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1、ABS塑料生产技术及工艺概论摘要本文论述了 ABS生产技术，重点阐述了乳液接枝掺混 ABE艺流程，并对此 流程中所用设备的结构特点和性能进行了分析。 介绍了我国ABS生产工艺、新产 品开发和市场态势。关键词：ABS树脂生产工艺市场态势前言ABS是大宗热塑性工程塑料，它是由 50恕上的苯乙烯和适量的丁二烯和丙 烯腊共聚而成。苯乙烯赋予树脂刚性和易加工性，丙烯腊提供耐化学性和热稳定 性，丁二烯提供韧性和抗冲性。ABSW脂的生产方法很多，目前在全世界范围内 的工业装置中应用较多的是：乳液接枝掺混法、连续本体法等。乳液接枝掺混法 是在ABS树脂的传统生产方法一一乳液接枝法的基础上发展起来的，是目前工业
2、上采用的几种ABS生产工艺中最早用于工业生产、技术最成熟、应用最广泛的生 产方法。乳液接枝掺混法工艺包括乳液接枝乳液 SAhS混法、乳液接枝悬:浮SAN 掺混法和乳液接枝本体SAN#混法三种1,经过长期的完善和提高，乳液接枝 掺混工艺已日趋完善，生产稳定，产品丰富，性能优良。本文主要对这一方法进 行介绍。第1章ABS树脂的生产1.1乳液接枝掺混ABS工艺乳液接枝掺混工艺是目前应用较多的几种 ABS生产工艺中最早工业化的工 艺技术，它是在乳液接枝工艺的基础上发展起来的，根据SAN#聚工艺的不同乂可分为乳液接枝乳液SANB混、乳液接枝悬:浮SA维混、乳液接枝本体SANB混 三种，目前乳液接枝掺混工
3、艺仍是全世界范围内的生产装置上应用最为广泛的工 艺技术，其主要原因是乳液接枝掺混工艺最成熟、产品范围最宽、实用性最强。在乳液接枝掺混ABS生产工艺中，要首先生成一种高胶含量的弹性体乳胶， 然后用这种乳胶与丙烯腊、苯乙烯进行接枝共聚反应生成ABS接枝共聚物。SAN共聚物可以与接枝共聚反应同时进行， 但目前更普遍的做法是单独用乳液、 悬浮 或本体工艺进行制备。最后将ABS接枝共聚物与SANK聚物以不同的比例进行掺 混可以得到多种ABSM脂牌号。三种乳液接枝掺混工艺一般都包括下面几个中间 生产步骤：SANft聚物的制备、丁二烯胶乳的制备、丁二烯胶乳与苯乙烯和丙烯 腊的接枝共聚、掺混及后处理。但是由于
4、SANK合工艺的不同，三种乳液接枝掺 混工艺的成本、能耗、产品质量等均有较大差异。乳液接枝本体SANB混工艺因 工艺合理、有利于大型化和降低成本、产品多、产品质量好等优点，在近十年来 取得了很大的工业化进展，近年来新建的大型ABS树脂生产厂基本上都选用这种 工艺。乳液接枝悬浮 SAN掺混工艺目前在全世界范围内的生产装置上应用也较 多，据认为对于中小型 ABS装置乳液接枝悬浮SANB混工艺的经济性更好。在乳液接枝掺混ABS树脂的生产中，核心技术是聚丁二烯胶乳的合成和 ABS 接枝技术，其技术含量高，目前的研究方向是提高乳胶质量、 缩短反应时间和增 大胶乳粒径。接枝聚合物橡胶颗粒的数量及颗粒结构与
5、大小对ABS的物理性能有较大的影响。较大的橡胶颗粒有利于改善树脂的冲击强度和加工性能，但却导致模塑制品表面光泽下降。另一方面，较小橡胶颗粒的ABSM脂虽然具有较高的表面光泽， 但冲击强度却比相同胶量的大粒径颗粒 ABSM脂低。为了使ABS树脂既具有高的 表面光泽乂有高的刚性，橡胶颗粒通常要求具备两种形态 （双峰）橡胶颗粒粒径 分布，通常0.20.65 m范围的颗粒可获得上述两方面性能平衡的树脂。接枝 时将大小粒径乳胶按ABS性能要求按比例掺混使用。以通常的乳液聚合制备的聚丁二烯胶乳粒径在 0.1 m左右，而胶乳接枝ABS 要求的聚丁二烯胶乳一般不少于 0.25 a m,粒子分散性好，且分布窄。
6、聚丁二烯胶乳在一般聚合过程中实现粒径放大时，粒径每小时增大不足0.01 11 m要达到0.3 11 m至少需要40h以上，故在缩短胶乳反应时间，增大粒 径方面进行了大量的研究工作，概括起来可分为：聚合过程放大（一步法）和聚 合后附聚放大（两步法），附聚放大乂可分为化学附聚和物理附聚。1.1.1聚合放大此生产工艺为物料投入聚合釜中以后在 60C下聚合，当聚合转化率达到50% 时补加25份丁二烯，继续反应到转化率达90%整个反应过程50h,胶乳平均粒 径0.29 I m凝聚物在0.01%以下。也可在丁二烯乳聚时加入了 0.55份丙烯腊， 由于丙烯腊的亲水性较强，能与乳化剂共同形成大量胶束，加速了聚
7、合反应。反 应开始时乳化剂用量为0.51.5份，较少的乳化剂可减少聚合诱导期。在聚合 过程中加入附聚剂藻肮酸钠和硫酸镁可制备高固、多分散、大粒径的聚丁二烯胶 乳。1.1.2附聚放大冷冻附聚 冷冻附聚法是将低固、小粒径（600700A）的聚丁二烯胶乳送 入冷冻转鼓，在胶乳冻点温度下，利用胶乳中水结冰形成的压力使胶乳附聚形成 大粒子。冷冻附聚法产品纯净，易于工业化，反应周期短，但放大粒度有局限性， 只能得到中等粒度的胶乳。胶乳冷冻时会析出凝胶，动力消耗较大。机械搅拌附聚 提高搅拌强度，也可得到大粒径胶乳。反应在 4560CT 进行，转化率为40吩50%寸，增强搅拌1h,反应转化率65%粒径0.44
8、 m以 下的粒子占74.5%。化学附聚 向胶乳中加入无机盐、醋酸酊、有机溶剂，如丙酮、苯、甲苯及 苯一醇混合物，亲水性聚合物聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚氨酯、聚乙二醇、甲基 纤维素和聚乙烯缩醛等化学物质， 可进行附聚放大。首先制得小粒径胶乳，然后 向胶乳中加入24份10%勺食盐水搅拌15min,粒径增大到0.35 mi再加入10% 的醋酸酊溶液，可得到粒径为 0.8 m的胶乳。附聚法的缺点是附聚后粒子尺寸 受限制，温度、时间影响大，较难控制，不易重复。第2章ABS塑料的成型工艺2.1 ABS塑料成型工艺流程首先将PVC树脂与适当比例的助剂在釜中捏合，再与ABSM脂混合，经过塑 练再用造粒机生产出颗
9、粒状物料，将颗粒状物料经过模压和注塑即得到成型产 品。流程图如下：2.2成型过程设备的结构特点AB卵料成型过程中用到的机械有挤塑机、 切割机、模压机、造粒机等机械， 在此不对其进行一一介绍，重点介绍造粒机的结构性能，并提出改进措施。2.2.1塑料造粒机概述造粒机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。(1) 挤压系统挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤 出机头。 螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产 率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。 机筒：是一金届圆筒，一般用耐热、
10、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的 合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软 化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长 度为其直径的1530倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。 料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有 视孔和标定计量装置。 机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动， 均匀平稳的导入 模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。 塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿 一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具， 模芯模套适当配合，形
11、成截面不断 减小的环形空隙，使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证 机头内塑料流道合理，消除积存塑料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料 挤出时压力波动，也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置， 便 于调整和校正模芯和模套的同心度。(2) .传动系统 传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需 要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。(3) .加热冷却装置加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。 现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于 机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到 工艺操作所需
12、要的温度。 冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。 具体说是 为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦 烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比 较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷 却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口， 二是保证传动部分正常工作。2.2.2塑料造粒机辅助设备塑料造粒机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、 牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置 向
13、。挤出机组的用途不同其选配用的 辅助设备也不尽相同。如还有切断器、吹十器、印字装置等。(1) 预热装置缆芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的。 对于绝缘层，尤其是薄层绝 缘，不能允许气孔的存在，线芯在挤包前通过高温预热可以彻底活除表面的水份、 油污。对于护套挤出来讲，其主要作用在于烘十缆芯，防止由于潮气(或绕包垫 层的湿气)的作用使护套中出现气孔的可能。预热还可防止挤出中塑料因骤冷而 残留内压力的作用。在挤塑料过程中，预热可消除冷线进入高温机头，在模口处 与塑胶接触时形成的悬殊温差，避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动， 从 而稳定挤出量，保证挤出质量。挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置，
14、 要求有 足够的容量并保证升温迅速，使线芯预热和缆芯烘十效率高。预热温度受放线速 度的制约，一般与机头温度相仿即可。(2) 冷却装置成型的塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却定型，否则会在重力的作 用下发生变形。冷却的方式通常采用水冷却，并根据水温不同，分为急冷和缓冷。 急冷就是冷水直接冷却，急冷对塑料挤包层定型有利，但对结晶高聚物而言，因 骤热冷却，易在挤包层组织内部残留内应力，导致使用过程中产生龟裂，一般 PVC塑胶层采用急冷。缓冷则是为了减少制品的内应力，在冷却水槽中分段放置 不同温度的水，使制品逐渐降温定型，对 PE、PP的挤出就采用缓冷进行，即经 过热水、温水、冷水三段冷却。（3）
15、控制系统塑料造粒机的控制系统包括加热系统、 冷却系统及工艺参数测量系统,主要 由电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成。其主要作用是：控制和调 节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，并能使主辅机协调工作； 检测和调节挤塑机中塑料的温度、 压力、流量；实现对整个机组的控制或自动控 制。挤出机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分，实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转数、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径的控制， 以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。 挤塑机主机的温度控制电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性，使之处于粘流态进行
16、的。除了要求螺杆和机筒外部加热，传到塑 料使之融化挤出，还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热，因此要求主机的温度 应从整体来考虑，既要考虑加热器加热的开与关，乂要考虑螺杆的挤出热量外溢 的因素予以冷却，要有有效的冷却设施。并要求正确合理的确定测量元件热电偶 的位置和安装方法，能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。以及要求 温控仪表的精度与系统配合好，使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种 塑料的挤出温度的要求。 挤塑机的压力控制为了反映机头的挤出情况，需要检测挤出时的机头压力，由于国产挤塑机没有机头压力传感器， 一般是对螺杆挤出后推力的测量替 代机头压力的测量，螺杆负荷表（电流表或电压表）能正确反映挤出压力的大小。 挤出压力的波动，也是引起挤出质量不稳的重要因素之一， 挤出压力的波动与挤 出温
