实验室双螺杆挤出机在塑料改性中的具体应用
实验室双螺杆挤出机在塑料改性中的具体应用
实验室双螺杆挤出机在塑料改性领域发挥着重要作用。其优异的混合效果、生产效率和适应性使其成为塑料改性领域的重要工具。本文将详细介绍实验室双螺杆挤出机在塑料改性中的具体应用。
实验室双螺杆挤出机主要由传动装置、加料装置、料筒、两根互锁螺杆组成，其工作原理是两根螺杆在机筒内部旋转，推动物料向前运动，通过剪切、挤压、搅拌使物料充分混合塑化。
填充改性
增强性能：实验室双螺杆挤出机可用于将各种无机或有机填料添加到塑料中，以增强其性能。例如，将玻璃纤维添加到聚烯烃中，例如聚乙烯和聚丙烯，并通过双螺杆挤出机的强剪切混合作用均匀地分散在塑料基体中。玻璃纤维的高模量和强度特性可以显著提高塑料的拉伸强度、弯曲强度和模量。获得的改性塑料可用于制造汽车部件、机械外壳等对力学性能要求较高的产品。
降低成本：添加填料也可以降低塑料的成本。例如，在塑料中添加碳酸钙聚氯乙烯（PVC）。碳酸钙是一种价格相对低廉的无机填料，在双螺杆挤出机中混合时，可以均匀分散在PVC基体中。这种改性PVC在不显著降低塑料主要性能的前提下，增加了材料体积，从而降低了原料成本。可用于管材、型材等建材领域。
混纺改性
性能互补：双螺杆挤出机可以实现不同塑料之间的共混，使其性能互补。例如，结合塑料的高透明度和良好的加工性能聚苯乙烯(PS)兼具聚丁二烯橡胶的韧性。在双螺杆挤出机中，PS与聚丁二烯橡胶的相域在剪切力作用下逐渐细化，形成微观复相结构。这种共混改性材料既具有PS的透明性，又具有良好的抗冲击性能，可用于制造既需要透明性又需要韧性的产品，如透明电器外壳、玩具等。
开发新材料：通过混合不同的聚合物，可以开发具有全新特性的材料。例如，混合聚乳酸 (PLA) 和聚己内酯 (PCL)。PLA 是一种可生物降解的热塑性的PLA具有聚酯的优点，但其韧性较差；PCL具有良好的柔韧性和加工性能，在双螺杆挤出机中将两种聚合物充分混合，得到兼具PLA的生物降解性和PCL的柔韧性的共混物，可用于开发新型可生物降解的包装材料或医用材料。
增韧改性
提高韧性：对于一些脆性塑料，如尼龙（聚酰胺纤维），双螺杆挤出机可用于增韧改性。在尼龙中添加弹性体（如乙烯丙烯共聚物，EPR），双螺杆挤出机的螺杆旋转产生的剪切力使EPR均匀分散在尼龙基体中，形成微小的橡胶相。当材料受到外界冲击时，这些橡胶相可以引发银线和剪切带，吸收和分散能量，从而显著提高尼龙的韧性。这种增韧尼龙可用于制造需要抗冲击性能的工业部件、运动器材等。
控制相形貌：双螺杆挤出机还可以通过调节工艺参数来控制增韧相的形貌。例如在聚丙烯（PP）增韧改性中，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）作为增韧剂。通过改变双螺杆挤出机的螺杆转速、温度等参数，可以控制SBS在PP中的分散程度和相尺寸，从而优化增韧效果，获得不同韧性水平的PP材料，满足不同应用场景的需求。
增强阻燃改性
提高阻燃性：许多塑料在实际应用中需要阻燃性。实验室双螺杆挤出机可用于在塑料中添加阻燃剂。聚碳酸酯以PC（聚碳酸酯）为例，在双螺杆挤出机中添加含磷、溴等元素的阻燃剂，在挤出过程中这些阻燃剂与PC充分混合，在燃烧时阻燃剂能分解产生一些不燃气体，如二氧化碳、水蒸气等，同时在材料表面形成一层保护层，阻止氧气与塑料接触，从而提高PC的阻燃性能。这种阻燃改性PC可应用于对阻燃性要求较高的电子电器产品外壳等领域。
平衡性能和阻燃性：在添加阻燃剂的同时，双螺杆挤出机可以帮助平衡材料的其他性能。因为有些阻燃剂可能会对塑料的机械性能和加工性能产生负面影响。例如，在聚丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物中添加阻燃剂时（ABS通过双螺杆挤出机的混合以及适当的工艺调整，可以在提高ABS阻燃性能的同时，最大限度的减少对其韧性、流动性等性能的损害，使改性ABS满足电子器件、汽车内饰等领域的综合要求。
纤维增强改性
高性能复合材料的制备：双螺杆挤出机在纤维增强塑料的改性中起着关键作用。例如，将碳纤维添加到热塑性基体（如环氧树脂）中进行增强。碳纤维具有极高的强度和模量。在双螺杆挤出机中，碳纤维可以均匀地分散在环氧树脂基体中，并且在螺杆的剪切和混合作用下，纤维与基体的界面结合得到加强。这种纤维增强环氧树脂复合材料具有优异的力学性能、耐疲劳性和尺寸稳定性，可用于航空航天、高端运动器材等领域。
界面改性与优化：双螺杆挤出机除了分散纤维外，还可以通过添加界面改性剂来优化纤维与基体的界面性能。在玻纤增强聚酰胺（PA）复合材料中添加硅烷偶联剂等界面改性剂，在挤出过程中，界面改性剂可以使玻纤与PA基体之间形成化学键或物理吸附，提高界面的结合强度，进一步提升复合材料的综合性能，使改性材料在汽车、机械等行业得到更广泛的应用。
选择实验室双螺杆挤出机时，需要考虑物料特性、加工要求、设备性能等因素。同时，为了保证设备正常运行，延长使用寿命，还需要定期进行维护和保养。这包括清洁螺杆和机筒、检查传动装置和加热冷却系统等。
综上所述，实验室双螺杆挤出机在塑料改性方面有着广阔的应用前景和显著的优势，随着技术的不断进步与创新，将在塑料改性领域发挥更加重要的作用。