ABS塑料生產(chǎn)技術(shù)及工藝概論

1、ABS塑料生產(chǎn)技術(shù)及工藝概論摘要本文論述了ABS生產(chǎn)技術(shù)，重點(diǎn)闡述了乳液接枝摻混ABSC藝流程，并對(duì)此流程中所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能進(jìn)行了分析。介紹了我國(guó)ABS生產(chǎn)工藝、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)態(tài)勢(shì)。關(guān)鍵詞：ABS樹(shù)脂生產(chǎn)工藝市場(chǎng)態(tài)勢(shì)前言ABS是大宗熱塑性工程塑料，它是由50犯上的苯乙烯和適量的丁二烯和丙烯月青共聚而成。苯乙烯賦予樹(shù)脂剛性和易加工性，丙烯月青提供耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性，丁二烯提供韌性和抗沖性。ABSW脂的生產(chǎn)方法很多，目前在全世界范圍內(nèi)的工業(yè)裝置中應(yīng)用較多的是：乳液接枝摻混法、連續(xù)本體法等。乳液接枝摻混法是在ABS樹(shù)脂的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法一一乳液接枝法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是目前工業(yè)上采用的幾種A

2、BS生產(chǎn)工藝中最早用于工業(yè)生產(chǎn)、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)方法。乳液接枝摻混法工藝包括乳液接枝乳液SANt混法、乳7接枝懸浮SAN摻混法和乳液接枝本體SANB混法三種1,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的完善和提高，乳液接枝摻混工藝已日趨完善，生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品豐富，性能優(yōu)良。本文主要對(duì)這一方法進(jìn)行介紹。第1章ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)1.1 乳液接枝摻混ABS工藝乳液接枝摻混工藝是目前應(yīng)用較多的幾種ABS生產(chǎn)工藝中最早工業(yè)化的工藝技術(shù)，它是在乳液接枝工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，根據(jù)SAN#聚工藝的不同又可分為乳液接枝乳液SANB混、乳液接枝懸浮SANt混、乳液接枝本體SANB混三種，目前乳液接枝摻混工藝仍是全世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)裝置上

3、應(yīng)用最為廣泛的工藝技術(shù)，其主要原因是乳液接枝摻混工藝最成熟、產(chǎn)品范圍最寬、實(shí)用性最強(qiáng)。在乳液接枝摻混ABS生產(chǎn)工藝中，要首先生成一種高膠含量的彈性體乳膠，然后用這種乳膠與丙烯月青、苯乙烯進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)生成ABS接枝共聚物。SAN共聚物可以與接枝共聚反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，但目前更普遍的做法是單獨(dú)用乳液、懸浮或本體工藝進(jìn)行制備。最后將ABS接枝共聚物與SANK聚物以不同的比例進(jìn)行摻混可以得到多種ABSM脂牌號(hào)。三種乳液接枝摻混工藝一般都包括下面幾個(gè)中間生產(chǎn)步驟：SAN#聚物的制備、丁二烯膠乳的制備、丁二烯膠乳與苯乙烯和丙烯月青的接枝共聚、摻混及后處理。但是由于SANK合工藝的不同，三種乳液接枝摻混工藝的

4、成本、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量等均有較大差異。乳液接枝本體SANB混工藝因工藝合理、有利于大型化和降低成本、產(chǎn)品多、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在近十年來(lái)取得了很大的工業(yè)化進(jìn)展，近年來(lái)新建的大型ABS樹(shù)脂生產(chǎn)廠基本上都選用這種工藝。乳液接枝懸浮SAN摻混工藝目前在全世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)裝置上應(yīng)用也較多，據(jù)認(rèn)為對(duì)于中小型ABS裝置乳液接枝懸浮SANB混工藝的經(jīng)濟(jì)性更好。在乳液接枝摻混ABS樹(shù)脂的生產(chǎn)中，核心技術(shù)是聚丁二烯膠乳的合成和ABS接枝技術(shù)，其技術(shù)含量高，目前的研究方向是提高乳膠質(zhì)量、縮短反應(yīng)時(shí)間和增大膠乳粒徑。接枝聚合物橡膠顆粒的數(shù)量及顆粒結(jié)構(gòu)與大小對(duì)ABS的物理性能有較大的影響。較大的橡膠顆粒有利于改善樹(shù)脂的

5、沖擊強(qiáng)度和加工性能，但卻導(dǎo)致模塑制品表面光澤下降。另一方面，較小橡膠顆粒的ABSM脂雖然具有較高的表面光澤，但沖擊強(qiáng)度卻比相同膠量的大粒徑顆粒ABSM脂低。為了使ABS樹(shù)脂既具有高的表面光澤又有高的剛性，橡膠顆粒通常要求具備兩種形態(tài)（雙峰）橡膠顆粒粒徑分布，通常0.20.65m范圍的顆?？色@得上述兩方面性能平衡的樹(shù)脂。接枝時(shí)將大小粒徑乳膠按ABS性能要求按比例摻混使用。以通常的乳液聚合制備的聚丁二烯膠乳粒徑在0.1仙m左右，而膠乳接枝ABS要求的聚丁二烯膠乳一般不少于0.25小成粒子分散性好，且分布窄。聚丁二烯膠乳在一般聚合過(guò)程中實(shí)現(xiàn)粒徑放大時(shí)，粒徑每小時(shí)增大不足0.01要達(dá)到0.3mm至少需

6、要40h以上，故在縮短膠乳反應(yīng)時(shí)間，增大粒徑方面進(jìn)行了大量的研究工作，概括起來(lái)可分為：聚合過(guò)程放大（一步法）和聚合后附聚放大（兩步法），附聚放大又可分為化學(xué)附聚和物理附聚。1.1.1 聚合放大此生產(chǎn)工藝為物料投入聚合釜中以后在60c下聚合，當(dāng)聚合轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%時(shí)補(bǔ)加25份丁二烯，繼續(xù)反應(yīng)到轉(zhuǎn)化率達(dá)90%整個(gè)反應(yīng)過(guò)程50h,膠乳平均粒徑0.29仙m凝聚物在0.01%以下。也可在丁二烯乳聚時(shí)加入了0.55份丙烯月青，由于丙烯月青的親水性較強(qiáng)，能與乳化劑共同形成大量膠束，加速了聚合反應(yīng)。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)乳化劑用量為0.51.5份，較少的乳化劑可減少聚合誘導(dǎo)期。在聚合過(guò)程中加入附聚劑藻骯酸鈉和硫酸鎂可制備

7、高固、多分散、大粒徑的聚丁二烯膠乳。1.1.2 附聚放大冷凍附聚冷凍附聚法是將低固、小粒徑（600700A）的聚丁二烯膠乳送入冷凍轉(zhuǎn)鼓，在膠乳凍點(diǎn)溫度下，利用膠乳中水結(jié)冰形成的壓力使膠乳附聚形成大粒子。冷凍附聚法產(chǎn)品純凈，易于工業(yè)化，反應(yīng)周期短，但放大粒度有局限性，只能得到中等粒度的膠乳。膠乳冷凍時(shí)會(huì)析出凝膠，動(dòng)力消耗較大。機(jī)械攪拌附聚提高攪拌強(qiáng)度，也可得到大粒徑膠乳。反應(yīng)在4560c下進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率為40%-50%寸，增弓®攪拌1h,反應(yīng)轉(zhuǎn)化率65%粒徑0.44仙m以下的粒子占74.5%?；瘜W(xué)附聚向膠乳中加入無(wú)機(jī)鹽、醋酸酊、有機(jī)溶劑，如丙酮、苯、甲苯及苯一醇混合物，親水性聚合物聚乙烯

8、醇、聚氧化乙烯、聚氨酯、聚乙二醇、甲基纖維素和聚乙烯縮醛等化學(xué)物質(zhì)，可進(jìn)行附聚放大。首先制得小粒徑膠乳，然后向膠乳中加入24份10%勺食鹽水?dāng)嚢?5min,粒徑增大到0.35mnr再加入10%的醋酸酊溶液，可得到粒徑為0.8m的膠乳。附聚法的缺點(diǎn)是附聚后粒子尺寸受限制，溫度、時(shí)間影響大，較難控制，不易重復(fù)。第2章ABS塑料的成型工藝2.1 ABS塑料成型工藝流程首先將PVC樹(shù)脂與適當(dāng)比例的助劑在釜中捏合，再與ABSW脂混合，經(jīng)過(guò)塑練再用造粒機(jī)生產(chǎn)出顆粒狀物料，將顆粒狀物料經(jīng)過(guò)模壓和注塑即得到成型產(chǎn)品。流程圖如下：圖1.ABS塑料成型工藝流程圖2.2 成型過(guò)程設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ABSE料成型過(guò)程中用

9、到的機(jī)械有擠塑機(jī)、切割機(jī)、模壓機(jī)、造粒機(jī)等機(jī)械，在此不對(duì)其進(jìn)行一一介紹，重點(diǎn)介紹造粒機(jī)的結(jié)構(gòu)性能，并提出改進(jìn)措施。2.2.1 塑料造粒機(jī)概述造粒機(jī)的主機(jī)是擠塑機(jī)，它由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。 1)擠壓系統(tǒng)擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料斗、機(jī)頭、和模具，塑料通過(guò)擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過(guò)程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機(jī)頭。 螺桿：是擠塑機(jī)的最主要部件，它直接關(guān)系到擠塑機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率，由高強(qiáng)度耐腐蝕的合金鋼制成。機(jī)筒：是一金屬圓筒，一般用耐熱、耐壓強(qiáng)度較高、堅(jiān)固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼管制成。機(jī)筒與螺桿配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料的粉碎、軟化、熔融、塑化、排氣和

10、壓實(shí)，并向成型系統(tǒng)連續(xù)均勻輸送膠料。一般機(jī)筒的長(zhǎng)度為其直徑的1530倍，以使塑料得到充分加熱和充分塑化為原則。 料斗：料斗底部裝有截?cái)嘌b置，以便調(diào)整和切斷料流，料斗的側(cè)面裝有視孔和標(biāo)定計(jì)量裝置。 機(jī)頭和模具：機(jī)頭由合金鋼內(nèi)套和碳素鋼外套構(gòu)成，機(jī)頭內(nèi)裝有成型模具。機(jī)頭的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運(yùn)動(dòng)，均勻平穩(wěn)的導(dǎo)入模套中，并賦予塑料以必要的成型壓力。塑料在機(jī)筒內(nèi)塑化壓實(shí)，經(jīng)多孔濾板沿一定的流道通過(guò)機(jī)頭脖頸流入機(jī)頭成型模具，模芯模套適當(dāng)配合，形成截面不斷減小的環(huán)形空隙，使塑料熔體在芯線的周圍形成連續(xù)密實(shí)的管狀包覆層。為保證機(jī)頭內(nèi)塑料流道合理，消除積存塑料的死角，往往安置有分流套筒，為

11、消除塑料擠出時(shí)壓力波動(dòng)，也有設(shè)置均壓環(huán)的。機(jī)頭上還裝有模具校正和調(diào)整的裝置，便于調(diào)整和校正模芯和模套的同心度。(2),傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，供給螺桿在擠出過(guò)程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動(dòng)機(jī)、減速器和軸承等組成。(3) .加熱冷卻裝置加熱與冷卻是塑料擠出過(guò)程能夠進(jìn)行的必要條件。 現(xiàn)在擠塑機(jī)通常用的是電加熱，分為電阻加熱和感應(yīng)加熱，加熱片裝于機(jī)身、機(jī)脖、機(jī)頭各部分。加熱裝置由外部加熱筒內(nèi)的塑料，使之升溫，以達(dá)到工藝操作所需要的溫度。 冷卻裝置是為了保證塑料處于工藝要求的溫度范圍而設(shè)置的。具體說(shuō)是為了排除螺桿旋轉(zhuǎn)的剪切摩擦產(chǎn)生的多余熱量，以避免溫度過(guò)高使塑料分解、焦燒或定型困難。機(jī)筒

12、冷卻分為水冷與風(fēng)冷兩種，一般中小型擠塑機(jī)采用風(fēng)冷比較合適，大型則多采用水冷或兩種形式結(jié)合冷卻；螺桿冷卻主要采用中心水冷，目的是增加物料固體輸送率，穩(wěn)定出膠量，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量；但在料斗處的冷卻，一是為了加強(qiáng)對(duì)固體物料的輸送作用，防止因升溫使塑料粒發(fā)粘堵塞料口，二是保證傳動(dòng)部分正常工作。2.2.2塑料造粒機(jī)輔助設(shè)備塑料造粒機(jī)組的輔機(jī)主要包括放線裝置、校直裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置、牽引裝置、計(jì)米器、火花試驗(yàn)機(jī)、收線裝置3。擠出機(jī)組的用途不同其選配用的輔助設(shè)備也不盡相同。如還有切斷器、吹干器、印字裝置等。(1)預(yù)熱裝置纜芯預(yù)熱對(duì)于絕緣擠出和護(hù)套擠出都是必要的。對(duì)于絕緣層，尤其是薄層絕緣，不能允許氣孔

13、的存在，線芯在擠包前通過(guò)高溫預(yù)熱可以徹底消除表面的水份、油污。對(duì)于護(hù)套擠出來(lái)講，其主要作用在于烘干纜芯，防止由于潮氣(或繞包墊層的濕氣)的作用使護(hù)套中出現(xiàn)氣孔的可能。預(yù)熱還可防止擠出中塑料因驟冷而殘留內(nèi)壓力的作用。在擠塑料過(guò)程中，預(yù)熱可消除冷線進(jìn)入高溫機(jī)頭，在?？谔幣c塑膠接觸時(shí)形成的懸殊溫差，避免塑膠溫度的波動(dòng)而導(dǎo)致擠出壓力的波動(dòng)，從而穩(wěn)定擠出量，保證擠出質(zhì)量。擠塑機(jī)組中均采用電加熱線芯預(yù)熱裝置，要求有足夠的容量并保證升溫迅速，使線芯預(yù)熱和纜芯烘干效率高。預(yù)熱溫度受放線速度的制約，一般與機(jī)頭溫度相仿即可。(2)冷卻裝置成型的塑料擠包層在離開(kāi)機(jī)頭后，應(yīng)立即進(jìn)行冷卻定型，否則會(huì)在重力的作用下發(fā)生變

14、形。冷卻的方式通常采用水冷卻，并根據(jù)水溫不同，分為急冷和緩冷。急冷就是冷水直接冷卻，急冷對(duì)塑料擠包層定型有利，但對(duì)結(jié)晶高聚物而言，因驟熱冷卻，易在擠包層組織內(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致使用過(guò)程中產(chǎn)生龜裂，一般PVC蹩膠層采用急冷。緩冷則是為了減少制品的內(nèi)應(yīng)力，在冷卻水槽中分段放置不同溫度的水，使制品逐漸降溫定型，對(duì)PE、PP的擠出就采用緩冷進(jìn)行，即經(jīng)過(guò)熱水、溫水、冷水三段冷卻。（3）控制系統(tǒng)塑料造粒機(jī)的控制系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及工藝參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，主要由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即控制屏和操作臺(tái)）組成。其主要作用是：控制和調(diào)節(jié)主輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)，輸出符合工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率，并能使主輔機(jī)協(xié)調(diào)工作；檢測(cè)和

15、調(diào)節(jié)擠塑機(jī)中塑料的溫度、壓力、流量；實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)組的控制或自動(dòng)控制。擠出機(jī)組的電氣控制大致分為傳動(dòng)控制和溫度控制兩大部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)擠塑工藝包括溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、螺桿冷卻、機(jī)筒冷卻、制品冷卻和外徑的控制，以及牽引速度、整齊排線和保證收線盤上從空盤到滿盤的恒張力收線控制。擠塑機(jī)主機(jī)的溫度控制電線電纜絕緣和護(hù)套的塑料擠出是根據(jù)熱塑性塑料變形特性，使之處于粘流態(tài)進(jìn)行的。除了要求螺桿和機(jī)筒外部加熱，傳到塑料使之融化擠出，還要考慮螺桿擠出塑料時(shí)其本身的發(fā)熱，因此要求主機(jī)的溫度應(yīng)從整體來(lái)考慮，既要考慮加熱器加熱的開(kāi)與關(guān)，又要考慮螺桿的擠出熱量外溢的因素予以冷卻，要有有效的冷卻設(shè)施。并要求正確合理的確定測(cè)量

16、元件熱電偶的位置和安裝方法，能從控溫儀表讀數(shù)準(zhǔn)確反映主機(jī)各段的實(shí)際溫度。以及要求溫控儀表的精度與系統(tǒng)配合好，使整個(gè)主機(jī)溫度控制系統(tǒng)的波動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到各種塑料的擠出溫度的要求。擠塑機(jī)的壓力控制為了反映機(jī)頭的擠出情況，需要檢測(cè)擠出時(shí)的機(jī)頭壓力，由于國(guó)產(chǎn)擠塑機(jī)沒(méi)有機(jī)頭壓力傳感器，一般是對(duì)螺桿擠出后推力的測(cè)量替代機(jī)頭壓力的測(cè)量，螺桿負(fù)荷表（電流表或電壓表）能正確反映擠出壓力的大小。擠出壓力的波動(dòng)，也是引起擠出質(zhì)量不穩(wěn)的重要因素之一，擠出壓力的波動(dòng)與擠出溫度、冷卻裝置的使用，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短等因素密切相關(guān)。當(dāng)發(fā)生異?，F(xiàn)象時(shí)，能排除的迅速排除，必須重新組織生產(chǎn)的則應(yīng)果斷停機(jī)，不但可以避免廢品的增多，更能預(yù)

17、防事故的發(fā)生。通過(guò)檢測(cè)的壓力表讀數(shù)，就可以知道塑料在擠出時(shí)的壓力狀態(tài)，一般取后推力極限值報(bào)警控制。螺桿轉(zhuǎn)速的控制螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定是主機(jī)傳動(dòng)的重要工藝要求之一。螺桿轉(zhuǎn)速直接決定出膠量和擠出速度，正常生產(chǎn)總希望盡可能實(shí)現(xiàn)最高轉(zhuǎn)速及實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，對(duì)擠塑機(jī)要求螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)钠饎?dòng)到所需工作轉(zhuǎn)速時(shí)，可供使用的調(diào)速范圍要大。而且對(duì)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求高，因?yàn)檗D(zhuǎn)速的波動(dòng)將導(dǎo)致擠出量的波動(dòng)，影響擠出質(zhì)量，所以在牽引線速度沒(méi)有變化情況下，就會(huì)造成線纜外徑的變化。同理如牽引裝置線速波動(dòng)大也會(huì)造成線纜外徑的變化，螺桿和牽引線速度可通過(guò)操作臺(tái)上相應(yīng)儀表反映出來(lái)，擠出時(shí)應(yīng)密切觀察，確保優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。外徑的控制如上所述為了保證制品線纜

18、外徑的尺寸，除要求控制線芯（纜芯）的尺寸公差外，在擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引裝置線速度等方面應(yīng)有所控制保證，而外徑的測(cè)量控制則綜合反映上述控制的精度和水平。在擠塑機(jī)組設(shè)備中，特別是高速擠塑生產(chǎn)線上，應(yīng)配用在線外徑檢測(cè)儀，隨時(shí)對(duì)線纜外徑進(jìn)行檢測(cè)，并且將超差信號(hào)反饋以調(diào)整牽引或螺桿的轉(zhuǎn)速，糾正外徑超差。收卷要求的張力控制為了保證不同線速下的收線，從空盤到滿盤工作的恒張力要求，希望收排線裝置有貯線張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，或在電氣上考慮恒線速度系統(tǒng)和恒張力系統(tǒng)的收卷等等。整機(jī)的電氣自動(dòng)化控制這是實(shí)現(xiàn)高速擠出生產(chǎn)線應(yīng)具備的工藝控制要求，主要是：開(kāi)機(jī)溫度聯(lián)鎖；工作壓力保護(hù)與聯(lián)鎖；擠出、牽引兩大部件傳動(dòng)的比例同步控制；收線與牽引的同步控制；外徑在線檢測(cè)與反饋控制；根據(jù)各種不同需要組成部件的單機(jī)與整機(jī)跟蹤的控制。第3章ABS成型工藝流程改進(jìn)建議為了進(jìn)一步提高塑料造粒機(jī)的使用性能、平穩(wěn)行及生產(chǎn)