DINP增塑剂在提高挤出效益方面的应用(一)

详细内容

1. 前言

聚氯乙烯挤出工艺在电缆制造业与配混料加工业中占有极其重要的地位。随着电缆制造业、配混料加工业以及各种挤出成型、挤吹中空成型工艺的持续发展，聚氯乙烯的挤出效益问题日益受到重视。提高单位时间内电缆或配混粒料的生产速率，对于电缆或粒料生产线的使用者而言，意味着单位租金、单位工资和单位能耗的减少。对于电缆或配混粒料生产线的投资者而言，意味着投资回报率的提高或投资问报速度的加快。

本文实验选用当前亚太地区聚氯乙烯工业界最常用的增塑翻苯二甲酸二辛酯(BOP)为参照标准，与DINP进行比较。并选用生产上有代表性的若干混料配方进行实验。下述各节归纳报告这些实验中观察到的挤出效益的改进，并对这些观察结果进行讨论。

２.实验

2.1 实验设备

挤出机为单螺杆型Haake PolYLab 5ystem，螺杆长径比：25，模口直径：3 mm。

2．2原材料和配方

原料和试剂来源
聚氯乙烯树脂(K＝70)Singapore Polymer Co
邻苯二甲酸二辛酯Singapore Polymer Co
邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)埃克森美孚化工
碳酸钙Malaysia Calcium Corp Sdn Bhd
三碱式硫酸铅Sun Ace Kakoh Pte Ltd
硬脂酸铅Sun Ace Kakoh Pte Ltd
二苯酚一A(日PA)Ciba Specialty Chemicals(S)Pre Ltd

实验配方

2.3性能测试

对挤出物的混炼均匀性和表面光洁程度的检验通过对挤出物表面的连续观察和对挤出物横截面的抽样观察完成。对挤出物横截面的抽样观察在显微镜下进行。

3.结果与讨论

3.1 在不同配方和温度条件下，测得的增塑剂对螺杆扭矩、模口压力的影响

从表1所示对螺杆扭矩和模口压力值可以看出，与使用DOP相比较，使用DINP增塑剂可以明显降低扭矩和模口压力。同样地，由表2可知，在挤出机温度参数、转速设置以及挤出速率相同的情况下，机筒内挤出压力的大小依增塑剂而异。使用DINP时，所需挤出压力较小；使用DOP时，达到相同挤出速率所需消耗的挤出压力则较大。

表1不同增塑剂对扭矩和模口压力的影响
实验序号挤出机增塑剂机筒温度/℃扭矩/Nm模口压力/MPa1#1DOP15518502#1DINP15515443#2DOP15519624#2DINP15512415#2DOP17012456#2DINP1703.528

3.2 增塑剂对能耗、挤出速率的影响

表2为不同配方和转速下测得的模口压力、能耗和挤出速率的实测值。比较表2中数据不难看到，为挤出相同重量的产品所需消耗的总能量随所用的增塑剂而异。事实上，模口压力、螺杆扭矩和总体能耗随增塑剂而变化的规律相似。螺杆扭矩对增塑剂的变化最敏感，模口压力其次，而总体能耗的敏感度最低。模口压力与扭矩对增塑剂或熔体粘度变化敏感的差异主要与所用的挤出机的机械参数(例如长径比以及模口孔径等)有关。不同的机器设置可以使这两者敏感度的差异增大或缩小。总体能耗对增塑剂的改变较不敏感，这是因为总体能耗中有一部分是以热能的形成传递给配混物熔体的。这一部分能量的传递基本不受熔体粘度的影响。受熔体粘度影响较大的只是与螺杆剪切作用有关的机械能部分。这部分能量通过剪切作用转化为热能，传递给熔体。

表2 不同增塑剂对能耗和挤出速率的影响
实验序号挤出机增塑剂螺杆转速模口压差/MPa能耗/KJ/m挤出速率/g/m1#1DOP906211.399.82#1DINP1104311.5121.03#1DINP1254511.3135.14#2DOP905011.0107.35#2DINP1004010.5120.6

不论能量传递的细节如何，本实验数据显示：选用DINP取代DOP可以使模口受到的压力显著降低。在生产实践中，如果挤出机的挤出速率受限于模口所能承受的最大压力，那么选用不同增师剂所带来的模口压力之差就定量地描述了选用不同增塑剂所能达到的不同的挤出效益(上限)。

类似地，如果挤出机螺杆的扭矩上限(或与之相关的配混料在机筒中的降解程度)决定了挤出机挤出速率的上限，则挤出DINP配混料所需的扭矩与挤出相同量的DOP配混料所需的扭矩之差就与相应的挤出效益之差成正比。在实际生产过程中，挤出机挤出速率受控于螺杆扭矩的情况极少出现。

与产品生产成本直接相关的是挤出机运转过程中的总体能耗。与前类似，若以总体能耗的差别作为对挤出效益提高之潜力的一种粗略估计，由表4数据可以看出：与DOP配混料相比，相应的DINP配混料可使挤出机的挤出潜力提高约21％-35％(随对最终产品的质量要求而异)。