聚苯乙烯塑料的生产工艺

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1、聚苯乙烯塑料的生产工艺聚苯乙烯KFS)是一种无色透明的热塑性树脂。ps具有良好的光学性能及电气性能，容易加工成型，着色 性能好。由于它具有良好的性能，因此，现在已经成为世界上应用最广的热塑性树脂，是通用塑料的五大品种 之一。ps注射成型是ps制品的主要加工方法。ps是由苯乙烯单体加聚反应得到的无定形聚合物。苯乙烯的聚 合方很多，主要有本体聚合、悬浮聚合和乳液聚合等。文章以PS GP-525制造工艺马为例，对成型技术进行了研 究。1 PS塑料成型特性分析1.1工艺特性(1) 熔点不明显：聚苯乙烯为无定形聚合物，熔融温度范围较宽，且热稳定性较好，约在95笆左右开始软 化，在190 C成为熔体，在2

2、70 C以上开始出现分解。(2) 比热较低：加热流动和冷却固化速度快，熔体粘度适中，且流动性好，塑化效率较高，易于成型；在模 具冷却硬化也比较快，故模塑周期短。(3) 受温度和压力影响较大：成型温度和压力的增加，对聚苯乙烯熔体的流动性有明显增长，其中温度比压 力的影响更大，在成型过程中，可以通过改变温度和压力，来调节熔体流动性。(4) 吸水性较低：聚苯乙烯的吸水性0.05 %，成型中所允许的水分含量通常为0.1 %，因此一般无需进行预 干燥处理。(5) 收缩率较低：聚苯乙烯的收缩率一般在0.4 %左右，制品成型稳定性好。1.2注塑机工作原理及结构2(1) 注塑机工作原理：注塑机的工作原理与打针

3、用的注射器相似，它是借助螺杆(或柱塞)的推力，将已塑化好 的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环 的过程，每一周期主要包括：定量加料一熔融塑化一施压注射一充模冷却一启模取件。取出件后又再闭模，然 后再进行下一个循环。(2) 注塑机结构，如图1所示。图1注塑机结构图Fig.1 Structure of injection machine1.3制品与模具的设计(1) 制品的壁厚：制品的壁厚应根据树脂情况进行选择。为减少制品的内应力，有利于物料的均匀收缩，在 考虑制品的壁厚时，应注意壁厚的均匀性，要求相差不要太大，并避免缺口、尖角的存在，

4、转角、厚薄连接处 等部位采取圆弧进行过渡。(2) 顶出系统的设计：要设计适当的脱模锥度，较高的型芯光洁度和较大面积的顶出部位，以防止强行脱模 产生脱模应力。(3) 模具的要求：对厚壁制品，浇口应开设在制品的厚壁部位；模具的关键部位应有效地设置冷却水道，保 证模具的冷却对消除或减少收缩起着很好的效果；对于不同厚度塑料制品，其模温要求不同，对于厚壁制品其 模温要适当高一些。(4) 原料准备。注塑用的PS树脂，一般为无色到蓝色颗粒。PS树脂吸水性较低，一般无需进行预干燥处理。1.4成型工艺(1) 注塑温度：ps的注射温度可在较宽的范围内选取，但注射温度过高会降低制品的机械性能，而过低又会 影响制品的

5、透明度，因此一般控制在180245 C之间。可视机台能力大小和使用状态进行加工温度范围调整。(2) 注射压力：PS的注射压力可在60150 MPa范围内选取。一般说来，大浇口、厚壁制品的注射压力可低 些，而薄壁、长流程、形状复杂的制品的注射压力则应高些。(3) 注射速度：注射速度越快，越容易造成分子链的取向程度增加，从而引起更大的取向应力。但注射速度 过低，塑料熔体进入模腔后，可能先后分层而形成熔化痕，产生应力集中线，易产生应力开裂。所以注射速度 以适中为宜。最好采用变速注射，在速度逐渐减小下结束充模。(4) 模具温度：模具温度最好控制在6080 C之间。(5) 注意事项：生产应连续进行，若停

6、机，应排空料筒中残存料，以避免再升温时材料分解及产品黑点产生；再 开机时，应先排料，以清洗料筒。2典型?，塑料制品的加工2.1原材料及设备PS： GP-525，汕头海洋第一聚苯树脂有限公司。注塑机：海天650。2.2 PS制品的形状图2是某PS制品的照片，该产品的结构特点：材料为PS，外观为无色透明，表面要求为无水纹、无划伤、无黑点、无飞 边等缺陷。产品外形上面为马，下面为底座。产品的尺寸为： 110 mmx40 mmx115 mm。质量要求见表 1。图2某PS制品照片Fig.2 Photo of certain PS product表1 PS 制品质量要求Tab.1 Quality stan

7、dard of PS product检验顼目质量标准外观无色透明，不允许变形、杂物、气泡、水纹、飞边尺寸依照技术标准跌落试验制品从1.2 m高跌到水泥平地上，不允许有损坏、断裂等现 象x UO*A：I -L恒B 不El.电 b :化W与N的至iR：实验聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)因隔热、隔音、防潮、防震、质轻价廉等优良特性，广泛应用于家 电、仪表、电子、食品等工业。但EPS$0品大部分在一次使用之后作为废弃物直接丢弃，且 密度小、体积大、运输闲难、不易自然降解和生物降解，因此累积了大量的废弃塑料。EPSI品 的大量使用和废弃物累积，已经构成了 “白色污染”的重要组成部分，引起了人们的关注。 国家

8、已将废弃塑料列为2 1世纪在环保领域要控制的三大重点之一。对废聚苯乙烯泡沫塑料(WPS)进行资源回收利用，是有效缓解当前资源短缺和抑制“白色污 染”的重要手段。目前，国内外对WPS的资源化利用方法主要有掩埋焚烧法、物理再生、生物 降解法、裂解回收法_9、化学改性法n “等。其中，通过裂解法回收WPS，不但能有效解 决WPS的污染问题，还能得到大量的裂解油等能源物质以及苯乙烯等化工原料产品，具有很好的 社会效益和经济效益，被认为是最有前途的回收方法J。本T作根据石油裂化原理，采用氯化 铝、氧化铝和氧化钙3种催化剂，对WPS进行了催化裂解研究，考察了相应的裂解条件，并对裂 解油成分进行7GC分析，

9、以期为塑料裂解的工业应用提供参考。l实验部分1. 1材料、试剂和仪器WPS :电器包装用白色泡沫塑料，去除表面 杂质，并切成小块备用。氧化铝、氯化铝、氧化钙：分析纯。TYHw型调压恒温电热套：郑州博大仪器有限公司；GC一14C型气相色谱仪：日本岛津公司；SDTQ60。型热重综合分析仪：美国TA公司。1. 2实验方法准确称取25. 0 g经热熔消泡后的WPS颗粒，加入三口圆底烧瓶中，再加入一定量的催化剂（固定催化剂用量为wPS加人量的2%（w），连接好回流反应装置，开始加热升温，并于设定温度下进行裂解反应，直至WPS裂解完全。冷却后收集裂解油称重，计算收率。裂解时间的计时从第一滴液态馏分出现开始

10、，至WPS全部转化为液态物质为止。1-3分析方法1. 3. 1 WPS的热分析取2 mg左右的WPS试样，采用热重综合分析仪，测量TG，DTG，DSC曲线。操作条件：升温速率10 oC/min，温度范围26600C，N，流量40mL / min。1. 3. 2裂解油产率的计算WPS催化裂解可得到固体物质、液体WPS催化裂解可得到固体物质、液体物质（裂 解油）和气体物质，裂解油产率（】，%）见式（1）:】，=X 100% （1）m 0一，式中：m。为WPS的加入量，g； m为WPS裂解得到 的固体物质的质量，g; m，为WPS裂解得到的液态 物质的质量，g。1. 3. 3裂解油产物的GC分析对裂

11、解油产物进行GC分析。操作条件：CBP1一M25-025毛细管柱，氢火焰离子化检测器，检测温度250 oC，（气化室）进样器260C，载气流量200mL/min，氢气流量50 mL/min，空气流量50 mL/rain，进样量0. 5 L，分流比30： 1，尾吹20 mL/rain，柱温160C。程序升温：初始柱温110C，保温0 rain，升温速率6C/min，终止柱温160，保温1 min。用面积归一法进行定量分析。2结果与讨论2. 1 WPS的热分析结果为了了解WPS的热裂解特征，对WPS试样进行了热分析。50190 oC范罔内WPS试样的DSC曲线见图1。WPS试样的热分析曲线见图2。

12、5KI SQ-iw曹格用内wps过株的nscill俄HI2 WP与或洋的热分折III俄3 Ticpi rb桃匚曲谈；H MG耐浅由图1可见：107 oC左右出现一个吸热峰，对 应WPS的玻璃化转变过程，表明其玻璃化转变温度 约为107C ；吸热峰的峰型较宽，可能是由于升温 速率过快，导致热流效应分辨不明显。由图2可见：DSC曲线在335430 oC之间出 现一个大的吸热峰，对应WPS的裂解吸热反应； TG曲线表明，在温度超过280 oC时WPs开始失 重，超过335 cC时失重加快开始裂解，温度升 至398 oC时有50%的WPS裂解，434 oC时有95% 的WPS裂解，最终有5%的WPS炭

13、化不再失重； DTG曲线峰顶出现在407 oC左右，表明在407 左右裂解速率最快，与文献12报道的数据接 近。综合考虑热分析结果，WPs熔融消泡温度 应选择在107C左右，催化裂解温度应选择在 280-430 oC范围内。2. 2反应条件对WPS裂解油产率的影响 裂解温度和催化剂种类对WPS裂解油产率的 影响见图3。由图3可见：裂解温度越高，裂解油 产率越高；低于380 oC时，催化剂裂解制油能力大 小的顺序为：氧化钙氯化铝氧化铝；高于400 oC 时，3种催化剂的活性相近，裂解油产率均在85% 以上。这是因为，在不同催化剂作用下，可能存在 不同的聚苯乙烯(PS)裂解机制，裂解温度低，催化剂

14、活性的差别体现出来；而在较高的裂解温度 下，PS碳链受热充分，碳链断裂速率加快，解聚 反应彻底，裂解油产率都接近各自的最大值。综 合考虑，氧化钙的催化活性优于氯化铝和氧化铝， 催化裂解最佳温度应控制在380 oC附近，这与文献 E2报道的结果一致。整化削伸-轼化ttk -乳It*裂解图4。由图4可见：随裂解温度的升高，3种催化剂 的裂解时间均缩短，这是因为裂解温度升高，PS 碳链断裂速率加快，自然裂解完全所需的时间缩短；，氧化钙和氯化铝明显快于氧化铝。图t梨蒂瞒刊儡北衲秒版对界麟时何的霸雨 虐化刷-督定ih -汉业/ 北您 裂2.4反应条件对苯乙烯回收率的影响催化裂解WPS回收苯乙烯单体，是W

15、PS资源化利用的重要课题。裂解温度和催化剂种类对苯乙 烯回收率的影响见图5。由图5可见，裂解温度和催 化剂种类对苯乙烯回收率均有较大影响。当裂解温 度低于380 r时，随裂解温度的升高，苯乙烯回收 率均呈增大趋势，3种催化剂活性高低的顺序为： 氧化钙氯化铝氧化铝。当裂解温度达到380 oC 时，苯乙烯回收率均达到最大值，且氧化钙催化裂 解时苯乙烯回收率超过70%。随裂解温度的进一步升高，3种催化剂催化裂解WPS时，苯乙烯回收率均急剧下降。因此，选择裂解温度为380 cC。i.圈S挺料蛆.1里判陷犯刮柄类对无匕他叫跋率95定啊it化利神版：包北吗=-ftittfl； *综合JU产捌WG：用斟泉袖就位斯雅化剧湛解南庇.任统止讨嘿化的棋衅富皮厂|-科字砌3扣瑚佃列33CJ剽4那7.6581 57S.44M.3390.86把W)j66