ПБТ-мастербатч представляет собой агрегат, полученный путем равномерного введения сверхконцентрированных веществ, таких как пигменты и добавки, в смолу. При использовании его достаточно смешать с соответствующей смолой для получения изделия нужного цвета или обеспечения определенных функциональных требований к изделию. ПБТ-мастербатч широко применяется в таких областях, как изготовление щетины зубных щеток, париков, прядения, оптических кабелей, модифицированных пластиков, аксессуаров бытовой техники, автомобильных деталей и т.д. Добавляя различные типы мастербаатча, можно придать пластику ПБТ специфические свойства, такие как цвет, атмосферостойкость, огнестойкость и ударная вязкость.

Технологический процесс

Процесс производства ПБТ-мастербаатча обычно включает следующие ключевые этапы:

Подготовка сырья

Выбор смолы ПБТ: Выбирайте подходящий тип смолы ПБТ на основе требований к эксплуатационным характеристикам изделия, например, высоковязкую, низковязкую или специально модифицированную смолу ПБТ. В то же время необходимо обеспечить стабильность качества смолы и соответствие содержания влаги требованиям. Как правило, содержание влаги следует контролировать ниже 0,05%, чтобы избежать побочных реакций, таких как гидролиз, в процессе переработки.

Подготовка добавок: Точно взвешивайте различные добавки согласно рецептуре, такие как антипирены, модификаторы ударной вязкости, антиоксиданты, пигменты и т.д. Качество и количество добавок напрямую влияют на характеристики ПБТ-мастербаатча. Например, количество вводимого антипирена необходимо точно регулировать в зависимости от требуемого класса огнестойкости, обычно в диапазоне от 5% до 30%.

Смешивание компонентов

Предварительное смешивание: Предварительно смешайте смолу ПБТ и добавки в зоне загрузки высокоскоростного смесителя или двухшнекового экструдера, чтобы добавки могли первоначально равномерно диспергироваться в смоле ПБТ. Время предварительного смешивания обычно составляет 5–15 минут в зависимости от характеристик материала и производительности смесительного оборудования.

Высокоскоростное смешивание: Дальнейшее смешивание проводится с использованием высокоскоростного смесителя, где материал более равномерно перемешивается за короткое время благодаря быстро вращающимся мешалкам. Скорость смешивания обычно составляет от 500 до 1500 об/мин, а время смешивания — 10–30 минут.

Экструзионная грануляция

Экструзия расплава: Смешанный материал подается в двухшнековый экструдер и нагревается до температуры плавления ПБТ через систему нагрева экструдера, обычно в диапазоне 230–250 °C. Одновременно вращение шнека подвергает материал воздействию сдвига и давления внутри цилиндра, обеспечивая дальнейшее смешивание и равномерное пластифицирование. Скорость вращения шнека экструдера обычно составляет от 100 до 500 об/мин и регулируется в зависимости от характеристик материала и производственной эффективности.

Фильтрация: В процессе экструзии для удаления примесей и неплавленых частиц из материала необходимо использовать фильтрующую сетку или фильтрующее устройство. Размер ячеек фильтра обычно составляет от 80 до 200 меш, и его следует выбирать в соответствии с требованиями к качеству продукции.

Грануляция: Отфильтрованный расплав экструзируется из фильеры экструдера, образуя непрерывные жгуты или нити, которые затем охлаждаются и формуются воздушным или водяным охлаждением. Охлажденный жгутовый или нитевидный материал затем разрезается гранулятором на частицы требуемого размера, то есть ПБТ-мастербатч. Скорость работы гранулятора и выбор режущего инструмента влияют на размер и форму частиц мастербаатча. Как правило, размер частиц мастербаатча составляет от 2 до 5 мм.

Процесс сушки

Удаление влаги: Поскольку ПБТ-мастербатч может поглощать определенное количество влаги в процессе производства, требуется обработка сушкой для обеспечения его характеристик и качества. Температура сушки обычно составляет от 120 до 150 °C, а время сушки — 2–4 часа, чтобы снизить содержание влаги в мастербаатче ниже 0,05%. К распространенному сушильному оборудованию относятся сушильные шкафы с циркуляцией горячего воздуха, кипятильные сушилки и т.д.

Упаковка и хранение

Упаковка: Высушенный ПБТ-мастербатч упаковывается в пластиковые или бумажные мешки, а затем помещается в герметичную внешнюю упаковочную коробку, чтобы предотвратить поглощение влаги мастербаатчем и его загрязнение при хранении и транспортировке. Спецификации упаковки обычно определяются в соответствии с потребностями заказчика; наиболее распространены мешки по 25 кг или биг-бэги (тонные мешки).

Хранение: ПБТ-мастербатч следует хранить в сухом, проветриваемом помещении, вдали от прямых солнечных лучей и влаги. Оптимально контролировать температуру хранения в диапазоне 10–30 °C, чтобы предотвратить изменение свойств мастербаатча.

Производственное оборудование

Оборудование для производства ПБТ-мастербаатча включает реакторы, оборудование для обработки материалов и вспомогательное оборудование. Ниже приведено подробное описание:

Реакторное устройство

Реактор этерификации: Это основное оборудование для реакции этерификации, обычно изготовленное из нержавеющей стали, обладающее хорошей коррозионной стойкостью и теплопередающими характеристиками. Обычно оснащено мешалкой; терефталевая кислота (PTA) или диметилтерефталат (DMT) тщательно смешиваются с 1,4-бутандиолом (BDO) и вступают в реакцию. Одновременно имеются системы нагрева и охлаждения, которые могут точно контролировать температуру реакции около 180–250 °C для обеспечения условий реакции этерификации.

Реактор поликонденсации: Используется для реакции поликонденсации после реакции этерификации, которая должна протекать при более высокой температуре и степени вакуума. Материалы чаще всего представляют собой нержавеющую сталь или никелевые сплавы, способные выдерживать высокие температуры и высокий вакуум. Оснащено мешалкой и системой точного контроля температуры; температура реакции обычно контролируется на уровне 230–260 °C, а степень вакуума должна достигать 10–100 Па для стимулирования роста молекулярных цепей и получения смолы ПБТ.

Оборудование для обращения с материалами

Система подачи: Включает резервуары хранения сырья, дозирующие устройства и транспортные трубопроводы. Резервуар хранения сырья используется для хранения PTA, DMT, BDO и другого сырья. Дозирующее устройство может точно контролировать количество подаваемого сырья, чтобы обеспечить его поступление в реактор в определенной пропорции. Транспортный трубопровод использует коррозионностойкие трубы для транспортировки сырья из резервуара хранения в реакционный сосуд.

Экструдер: Распространенные типы включают одношнековый экструдер и двухшнековый экструдер. Двухшнековый экструдер чаще используется в производстве ПБТ-мастербаатча благодаря хорошему смешиванию и высокой пропускной способности по материалу. Он может нагреть прореагировавшую смолу ПБТ до расплавленного состояния и продвигать материал вперед за счет вращения шнека, обеспечивая дальнейшее смешивание и пластификацию материала. Температура экструдера контролируется около 200–250 °C, а скорость вращения шнека и отношение длины к диаметру могут регулироваться в соответствии с различными требованиями к продукции.

Гранулятор: Устанавливается на выходе из экструдера и разрезает экструзированные жгуты смолы ПБТ на однородные гранулы. Распространенные типы включают грануляторы горячей резки и холодной резки. Грануляторы горячей резки разрезают материал в расплавленном состоянии, а затем охлаждают и формуют гранулы воздушным или водяным охлаждением; гранулятор холодной резки сначала охлаждает экструзированный жгут смолы до комнатной температуры, а затем разрезает его для получения гранул правильной формы с гладкой поверхностью.

Auxiliary equipment

Сушильное оборудование: ПБТ-мастербатч склонен поглощать влагу в процессе производства, что влияет на качество продукции. Поэтому требуется сушильное оборудование для обработки сушкой. Наиболее часто используются вакуумные сушильные шкафы и сушильные шкафы с циркуляцией горячего воздуха. Вакуумный сушильный шкаф снижает давление внутри камеры для испарения влаги при более низкой температуре, обеспечивая хороший эффект сушки и эффективное удаление влаги из ПБТ-мастербаатча, предотвращая гидролиз и другие проблемы при последующей переработке; сушильный шкаф с циркуляцией горячего воздуха использует циркуляцию горячего воздуха для сушки материалов, температура обычно контролируется на уровне 120–150 °C. Время сушки зависит от содержания влаги в материале и характеристик сушильного оборудования, обычно составляет 2–8 часов.

Вакуумная система: Обеспечивает высокий вакуум для реакции поликонденсации, состоит в основном из вакуумного насоса, вакуумопровода и вакуумного клапана. Производительность вакуумного насоса должна выбираться в соответствии с объемом реакционного сосуда и технологическими требованиями. Как правило, требуется способность откачивать вакуум внутри реакционного сосуда до 10–100 Па. Вакуумопровод изготовлен из нержавеющей стали и плотно соединен для обеспечения герметичности системы.

Система охлаждения: Используется для охлаждения такого оборудования, как реакторы и экструдеры, обеспечивая работу оборудования в нормальном температурном диапазоне. Система охлаждения обычно состоит из насосов охлаждающей воды, градирен, трубопроводов охлаждения и т.д., которые отводят тепло, выделяемое оборудованием, посредством циркулирующей охлаждающей воды. Температура охлаждающей воды обычно контролируется на уровне 20–30 °C для обеспечения эффективности охлаждения.

Для производства ПБТ-мастербаатча требуются следующие спецификации экструдера:

Производительность по пластификации

Высокая температура плавления: ПБТ имеет высокую температуру плавления, обычно от 220 до 230 °C, что требует от системы нагрева экструдера обеспечения достаточного количества тепла для перехода смолы ПБТ в расплавленное состояние за короткое время; точность контроля температуры должна быть высокой, обычно контролируемой в пределах ±1 °C, чтобы обеспечить качество и стабильность плавления ПБТ.

Хорошая однородность пластификации: Конструкция шнека экструдера должна обеспечивать полное и равномерное смешивание и пластификацию смолы ПБТ в процессе плавления, снижать разницу температур и вязкости материалов, избегать локального перегрева или плохой пластификации, тем самым обеспечивая стабильность качества ПБТ-мастербаатча. Например, использование шнека с градиентной геометрией, где глубина витков постепенно уменьшается, заставляет материал испытывать возрастающее воздействие сдвига и давления при экструзии, достигая хорошего эффекта пластификации.

Смешивающая способность

Эффективная дисперсия добавок: При производстве ПБТ-мастербаатча обычно требуется добавлять различные добавки, такие как антипирены, модификаторы ударной вязкости, антиоксиданты и т.д. Экструдер должен обладать хорошими смешивающими характеристиками для равномерного диспергирования этих добавок в матрице смолы ПБТ. Например, использование шнеков со смешивающими элементами, такими как пин-шнеки, статические смесители и т.д., может повысить эффект смешивания материалов при экструзии, полностью перемешать добавки со смолой ПБТ и обеспечить постоянство характеристик мастербаатча.

Точный контроль дозирования: Количество вводимых добавок необходимо точно контролировать, чтобы характеристики ПБТ-мастербаатча соответствовали требованиям. Система дозирования экструдера должна обладать высокой точностью и способностью точно подавать различные материалы в экструдер согласно рецептурному соотношению. Обычно используются высокоточные дозирующие насосы или гравиметрические дозаторы для точного контроля расхода материалов с погрешностью, контролируемой в пределах ±1%.

Стабильность экструзии

Стабильное давление и расход: В процессе производства ПБТ-мастербаатча экструдер должен поддерживать стабильное давление экструзии и расход для обеспечения точности размеров и качества внешнего вида мастербаатча. Стабильное давление позволяет равномерно экструдировать материалы в форме, избегая таких проблем, как неравномерный выход, пузыри и деформация. Используя высокопроизводительные гидравлические системы или системы частотного регулирования скорости, можно точно контролировать скорость вращения шнека и противодавление экструдера, так что колебания давления экструзии и расхода контролируются в небольшом диапазоне.

Длительная непрерывная работа: Чтобы удовлетворить потребности крупномасштабного производства, экструдеры должны обладать способностью к длительной стабильной непрерывной работе. Это требует, чтобы ключевые компоненты экструдера, такие как шнеки, цилиндры и т.д., обладали хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью и могли стабильно работать в течение длительного времени в условиях высоких температур и давлений. В то же время системы смазки, охлаждения и т.д. экструдера также должны быть надежными для обеспечения нормальной работы оборудования.

Адаптивность

Обработка различных рецептур: ПБТ-мастербатч имеет различные рецептуры, и в зависимости от требований к применению могут добавляться разные типы и пропорции добавок. Экструдер должен адаптироваться к требованиям переработки различных составов и достигать эффективного производства ПБТ-мастербаатча для различных рецептур путем регулировки комбинаций шнеков, технологических параметров и т.д. Например, для ПБТ-мастербаатча с высоким содержанием стекловолокна требуются специальная конструкция шнека и технология переработки, чтобы избежать чрезмерного разрушения стекловолокна и чрезмерного сдвига материала.

Регулировка спецификаций продукции: Спецификации продукции ПБТ-мастербаатча, такие как размер частиц, форма и т.д., могут варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Экструдер должен быть легко настраиваемым для удовлетворения производственных требований различных спецификаций продукции. Например, путем замены различных форм и регулировки таких параметров, как скорость тяги, можно достичь точного контроля размера и формы гранул.

Типы

Существует множество типов ПБТ-мастербаатча; ниже приведены распространенные классификации:

Классификация по типу добавки

Армированный ПБТ-мастербатч: Добавление армирующих материалов, таких как стекловолокно и углеродное волокно, может значительно повысить механическую прочность, жесткость и термостойкость ПБТ. Например, ПБТ-мастербатч с добавлением 30% стекловолокна может обеспечить предел прочности при растяжении более 100 МПа и температуру тепловой деформации более 220 °C. Он обычно используется для изготовления изделий с высокими требованиями к прочности и термостойкости, таких как компоненты автомобильных двигателей и корпуса электронно-электрических устройств.

Огнестойкий ПБТ-мастербатч: Добавлены антипирены, такие как бромсодержащие антипирены, фосфорсодержащие антипирены и т.д., чтобы придать ПБТ хорошие огнестойкие свойства. В соответствии с различными стандартами и требованиями по огнестойкости его класс огнестойкости может достигать уровня UL94 V-0, уровня V-1 и т.д. Этот тип мастербаатча обычно используется в электронно-бытовых приборах, проводах и кабелях и других областях для повышения безопасности продукции.

Модифицированный по ударной вязкости ПБТ-мастербатч: Путем добавления модификаторов ударной вязкости, таких как эластомеры, улучшаются ударная вязкость и стойкость к удару ПБТ. Даже в условиях низких температур он может сохранять хорошую гибкость и ударную прочность и может использоваться для изготовления изделий, таких как детали интерьера автомобилей, оболочки проводов и кабелей, требующие определенной степени гибкости.

Классификация по области применения

ПБТ-мастербатч для электронно-бытовых приборов: Обладает отличными электроизоляционными свойствами, термостойкостью и формообразуемостью. Имеет высокое удельное объемное сопротивление, низкую диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, что может удовлетворить строгие требования к электрическим характеристикам электронно-электрической продукции. Обычно используется для изготовления электронно-электрических компонентов, таких как розетки, выключатели и каркасы катушек.

ПБТ-мастербатч для автомобильной промышленности: Должен обладать высокой прочностью, высокой термостойкостью, атмосферостойкостью и стойкостью к химической коррозии. Например, ПБТ-мастербатч, используемый для изготовления решеток радиаторов автомобилей, должен сохранять стабильность цвета и механическую стабильность в долгосрочных условиях на открытом воздухе; ПБТ-мастербатч, используемый для изготовления периферийных компонентов автомобильного двигателя, должен выдерживать высокие температуры и воздействие моторного масла.

ПБТ-мастербатч для волокон: Обладает хорошей прядильной способностью и красимостью. Волокна, полученные из него, мягкие, эластичные и имеют низкое влагопоглощение, и могут использоваться для производства одежды, домашнего текстиля и технических тканей. ПБТ-волокна, используемые в спортивной одежде, могут обеспечивать хорошую эластичность и комфорт при ношении.

Классификация по процессу агрегирования

Обычный ПБТ-мастербатч: Производится с использованием традиционных процессов этерификации и поликонденсации, имеет отработанную технологию производства и стабильные характеристики продукции, способен удовлетворять потребности общих областей применения.

Модифицированный ПБТ-мастербатч: В процессе полимеризации добавляются специальные модификаторы или используются специальные методы полимеризации, такие как сополимеризация и прививка, для изменения молекулярной структуры ПБТ с целью получения ПБТ-мастербаатча со специальными свойствами, такими как высокая текучесть и высокие барьерные свойства.

Рецептурное соотношение

Рецептурное соотношение ПБТ-мастербаатча может варьироваться в зависимости от различных требований к характеристикам и сценариев применения. Ниже приведены приблизительные рецептурные соотношения некоторых распространенных типов ПБТ-мастербаатча:

Универсальный ПБТ-мастербатч

Смола ПБТ: 90%–95%

Антиоксиданты: 0,1%–0,5%, такие как стерически затрудненный фенольный антиоксидант 1010, фосфитный антиоксидант 168 и т.д., могут предотвращать окислительную деградацию ПБТ при переработке и использовании.

Смазка: 0,5%–1%, такие как стеариновая кислота, стеарат кальция и т.д., могут улучшать текучесть ПБТ при переработке и предотвращать прилипание материала к оборудованию для переработки.

Армированный ПБТ-мастербатч

Смола ПБТ: 60%–70%

Стекловолокно: 30%–40%, обычно используется безщелочное стекловолокно, длина и диаметр которого выбираются в соответствии с конкретными требованиями к изделию; оно может эффективно повышать механическую прочность и жесткость ПБТ.

Силановый связующий агент: 0,5%–1%, такой как силановый связующий агент, используется для улучшения адгезии между стекловолокном и смолой ПБТ и повышения характеристик композитных материалов.

Антиоксиданты и смазки: Аналогично количеству добавок в универсальном ПБТ-мастербаатче, составляют 0,1%–0,5% и 0,5%–1% соответственно.

Огнестойкий ПБТ-мастербатч

Смола ПБТ: 70%–80%

Антипирены: 15%–25%, бромсодержащие антипирены, такие как декабромдифениловый эфир, тетрабромбисфенол А и т.д., фосфорсодержащие антипирены, такие как полифосфат аммония, фосфатные эфиры и т.д., могут выбираться для одиночного или комбинированного использования в соответствии с различными требованиями к огнестойкости.

Синергист: 0,5%–2%, такой как оксид сурьмы (III), может использоваться в комбинации с антипиренами для повышения огнестойкости.

Антиоксиданты и смазки: Количество добавок обычно составляет 0,1%–0,5% и 0,5%–1%.

Модифицированный по ударной вязкости ПБТ-мастербатч

Смола ПБТ: 75%–85%

Модификатор ударной вязкости: 10–20%, такие как сополимер этилена и октена (POE), стирол-бутадиен-стирольный блок-сополимер (SBS) и другие эластомеры, могут эффективно повышать ударную вязкость и стойкость к удару ПБТ.

Совместимитель: 0,5%–2%, используется для улучшения совместимости между модификатором ударной вязкости и смолой ПБТ, чтобы лучше связать их и усилить эффект модификации по ударной вязкости.

Антиоксиданты и смазки: Добавляются 0,1%–0,5% и 0,5%–1% соответственно.

Вышеуказанные рецептурные соотношения приведены только для справки. В реальном производстве необходимо вносить корректировки и оптимизацию на основе конкретных требований к характеристикам продукции, технологических процессов и затрат.

Применение

ПБТ-мастербатч обладает отличными комплексными свойствами и широко используется во многих областях. Ниже приведены некоторые основные области применения:

Электронно-электрическая область

Разъемы: ПБТ-мастербатч обладает хорошими электроизоляционными свойствами, формообразуемостью и размерной стабильностью, что может удовлетворить требования к высокой точности размеров разъемов и поддерживать стабильные электрические характеристики при длительном использовании, обеспечивая стабильную и надежную передачу сигнала.

Розетки и выключатели: Обладает высокой огнестойкостью и термостойкостью, что может эффективно предотвращать пожароопасность из-за перегрузки по току и других причин, обеспечивать безопасное использование, а также может изготавливаться в различных формах и цветах для удовлетворения различных требований к дизайну внешнего вида.

Каркас катушки: Низкая диэлектрическая проницаемость и низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь ПБТ-мастербаатча могут снижать электромагнитные помехи, повышать характеристики и эффективность катушки, а его механическая прочность может гарантировать отсутствие деформации каркаса при намотке и использовании.

Область автомобильной промышленности

Периферийные компоненты двигателя, такие как капот и впускная труба: ПБТ-мастербатч обладает хорошей термостойкостью и стойкостью к химической коррозии и может выдерживать высокие температуры и воздействие различных масел, образующихся при работе двигателя. Он не склонен к старению и деформации после длительного использования.

Детали интерьера автомобилей, такие как ручки регулировки сидений, внутренние панели и т.д.: ПБТ-мастербатч может достигать различных требований к характеристикам путем добавления разных добавок, таких как модификаторы ударной вязкости для повышения стойкости к удару, смазки для улучшения гладкости поверхности, обеспечивая хорошие механические свойства при обеспечении приятного тактильного ощущения и привлекательного внешнего вида.

Автомобильные светотехнические изделия: корпус лампы из ПБТ-мастербанча обладает хорошей термостойкостью и атмосферостойкостью, обеспечивая стабильную работу в различных сложных наружных условиях и защищая оптические и электрические компоненты внутри лампы. Кроме того, благодаря хорошей формообразуемости возможно создание сложных геометрических форм корпуса лампы.

Текстильная отрасль

Одежда: волокна ПБТ отличаются мягким прикосновением, хорошей эластичностью и влагоотводящими свойствами. Одежда из таких волокон комфортна в носке, хорошо сидит по фигуре и устойчива к образованию складок; она широко применяется в спортивной одежде, нижнем белье и других изделиях.

Домашний текстиль: в изделиях домашнего текстиля, таких как постельное белье, шторы и т.д., волокна ПБТ обеспечивают мягкую текстуру и хорошую долговечность, а их антизагрязняющие свойства облегчают очистку и уход.

Промышленный текстиль: в некоторых видах промышленного текстиля, таких как геотекстиль, фильтрующие материалы и т.д., волокна ПБТ обладают высокой прочностью и стойкостью к химической коррозии, что позволяет удовлетворять требованиям различных условий эксплуатации.

Другие области применения

Медицинские изделия: мастербанч на основе ПБТ обладает хорошей биосовместимостью и химической стойкостью и может использоваться для изготовления некоторых компонентов медицинских изделий, таких как корпуса шприцев, корпуса медицинского оборудования и т.д.

Упаковочная отрасль: из мастербанча на основе ПБТ можно изготавливать упаковочные материалы с высокими барьерными свойствами, предназначенные для упаковки продуктов питания и медикаментов, требующих высокой барьерной защиты. Это эффективно предотвращает проникновение таких веществ, как кислород и водяной пар, увеличивая срок годности продукции.