Маточная смесь ETFE представляет собой высокоэффективную полимерную маточную смесь на основе сополимера этилена и тетрафторэтилена (ETFE), относящуюся к типу фторсодержащих маточных смесей. Фторсодержащая маточная смесь — это цепной алкановый полимер, в котором некоторые или все атомы водорода замещены атомами фтора. Маточная смесь ETFE производится в виде гранулированных продуктов с использованием смолы ETFE в качестве носителя путем добавления определенных пропорций пигментов, диспергаторов и других добавок посредством смешивания, экструзии расплава и других технологических процессов. Ее основное преимущество заключается в сохранении превосходных характеристик смолы ETFE при одновременном обеспечении возможности кастомизации цвета и функциональной модификации.

Характеристики

Химическая стойкость

Практически нерастворима в любых органических растворителях, устойчива к сильным кислотам, щелочам и коррозионно-активным химикатам, подходит для работы в агрессивных средах, таких как химическая промышленность и производство полупроводников.

Термостойкость

Диапазон температур длительного использования составляет от -200 °C до 150 °C, а кратковременная термостойкость может достигать 200 °C, что удовлетворяет требованиям экстремальных температурных условий.

Механические свойства

Высокая прочность, высокая вязкость, высокая ударопрочность, подходят для изготовления конструктивных элементов, работающих в сложных условиях эксплуатации.

Прозрачность и оптические характеристики

Благодаря светопропусканию до 95% и низкому уровню мутности широко применяется в таких областях, как производство оптических пленок и архитектурных мембран.

Технологичность переработки

Отличная текучесть расплава, возможность формования сложных деталей методами экструзионного выдувного формования, экструзии, литья под давлением и др., с минимальной потерей свойств в процессе переработки.

Экологичность и безопасность

Соответствует стандартам RoHS, не содержит тяжелых металлов, таких как кадмий, свинец, хром и т.д., может использоваться для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами (например, компонентов медицинских устройств).

Типы

Классификация по цвету: включает цветные маточные смеси различных цветов, таких как красный, желтый, синий, зеленый, белый, черный и т.д.; различные цвета могут быть предоставлены для изделий из ETFE в соответствии с конкретными требованиями.

Классификация по функции:

Обычная красящая маточная смесь: используется преимущественно для придания базового цвета смоле ETFE, обеспечивая определенный уровень декоративности и идентификации, удовлетворяя цветовым требованиям различных сценариев применения.

Функциональная маточная смесь: помимо функции окрашивания, обладает специальными свойствами. Например, атмосферостойкая маточная смесь повышает устойчивость изделий из ETFE к старению и УФ-излучению в условиях наружной эксплуатации, продлевая срок их службы; антипиреновая маточная смесь обеспечивает огнестойкость изделий из ETFE, повышая их пожарную безопасность, и подходит для применений с высокими требованиями к пожарной безопасности; антимикробная маточная смесь придает изделиям из ETFE антибактериальные свойства и может использоваться в таких областях, как здравоохранение и упаковка пищевых продуктов; токопроводящая маточная смесь обеспечивает определенную степень электропроводности ETFE и может применяться в электронно-электрических приложениях, требующих антистатических или токопроводящих свойств.

Классификация по составу пигментов:

Маточная смесь на основе органических пигментов: использует органические пигменты в качестве красителей, обладает яркими цветами и хорошими красящими свойствами, может использоваться для экструзии смол ETFE большинства цветов. Органические пигменты делятся на два типа: растворимые и твердые (сухие). Твердые органические пигменты готовятся путем смешивания пигментного порошка и добавок с использованием таких процессов, как тонкий помол и просеивание.

Маточная смесь на основе неорганических пигментов: изготовлена из неорганических пигментных порошков, таких как металлы, оксиды металлов и соли металлов, подходит для экструзии смол ETFE в условиях высоких температур и высокой интенсивности освещения, обладает хорошей термостойкостью и светостойкостью.

Кроме того, существуют некоторые специальные типы маточных смесей ETFE, такие как смеси для конкретных методов обработки или смеси с определенными комбинациями свойств, разработанные для специальных областей применения.

Соотношение компонентов рецептуры

Соотношение компонентов рецептуры маточной смеси ETFE может варьироваться в зависимости от различных требований к применению и эксплуатационным характеристикам. Ниже приведены некоторые распространенные диапазоны соотношений компонентов и соответствующие пояснения:

Доля компонентов рецептуры красящей маточной смеси:

Красители: обычно 0,5–2 части, например, наноразмерные пигментные порошки, включая фталоцианиновый синий, кобальтовый синий, фталоцианиновый зеленый, кобальтовый зеленый, железный красный, пигментный красный, пигментный желтый, пигментный фиолетовый, углеродную сажу и диоксид титана, с размером частиц обычно в диапазоне 20–500 нм.

Полимер-носитель: 20–40 частей, как правило, используется та же смола, что и для ETFE, в качестве носителя для обеспечения совместимости с ETFE.

Диспергатор: 0,5–2 части, может быть выбран из микропорошка политетрафторэтилена, этиленбисстеариламида, стеарата цинка и т.д. При этом размер частиц микропорошка политетрафторэтилена составляет менее 2 мкм.

Другие добавки: 1–4 части связующего агента (силана), 4–6 частей пластификатора, 1–5 частей антистатика, 1–5 частей термостабилизатора, 1–6 частей керамического микропорошка, 0–6 частей фунгицида, 3–7 частей антиоксиданта и т.д.

Пример соотношения компонентов рецептуры для других функциональных маточных смесей:

Маточная смесь для атмосферостойкости: как правило, смола ETFE составляет 60–80 частей, антиоксидант — 2–5 частей, УФ-абсорбер — 1–3 части, стабилизатор света на основе стерически затрудненных аминов (HALS) — 1–3 части, и другие добавки, такие как диспергаторы и технологические вспомогательные средства — 1–5 частей.

Антипиреновая маточная смесь: 50–70 частей смолы ETFE, 20–40 частей антипирена, 2–5 частей синергиста (например, триоксид сурьмы и т.д.), 1–3 части диспергатора, 0,5–2 части технологической добавки.

Антимикробная маточная смесь: 70–90 частей смолы ETFE, 0,5–5 частей антимикробного агента, 1–3 части диспергатора, 0,5–2 части технологической добавки. Антимикробные агенты могут быть на основе серебра, органическими и т.д.

Соотношение компонентов рецептуры универсальной маточной смеси ETFE:

Смола ETFE: 65–85%, является основным компонентом маточной смеси, обеспечивающим базовые свойства.

Диспергатор: 3–6%, способствует равномерному диспергированию пигментов или добавок в смоле.

Технологические вспомогательные средства: 0,1–1,5%, улучшают технологичность переработки, например, повышают текучесть расплава, облегчают извлечение из формы и т.д.

Следует отметить, что вышеуказанные соотношения компонентов приведены только для справки. В реальном производстве необходимо вносить корректировки и оптимизацию на основе конкретных требований к изделию, производственных процессов и характеристик сырья.

Производственный процесс

Процесс производства маточной смеси ETFE обычно включает следующие основные этапы:

Подготовка сырья

Выбор смолы: На основе требований к эксплуатационным характеристикам изделия выбираются подходящие гранулы смолы ETFE (сополимера этилена и тетрафторэтилена) в качестве базового сырья, чтобы обеспечить соответствие их чистоты, молекулярно-массового распределения и других показателей требованиям производства.

Подготовка добавок: Точное дозирование различных добавок согласно рецептуре, таких как красители, диспергаторы, функциональные добавки и т.д. Качество и чистота добавок оказывают существенное влияние на характеристики маточной смеси и требуют строгого контроля.

Mix

Высокоскоростное смешивание: Взвешенная смола ETFE и добавки загружаются в высокоскоростной смеситель для тщательного перемешивания. Благодаря высокоскоростному перемешиванию добавки равномерно распределяются по поверхности гранул смолы, образуя предварительную смесь. Время смешивания обычно составляет 10–30 минут в зависимости от рецептуры и характеристик оборудования.

Экструзия

Экструзия расплава: Смешанный материал загружается в двухшнековый экструдер. Цилиндр экструдера нагревает материал до определенной температуры с помощью нагревательных элементов, вызывая плавление смолы ETFE, при этом добавки равномерно интегрируются в расплав смолы. Температура экструзии обычно контролируется в диапазоне 250–300 °C, а конкретная температура должна регулироваться в зависимости от типа смолы ETFE и характеристик добавок.

Шнековая экструзия: Под действием вращения шнека материал проходит процессы транспортировки, сжатия, плавления, смешивания и экструзии внутри экструдера. Такие параметры, как скорость вращения шнека и отношение длины к диаметру (L/D), оказывают существенное влияние на эффективность смешивания и качество экструзии материалов; скорость вращения шнека обычно составляет 100–500 об/мин.

Грануляция

Водяная грануляция: Расплавленный материал, выходящий из экструдера через фильеру, образует непрерывную ленту (жгут), которая затем поступает в систему водяной грануляции. В подводном грануляторе быстро вращающийся нож разрезает ленту на однородные гранулы; размер и форма гранул могут регулироваться путем изменения скорости вращения ножа и диаметра отверстий фильеры.

Воздушная грануляция: Для некоторых маточных смесей ETFE с особыми требованиями также может использоваться воздушная грануляция. Экструдированная лента охлаждается и затвердевает с помощью устройства воздушного охлаждения, а затем поступает в гранулятор для нарезки на гранулы. Поверхность гранул, полученных методом воздушной грануляции, относительно гладкая, но производительность процесса ниже.

Просеивание и упаковка

Просеивание: Гранулированная маточная смесь ETFE просеивается через вибрационное сито для удаления слишком крупных или слишком мелких гранул, обеспечивая однородность размера частиц продукта. Как правило, размер ячеек сита подбирается в соответствии со спецификациями изделия.

Упаковка: Годная после просеивания маточная смесь герметично упаковывается, обычно в полипропиленовые тканые мешки или фольгированные мешки, для предотвращения воздействия влаги, окисления и других факторов, которые могут повлиять на качество продукта. Упакованная маточная смесь хранится на сухом и проветриваемом складе до отгрузки со завода.

На протяжении всего производственного процесса необходимо строго контролировать технологические параметры каждого этапа и регулярно проводить техническое обслуживание оборудования для обеспечения стабильности и постоянства качества продукции. Также необходимо проводить контроль качества произведенной маточной смеси ETFE, включая проверку внешнего вида, гранулометрического состава, текучести расплава, красящей способности, функциональных характеристик и т.д. Только продукция, прошедшая испытания, допускается к реализации.

Производственное оборудование

Оборудование для производства маточной смеси ETFE включает следующие основные типы:

Оборудование для смешивания

Высокоскоростной смеситель: используется для тщательного перемешивания смолы ETFE с различными добавками. Обеспечивает однородное смешивание материалов за короткое время благодаря быстро вращающимся мешалкам. Имеет преимущества высокой эффективности смешивания и хорошей однородности смеси, что гарантирует равномерное диспергирование добавок в смоле и создает основу для последующего производства.

Extrusion equipment

Двухшнековый экструдер: Является одним из ключевых элементов оборудования для производства маточной смеси ETFE. Два взаимодействующих шнека вращаются внутри цилиндра, продвигая материал вперед. В этом процессе материал проходит стадии нагрева, плавления и смешивания. Двухшнековые экструдеры обладают хорошими характеристиками смешивания, пропускной способностью и самоочищающей способностью, что позволяет точно контролировать время пребывания материала в цилиндре и температуру экструзии, обеспечивая стабильность качества продукции.

Оборудование для грануляции

Подводный гранулятор: обычно используется в комплекте с двухшнековыми экструдерами. Расплавленный материал, выходящий из фильеры экструдера, напрямую поступает в водяную ванну подводного гранулятора, где под действием быстро вращающегося ножа разрезается на гранулы. Гранулы быстро охлаждаются и затвердевают в воде, обладая такими преимуществами, как однородный размер частиц, гладкая поверхность и высокая производительность. Это распространенное оборудование для грануляции при производстве маточной смеси ETFE.

Установка воздушной грануляции: включает устройство воздушного охлаждения и гранулятор. Экструдированная лента сначала охлаждается и затвердевает с помощью устройства воздушного охлаждения, а затем поступает в гранулятор для нарезки на гранулы. Установка воздушной грануляции подходит для производства маточных смесей ETFE с особыми требованиями к внешнему виду и характеристикам гранул, однако ее производительность ниже по сравнению с подводными грануляторами.

Auxiliary equipment

Загрузчик: используется для автоматической подачи смолы ETFE и добавок в бункер смесителя или экструдера, обеспечивая автоматическую загрузку материалов, повышая производительность труда и снижая интенсивность ручного труда. Распространенные типы загрузчиков включают шнековые загрузчики, вакуумные загрузчики и т.д.

Сушилка: Перед производством смола ETFE и некоторые гигроскопичные добавки высушиваются для удаления влаги из материала и предотвращения проблем с качеством, таких как образование пузырей и дефектов поверхности, вызванных влагой во время экструзии. Распространенное сушильное оборудование включает конвекционные сушилки с циркуляцией горячего воздуха, осушительные сушилки и т.д.

Охлаждающее оборудование: Помимо водяной ванны подводного гранулятора в качестве охлаждающего устройства, на протяжении всего производственного процесса может потребоваться другое охлаждающее оборудование, такое как система оборотного водоснабжения для охлаждения цилиндра экструдера, форм и других компонентов, чтобы обеспечить работу оборудования в нормальном температурном диапазоне и гарантировать качество продукции и срок службы оборудования.

Просеивающее оборудование: Маточная смесь ETFE после грануляции просеивается с помощью вибрационного сита для удаления слишком крупных или слишком мелких гранул, обеспечивая однородность размера частиц продукта. В соответствии со спецификациями изделия можно выбирать различные размеры ячеек сита.

Испытательное оборудование

Анализатор размера частиц: используется для измерения размера и распределения частиц маточной смеси ETFE, точно получая данные о размере частиц на основе таких принципов, как лазерное рассеяние и анализ изображений, помогая производственному персоналу контролировать показатели размера частиц продукции.

Прибор для определения показателя текучести расплава (MFR): измеряет скорость течения расплава маточной смеси ETFE при определенной температуре и давлении, чтобы оценить технологичность переработки маточной смеси и обеспечить стабильность характеристик продукта при последующей обработке.

Колориметр: Для цветных маточных смесей ETFE колориметр используется для измерения и анализа цветовых параметров маточной смеси, сравнения их со стандартными образцами цвета и контроля постоянства и точности цвета изделия.

Оборудование для испытаний механических свойств: такое как машины для испытания на растяжение, машины для испытания на удар и т.д., используются для тестирования механических свойств образцов из маточной смеси ETFE, таких как прочность на растяжение, относительное удлинение при разрыве, ударная вязкость и т.д., чтобы оценить соответствие качества и характеристик продукта требованиям.

Соответствующие требования

При производстве маточной смеси ETFE экструдер должен соответствовать следующим требованиям:

Хорошая пластифицирующая способность

Смола ETFE имеет высокую температуру плавления и определенную вязкость, поэтому экструдер должен обладать достаточной мощностью нагрева и способностью к сдвиговому воздействию для обеспечения полной пластификации смолы ETFE. Обычно требуется, чтобы цилиндр экструдера мог быстро нагреваться до 250–300 °C и поддерживать стабильную температуру. В то же время конструкция шнека должна обеспечивать создание соответствующего сдвигового усилия, чтобы смола могла равномерно смешиваться в процессе плавления, избегая локальных участков неплавления или плохой пластификации.

Точный контроль температуры

Производство маточной смеси ETFE предъявляет строгие требования к температуре. Слишком высокая температура может привести к разложению смолы, деградации добавок и ухудшению характеристик маточной смеси; слишком низкая температура вызовет неполную пластификацию смолы и затруднит экструзию. Экструдер должен быть оснащен высокоточной системой контроля температуры, такой как термопары, регуляторы температуры и т.д., которая может точно контролировать температуру каждой зоны цилиндра с погрешностью в пределах ± 2 °C, чтобы обеспечить экструзию материала в стабильном температурном режиме и гарантировать стабильность качества продукции.

Стабильная транспортировка материала

Для обеспечения однородности качества маточной смеси ETFE экструдер должен обеспечивать стабильную подачу материала. Конструкция шнека должна обеспечивать равномерное продвижение материала и избегать застоя или обратного потока материала в цилиндре. В то же время приводная система экструдера должна обладать хорошей стабильностью и характеристиками регулирования скорости, позволяя точно регулировать скорость вращения шнека в соответствии с производственными потребностями, чтобы обеспечить экструзию материала с постоянной скоростью. Колебания скорости вращения шнека обычно не должны превышать ± 1%.

Эффективное смешивание

При производстве маточной смеси ETFE необходимо тщательное перемешивание смолы с различными добавками. Конструкция шнека экструдера должна способствовать эффективному смешиванию материалов, например, использование шнеков со смесительными элементами, такими как штифтовые шнеки, барьерные шнеки и т.д., которые могут увеличивать радиальное перемешивание и осевую транспортировку материалов, равномерно диспергируя добавки в смоле. Кроме того, эффективность смешивания можно повысить за счет оптимизации отношения длины к диаметру (L/D) шнека. Как правило, для производства маточной смеси ETFE наиболее подходящим является отношение L/D экструдера в диапазоне 30–40.

Коррозионная стойкость

Из-за потенциальной коррозионной активности смолы ETFE и некоторых добавок, особенно в условиях высокотемпературной экструзии, они могут вызывать коррозию таких компонентов, как цилиндр и шнек экструдера. Поэтому ключевые компоненты экструдера должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов, таких как хромированная легированная сталь, никелевые сплавы и т.д., чтобы увеличить срок службы оборудования, снизить затраты на техническое обслуживание и обеспечить непрерывность производства.

Автоматизированное управление и мониторинг

Современное производство маточной смеси ETFE требует наличия у экструдеров функций автоматизированного управления и мониторинга. Благодаря оснащению современными системами управления, такими как программируемые логические контроллеры (ПЛК), можно осуществлять мониторинг в реальном времени и автоматическую регулировку таких параметров, как температура, скорость и давление экструдера. Кроме того, систему можно интегрировать с другим производственным оборудованием для повышения уровня автоматизации и производительности процесса, а также снижения влияния человеческого фактора на качество продукции.

Применение

Маточная смесь ETFE обладает различными превосходными свойствами, такими как стойкость к химической коррозии, атмосферостойкость, высокая прозрачность, электроизоляция и т.д. Поэтому она имеет широкую область применения в различных сферах. Ниже приведены некоторые основные области применения:

Провода и кабели

Изоляционный слой: Маточная смесь ETFE может использоваться для производства изоляционных слоев проводов и кабелей. Благодаря отличной электроизоляционной способности, стойкости к химической коррозии и термостойкости она эффективно защищает проводники внутри проводов и кабелей, предотвращает утечки тока и короткие замыкания, продлевая срок службы проводов и кабелей. Обычно применяется для проводов и кабелей в специальных условиях эксплуатации, таких как химические предприятия и цеха с высокой температурой.

Оболочка: Оболочки из маточной смеси ETFE обладают отличной износостойкостью, атмосферостойкостью и стойкостью к химической коррозии, что защищает провода и кабели от воздействия внешней среды и механических повреждений. Оболочки из ETFE часто используются для повышения надежности и стабильности проводов и кабелей, эксплуатируемых на открытом воздухе, таких как линии электропередачи и кабели ветроэнергетических установок.

Film

Архитектурные мембранные материалы: Пленка ETFE обладает высокой прозрачностью, самоочищающимися свойствами и хорошей атмосферостойкостью. Тонкие пленки из маточной смеси ETFE часто используются в строительстве, например, для крыш и стен крупных общественных зданий, таких как спортивные сооружения, выставочные центры и терминалы аэропортов. Они не только обеспечивают хорошее естественное освещение, но и эффективно блокируют воздействие ультрафиолетовых лучей и агрессивной внешней среды, одновременно снижая вес строительных конструкций.

Сельскохозяйственные пленки: В сельском хозяйстве пленка ETFE может использоваться для изготовления тепличных покрытий. Она обладает хорошей прозрачностью и теплоизоляционными свойствами, обеспечивая достаточное освещение и подходящую среду роста для сельскохозяйственных культур. Кроме того, она обладает определенной стойкостью к химической коррозии, что позволяет противостоять воздействию пестицидов и удобрений, продлевая срок службы пленки.

Изделия литья под давлением

Химические резервуары: Используя стойкость маточной смеси ETFE к химической коррозии и термостойкость, методом литья под давлением можно изготавливать различные химические емкости, такие как реакторы, резервуары для хранения, трубопроводы и т.д. Эти химические емкости выдерживают воздействие различных химических веществ, обеспечивая безопасность и стабильность химического производственного процесса.

Электронно-электрические компоненты: Изделия из маточной смеси ETFE, полученные литьем под давлением, также могут применяться в области электронно-электрических компонентов, таких как корпуса электронных компонентов, изоляционные кронштейны и т.д. Ее отличная электроизоляционная способность и термостойкость обеспечивают нормальную работу и безопасность электронного и электрического оборудования.

Волокно

Промышленные фильтрующие материалы: волокна ETFE обладают стойкостью к химической коррозии, термостойкостью и хорошими фильтрационными свойствами, что позволяет использовать их для изготовления промышленных фильтрующих материалов, таких как фильтры для кислот и щелочей в химической промышленности, фильтры для расплавов металлов в металлургической промышленности и т. д. Они эффективно удаляют примеси, повышают качество продукции и увеличивают срок службы фильтрующих материалов.

Специальная одежда: В некоторых специальных отраслях, таких как пожарная безопасность, химическая промышленность, электроэнергетика и др., требуется ношение защитной одежды. Волокна ETFE могут использоваться для изготовления такой специальной одежды, обладающей свойствами огнестойкости, стойкости к химической коррозии и антистатичности, обеспечивающей эффективную защиту работников.