Оптимизированные процессы и технические аспекты производства пластикового смесевого материала с добавлением карбоната кальция: распространенные проблемы и их решения

Введение

Карбонат кальция (CaCO₃) является одним из наиболее широко используемых минеральных наполнителей в пластиковой промышленности благодаря своей низкой стоимости, обильности и способности улучшать определенные свойства материалов. При правильном введении он может повысить жесткость, ударопрочность, термические характеристики и качество поверхности, одновременно снижая общую стоимость материала. Однако для достижения хорошо распределенных частиц карбоната кальция в полимерной матрице крайне важно избежать негативного влияния на механические свойства и работоспособность материала в процессе производства. В данной статье рассматриваются оптимизированные технологии использания карбоната кальция, ключевые технические аспекты, распространенные трудности при его смешивании с полимерами и практические решения этих проблем, а также акцентируется внимание на важности высококачественной подготовки наполнителя.

Роль карбоната кальция в пластике

Карбонат кальция используется как в его натуральной (измельчённой) форме, так и в синтетической (осаждённой). Карбонат кальция, полученный из известняка, мрамора или мела, чаще применяется в качестве наполнителя благодаря своей более низкой стоимости. Синтетический карбонат кальция обладает более высокой чистотой и может быть произведён в нужной форме и размере частиц, что увеличивает его роль как укрепляющего материала. Основные функции карбоната кальция в пластике включают:

• Сокращение затрат:Замена части более дорогого полимерного смолистого материала.
• Изменение плотности:Корректировка веса готового изделия.
• Улучшение качества недвижимости:Повышение жесткости, твердости и температуры устойчивости к отклонению при нагревании (HDT – Heat Deflection Temperature).
• Оптические свойства:Действует как отбеливающее средство и увеличивает степень непрозрачности.

Эффективность этих функций напрямую связана с распределением размеров частиц, химическим состоянием поверхности и качеством распределения CaCO₃.

Основные свойства заполнения ключей

• Размер и распределение частиц:Более мелкие частицы (например, размером 1–5 мкм) обеспечивают лучшую прочность и качество поверхности, однако их сложнее распределить по объему смеси, к тому же они могут увеличивать вязкость расплава. Для предотвращения проблем с уплотнением компонентов предпочтителен узкий диапазон размеров частиц.
• Площадь поверхности:Большая площадь поверхности требует более интенсивной обработки (использования средств для формирования связи между компонентами) для эффективного соединения полимера и наполнителя.
• Обработка поверхности:Стеариновая кислота или другие сшивающие агенты (например, титанаты, силаны) часто применяются для повышения совместимости с полимерной матрицей, предотвращения агломерации и улучшения механических свойств материала.
• Яркость и чистота:Высокая яркость (≥90%) крайне важна для приложений, требующих большой белизны. Низкий уровень примесей (например, железа, марганца) предотвращает изменение цвета и деградацию полимера.

Оптимизированный процесс кумуляции дохода

Процесс включения CaCO₃ в пластик включает несколько ключевых этапов: предварительное сушку, подачу сырья, плавление, смешивание, удаление летучих веществ и формование гранул. Оптимизированный процесс обеспечивает равномерное распределение компонентов без ухудшения качества полимера или наполнителя.

1. Подготовка и обработка материалов

Предварительное сушко:Хотя CaCO₃ обычно является гигроскопичным веществом, чрезмерное содержание влаги может привести к образованию пустот, поверхностных дефектов и гидролитическому разложению полимеров, чувствительных к влаге, таких как PET или нейлон. Рекомендуется сушить CaCO₃ при температуре 80–120°C в течение 2–4 часов, чтобы уровень влажности снизился ниже 0,1%.

Кормление:Состоятельное и точное подачение сырья имеет первостепенное значение. Для загрузки полимера и карбоната кальция (CaCO₃) используйте гравиметрические подающие устройства, чтобы поддерживать желаемое соотношение. При высоких нагрузках (>40%) предварительное смешивание наполнителя с пеллетами полимера в высокоскоростном смесителе может улучшить стабильность подачи сырья и первоначальное распределение компонентов. Для тонких порошков с низкой удельной плотностью может потребоваться использование специальных подающих устройств, предотвращающих их склеивание и обеспечивающих равномерную подачу в экструдер.

2. Технология экструзии и проектирование винтов

Аксиально-винтовые экструдеры с двумя винтами (ко-ротирующиеся, взаимодействующие между собой) являются стандартом отрасли для производства качественных смесей с высоким содержанием наполнителей. Конструкция винтов должна выполнять несколько важных функций:

• Предание информации:Эффективно транспортируйте материал вперед.
• Растапление:Быстро разлейте полимерную смолу. Эффективны комбинации блоков для транспортировки и замешивания, расположенные в начальных зонах процесса.
• Смешивание и дисперсирование:Это наиболее важная функция. Рассеивание агломератов требует высокого сдвигового нагрузочного критерия. Использование интенсивных смесительных элементов, таких как зажимные блоки (размещенные под углом 45° или 90°), кольца для формирования пузырьков или шестеренчатые смесители, является обязательным. Добавление наполнителя обычно производится в потоке полностью расплавленного полимера, чтобы снизить потребление механической энергии и предотвратить чрезмерное травление наполнителя.
• Деволатилизация:Удалите всю оставшуюся влагу, воздух и летучие вещества, образовавшиеся в процессе обработки. Для этого часто используется несколько вакуумных вентиляционных отверстий.

Типичная конфигурация винта для смешивания полипропила с 40% добавкой известняковой соли (CaCO₃) может выглядеть следующим образом:
Транспортировка сырья → Замешивание (плавление) → Введение добавок (филлеров) → Дальнейшее замешивание (дисперсное смешивание) → Транспортировка смеси к вентиляционному отверстию → Продолжение замешивания (распределительное смешивание) → Вакуумный отвод газов → Перекачка смеси → Процесс формования через форму (литье).

3. Профиль температуры

Оптимизированная температурная профильная зависимость обеспечивает достаточное плавление материала без разрушения структуры полимера или поверхностного покрытия наполнителя. Часто используется постепенно увеличивающаяся температура от зоны подачи сырья до зоны формования изделия. Для полиолефинов, таких как PP или PE, типичны значения температур от 180°C до 230°C. Чрезмерно высокие температуры могут разрушить стеаратное покрытие на поверхности CaCO₃, что приводит к увеличению агломерации частиц и снижению характеристик материала.

Распространённые проблемы и их решения

Несмотря на хорошо продуманный процесс, в процессе изготовления пластиков, содержащих CaCO₃, могут возникнуть ряд проблем.

Проблема 1: Недостаточное распределение и склонность к агломерации

Симптомы:Шероховатая поверхность, сниженные механические свойства (особенно прочность на удар), а также наличие гелей или частиц в готовом продукте.

Причины:Недостаточное сдвиговое усилие во время смешивания, неправильный момент добавления наполнителя, низкие температуры обработки или нерабочие поверхности наполнителя.

Решения:

• Оптимизируйте конструкцию винта таким образом, чтобы после входа для подачи наполнителя в нем были расположены элементы, обеспечивающие более интенсивное смешивание.
• Убедитесь, что наполнитель добавляется в полностью расплавленный полимерный пул.
• Используйте поверхностно обработанный CaCO₃ для улучшения совместимости и снижения сил между частицами.
• Повысьте температуру плавления (в пределах безопасных значений) для снижения вязкости и улучшения способности к поверхностному натиранию.

Проблема 2: Высокая вязкость при плавлении и плохие свойства при обработке материала

Симптомы:Высокая нагрузка на двигатель, сложности при экструдировании, колебания процесса и плохое качество получаемых гранул.

Причины:Загрузка большого количества наполнителя, особенно мелких частиц, значительно увеличивает вязкость расплава.

Решения:

• Используйте смачивающее средство для улучшения взаимодействия полимера с наполнителем, что может снизить вязкость смеси.
• Включите в состав помощное вещество для обработки или внутренний смазочный материал (например, воски, металлстеараты).
• Оптимизируйте распределение размеров частиц CaCO₃. Иногда двумодальное распределение может улучшить плотность упаковки и снизить вязкость среды.
• Обеспечьте достаточное отопление в зонах плавления и смешивания.

Проблема 3: Дефекты, связанные с присутствием влаги

Симптомы:Пузыри в экструдате, расплавление поверхности и снижение механических свойств.

Причины:Недостаточное высыхание наполнителя CaCO₃ или полимерного смолы.

Решения:

• Внедрите строгие процедуры предварительной сушки как для полимеров, так и для наполнителей.
• Убедитесь, что система вентиляции вакуума на экструдере работает исправно и расположена после зон смешивания, где наиболее вероятно происходит выделение влаги.

Проблема 4:Чрезмерное износение

Симптомы:Быстрое износостойкое поведение винтовых элементов, цилиндров и пластин пресс-форм.

Причины:Минеральные наполнители, такие как CaCO₃, обладают абразивными свойствами, хотя и в меньшей степени, чем стекло или тальк. Однако при высоких нагрузках и высоких скоростях вращения винтов процесс износа ускоряется.

Решения:

• Для винтовых элементов следует использовать материалы, устойчивые к износу (например, биметаллические корпуса винтов, винты, покрытые карбидом тунгстена или стеллитом).
• Оптимизируйте скорость вращения винта и крутящий момент, чтобы достичь баланса между распределением материала и долговечностью оборудования.

Ключевая роль подготовки заполняющих материалов: шлифовка и сортировка

Процесс компонуирования начинается задолго до того, как материалы попадают в экспрессер. Качество сырого порошка карбоната кальция (CaCO₃) играет ключевую роль. Однородный размер частиц, контролируемое содержание крупнейших частиц (D100) и узкий диапазон их размеров являются необходимыми условиями для достижения оптимального распределения компонентов и качественных характеристик готового продукта. Именно здесь передовые технологии мельварения становятся неотъемлемой частью производственного процесса.

Традиционное оборудование для подсечки материалов может испытывать трудности с достижением желаемой степени тонкости (часто целевое значение D97 составляет < 5–10 мкм для высокопроизводительных приложений) при одновременном соблюдении требований к энергоэффективности и стабильности качества продукции. Чрезмерная подсечка приводит к увеличению поверхностной энергии, способствующей образованию агломератов, в то время как недостаточная подсечка resultует в получении грубых частиц, которые выступают в роли концентраторов напряжений, ослабляя пластиковые композиты.

Для производителей высококачественных наполнителей на основе карбоната кальция вложения в современные, эффективные мельницы являются стратегическим решением. Компания наша…SCM Ultrafine MillЭто устройство специально разработано для удовлетворения этих высоких требований. Оно предназначено для измельчения карбоната кальция и других минералов до степени дробности 325–2500 меш (D97 ≤ 5 мкм) с высокой эффективностью. Среди его основных преимуществ следует отметить:

• Высокая эффективность и экономия энергии:Его производительность в два раза превышает производительность щётковых мельниц, а потребление энергии снижено на 30%, что значительно уменьшает эксплуатационные расходы. Интеллектуальная система управления автоматически корректирует параметры работы мельницы для поддержания необходимого размера частиц.
• Точная классификация:Интегрированный вертикальный турбинный сортировщик обеспечивает точное разделение частиц по размеру и получение однородного продукта без примеси крупных кусков, что крайне важно для предотвращения дефектов в пластиковых пленках и изделиях с тонкими стенками.
• Прочность и стабильность:Специально закаленные шлифовальные ролики и кольца значительно увеличивают срок службы оборудования, а инновационная конструкция винтов без подшипников в шлифовальной камере обеспечивает стабильную работу без вибраций – что является ключевым фактором для поддержания постоянного качества продукции.
• Соответствие экологическим требованиям:Система сбора пыли на основе принципа пульсаций превосходит международные стандарты, обеспечивая чистую рабочую среду. Кроме того, благодаря звукоизолирующему дизайну помещений уровень шума не превышает 75 dB(A).

Используя ультратонкий мельниц SCM, производители наполнителей могут поставлять производителям пластиковых смесей однородный продукт высокого качества, который является основой для успешной реализации процесса смешивания компонентов. Для случаев, требующих более грубой мельчины или более высокой производительности для стандартных сортов наполнителей, мы предлагаем наши…MTW Series Trapezium MillЭто отличный вариант, обеспечивающий надежную работу при производстве карбоната кальция с размером частиц в диапазоне от 30 до 325 меш, при производственной мощности до 45 тонн в час.

Заключение

Успешное применение карбоната кальция в производстве пластиков представляет собой сложный процесс, требующий внимания к деталям на каждом этапе – от первоначального измельчения наполнителя до окончательной гранулизации смеси. Глубокое понимание свойств материала в сочетании с оптимизированным экструзионным процессом, включающим хорошо спроектированное винтообразное устройство и точный контроль температуры, крайне важно для преодоления распространенных проблем, таких как образование комков, высокая вязкость и наличие влаги в смеси. В конечном итоге качество продукта зависит от качества сырьевого наполнителя. Инвестиции в передовые технологии измельчения, такие как ультратонкий мельник SCM Ultrafine Mill, являются не просто выбором, а неотъемлемой необходимостью для производства карбоната кальция высокого качества, требуемого современной пластиковой промышленностью. Решая одновременно вопросы производства наполнителей и процессов их смешивания, производители могут в полной мере использовать преимущества карбоната кальция для создания экономичных и высокопроизводительных пластиковых композитов.