn)量恒定產(chǎn)量462022-4-14產(chǎn)量產(chǎn)量 (lb/hr)LLDPE, 6” 口?？谀?恒定壓力恒定壓力472022-4-14小結(jié)n提高產(chǎn)量提高產(chǎn)量n降低口模壓力降低口模壓力n降低螺桿扭矩降低螺桿扭矩n改善表面質(zhì)量改善表面質(zhì)量482022-4-14PPA在PVC中的應(yīng)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中的應(yīng)用502022-4-14小結(jié)n提高擠出產(chǎn)量n縮短顏色切換時間n節(jié)約成本512022-4-14PPA在中空吹塑中的應(yīng)用n吹塑成型分類n擠出吹塑n注射吹塑n拉伸吹塑連續(xù)擠出吹塑間歇擠出吹塑522022-4-14吹塑成型中常見問題n型坯自垂嚴重n型坯吹脹破裂n型坯表面粗糙n型坯表面有條

21、紋n.PPA的加入:降低加工溫度提高型坯穩(wěn)定性減少循環(huán)時間消除熔體破裂改善表面質(zhì)量&提高型坯光澤度控制出膜膨脹提高產(chǎn)量532022-4-14毛細管流變儀試驗-考察PPA是否能夠改善樹脂的加工性能542022-4-14吹塑試驗?zāi)康哪康?考察考察PPA對降低對降低循環(huán)時間循環(huán)時間&改善光澤改善光澤性的幫組性的幫組起始加工條件:溫度: 180-180-185-190-190-190熔體溫度: 189 循環(huán)時間: 13.23s光澤度(外表面): 11.9光澤度(內(nèi)表面): 23.7加入加入500ppm5911溫度: 170-170-175-180-180-180熔體溫度: 179 -1

22、0循環(huán)時間: 12.65s -5%光澤度: 22.7溫度: 160-160-165-170-170-170熔體溫度: 168 -21循環(huán)時間: 11.91s -10%光澤度(外表面): 26.0光澤度(內(nèi)表面): 52.2未出現(xiàn)任何由于加工溫度降低導致的型坯性能變化未出現(xiàn)任何由于加工溫度降低導致的型坯性能變化,且制品表面光澤度提高且制品表面光澤度提高552022-4-141 mm1 mm吹塑試驗 -表面質(zhì)量的提高No PPAWith PPA562022-4-14吹塑試驗 2目的目的:消除口模線提高表面光澤度設(shè)備與原料設(shè)備與原料:間歇擠出吹塑0.33MI HDPE色母+其它助劑FX5911(12

23、00ppm)572022-4-14吹塑試驗2-消除口模線ControlWith FX 5911582022-4-14 吹塑試驗2 -減少翹曲ControlWith FX 5911592022-4-14小結(jié)結(jié)論:u15分鐘后即可消除口模線u光澤度增加61%u加工溫度降低 5oCu循環(huán)時間從 61s 下降到 52 su減少翹曲602022-4-14總結(jié)PPA 擠出吹塑加工中的應(yīng)用擠出吹塑加工中的應(yīng)用:u減少循環(huán)時間減少循環(huán)時間u消除口模線消除口模線u提高表面光澤度提高表面光澤度u減小產(chǎn)品翹曲減小產(chǎn)品翹曲u減少產(chǎn)品尺寸波動減少產(chǎn)品尺寸波動612022-4-14Dynamar PPA的發(fā)展的發(fā)展FX

24、9613- 1986- HDPE, LLDPE- 自由流動粉末自由流動粉末- FDA 認證認證FX 5920A- 1989- LLDPE, mLLDPE- 新的工藝新的工藝- 較好的性價比較好的性價比- FDA 認證認證- 專利產(chǎn)品專利產(chǎn)品FX 5911- 1998- 拓展市場應(yīng)用拓展市場應(yīng)用; PP and non-olefins-增強增強HDPE管材管材&薄膜的性薄膜的性能能- 獲多項專利獲多項專利-FDA 認證認證FX 5922FX 9614- 2003- Significantly Improved Technical Performance-FDA 認證認證FX 5912- 2001- W&C 應(yīng)用應(yīng)用- PE, PP, PVC-CompoundersFX 5914- 2002- Nylon, PC,聚酯聚酯l- 專利專利622022-4-143M泰良TM聚合物加工助劑選用指導n如何選擇正確的如何選擇正確的PPAn助劑包助劑包化學干涉化學干涉物理干涉物理干涉n樹脂選擇樹脂選擇密度密度MIn加工