塑料共挤出加工技术的现状及发展趋势

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-17 19:11:25点击率：

       用多种方法可以制取多组分的复合材料制品，采用共挤出工艺是简便易行的一种方法。它已成为当代的塑料成型加工方法之一。高聚物共挤出工艺是一种使用数台挤出机分别供给不同的熔融料流，在一个复合机头内汇合共挤出得到多层复合制品的加工过程。它能够使多层具有不同特性的物料在挤出过程中彼此复合在一起，使制品兼有几种不同材料的优良特性，在特性上进行互补，从而得到特殊要求的性能和外观，如防氧和防湿的阻隔能力、着色性、保温性、热成型和热粘合能力，及强度、刚度、硬度等机械性能。这些具有综合性能的多层复合材料在许多领域中有极其广泛的应用价值。此外，它可以大幅度的降低制品成本、简化流程、减少设备投资，复合过程不用溶剂、不产生三废物质。因此共挤出技术被广泛用于复合薄膜、板材、管材、异型材和电线电缆的生产。

        下面着重讨论近年来得到广泛应用的复合管材、复合薄膜、平膜和流延膜、PVC芯层发泡复合管、板、异型材共挤出技术。

图片来源：Brampton
Engineering

　　
        复合管材共挤出

        铝塑复合管集塑料和金属优点为一体，具有无毒、平滑、耐腐蚀、质地轻、强度高、耐热性能好、脆化温度低、安装方便、外观大方、使用寿命长等优点，可用于冷热水及饮用水管道、地面及地下暖气管道、煤气管道、石油化学工业中的腐蚀液体和腐蚀气体的输送，压缩空气输送以及食品工业中饮料、酒和牛奶等液体的输送等，在近期内有可能逐步取代镀锌管、铜管、塑胶管。在工业发达国家，铝塑复合管在管材中的占有率约为15%。该项技术1974年由英国工程师Itzhak Barnoach提出申请专利，而后荷兰Kitech公司、德国Unicor公司和克劳勃公司等对管材结构、加工设备和制造技术等方面进行了改进，使其性能不断得到完善，在20世纪90年代初开始在欧洲和澳洲进行商品化应用。我国在20世纪90年代中期开始引进铝塑复合管生产线的技术，开始进行铝塑复合管的生产和应用。

        铝塑复合管由5层（聚乙烯、热熔胶、铝箔、热熔胶、聚乙烯）组成，以交联聚乙烯(XLPE)为内外层，中间层为焊接铝管以增加管材的强度，在铝管的内外表面涂以胶粘剂与塑料层粘接，通过共挤工艺成型。

        钢塑复合管的结构与铝塑复合管基本相同，由五层组成，其内外层原料一般采用HDPE，钢层与内外层HDPE之间为热熔胶层。直径为50-110mm的钢塑复合管较多采用钢板网骨架增强复合塑料管，它是以冷轧带钢和热塑性塑料为原料，以氩弧对接焊成型的多孔薄壁钢管为增强体，外层和内层双面复合热塑性塑料的一种新型复合压力管材。由于多孔薄壁钢管增强体被包覆在热塑性塑料连续体中，因此，这种复合管克服了钢管和塑料管的缺点，而又具有钢管和塑料管的共同优点。目前输气、输水用的大口径管较多采用以钢丝缠绕为骨架的聚乙烯管，钢丝骨架缠绕和焊接速度慢，生产效率较低。

        钢塑复合管生产的关键是五层共挤复合机头的设计，它要求在一个共挤出机头内实现内外塑料层，热熔胶粘接层及中间钢层的完全复合。复合工艺的关键是采用物理复合和化学复合相结合的方法，在设定的温度下，在钢丝与内外层HDPE之间挤入一层亲和助剂，形成五层结构的管体，在高温高压下，处于熔融状态的亲和助剂通过共挤出机头均匀地涂覆在钢管的内外表面，然后接枝于HDPE带极性的活化官能团，并与钢管表面形成键合的粘界面。经过这样有物理和化学复合作用共同产生的共挤出过程，制取的钢塑复合管才能同时具备塑料和钢管的共同特性，使它具有高强度、长寿命、高气密性、高耐腐蚀性和高耐候性能。

图片来源：Reifenhser

　　
        复合薄膜共挤出

        多层复合薄膜的特点为：对氧和水汽的阻隔性好；薄膜的强度和耐穿刺性高；热封性好；粘结性强；有良好的防雾性、防滑性、着色性，因此，在包装领域有着广泛的应用。

        共挤吹膜法主要用于生产高阻隔性包装膜、收缩膜、中空保鲜膜、土工膜等，在食品、药品、日化产品包装、农用大棚、水利工程、环境工程等领域有广泛应用。

        采用共挤吹膜法生产工艺，通过厚度的有效调整使膜的功能得到量化控制，膜的各层结构组合方便灵活，基材选用范围更加广泛。从而使复合膜的成本降低、强度提高、阻隔性增加，附加值增加而市场适应性增强。

        共挤吹膜法的技术难点在于复合机头的流道设计，流道设计应保证各层熔料的流速均匀、结合层剪切应力一致，各层机头的料温应能独立控制。为此，加拿大Brampton Engineering、美国Battenfeld Gloucester、加拿大Marco Engineering、意大利Amut、美国MA等公司分别研究成功多层圆盘式环形共挤出机头、同心螺旋芯轴式共挤出机头和多层圆锥盘环形共挤出机头等，其每层流道的结构形状有环形流道、心型包络式流道、螺旋支管式流道等数种型式。

        目前共挤出吹膜机头的为多层圆锥盘环形共挤出机头和螺旋支管式流道的组合型式，相邻层间温差可达80℃,制品厚度误差在5％以内。在此用已二醇制冷机组来替代冷却水机，冷却采用模体内冷和风环外冷结合，提高冷却和结晶速度，以增加薄膜的透明度、强度和韧性。复合膜的多层数为十一层，大棚膜大幅宽达24米。

        共挤吹膜法不足之处有：

        1、层数不允许有较多的变化；
        2、各层膜的比率不允许有大幅的波动；
        3、随着层数的增加，机头外径的增加，外层膜的熔体在机头内停留时间增加，有分解的危险；
        4、当相邻层树脂熔点、粘度相差较大时，若各层温度控制不当，对某些热稳定性较差的树脂，有可能形成分解层。

        平膜和流延膜共挤出

        流延膜成型原理是将在挤出机中塑料熔体经T型模头挤出，直接进入水溶液或骤冷辊经冷却、牵引后制得流延膜。这种加工方法能够充分的发挥被加工材料的性能，而同时又能保持的尺寸精度。大多数热塑性塑料薄膜都可以用流延法生产。尤其对半结晶型热塑性塑料更为合适。

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