Мастербатч POM — это концентрат добавок на основе полиоксиметилена (POM). Полиоксиметилен представляет собой высококристаллический термопластичный инженерный пластик, известный как «суперсталь» или «SAI-сталь», широко используемый в различных отраслях благодаря своим превосходным механическим свойствам.

Типы

Мастербатч POM (полиоксиметилен) можно классифицировать на следующие типы в зависимости от его функции и характеристик:

Универсальный мастербатч POM

Это наиболее распространенный тип мастербатача POM, обладающий базовыми свойствами смолы POM, такими как высокая твердость, высокая жесткость, хорошая износостойкость, усталостная прочность и отличная размерная стабильность.

Подходит для обычных промышленных изделий, не предъявляющих особо высоких требований к характеристикам материала, таких как обычные механические детали, шестерни, подшипники, игрушки, канцелярские принадлежности и т. д.

Армированный мастербатч POM

Производится путем добавления армирующих материалов, таких как стекловолокно и углеродное волокно, в смолу POM. После добавления стекловолокна механическая прочность, жесткость и термостойкость POM значительно повышаются, что позволяет выдерживать более высокие нагрузки и рабочие температуры.

Широко используется при производстве автомобильных компонентов, таких как различные детали под капотом, замки дверей автомобиля, механизмы регулировки сидений и т. д.; в области бытовой электроники может использоваться для производства компонентов, требующих высокой прочности и термостойкости, таких как разъемы, розетки, переключатели и т. д.

Модифицированный ударопрочный мастербатч POM

Для повышения вязкости и ударопрочности POM в мастербатч добавляются различные модификаторы, такие как каучуковые эластомеры и термопластичные эластомеры. Модифицированный ударопрочный мастербатч POM обладает лучшей ударопрочностью и трещиностойкостью при сохранении определенной степени жесткости.

Подходит для применений, подверженных ударным нагрузкам или требующих определенной гибкости, таких как спортивное оборудование, рукоятки инструментов, корпуса бытовой техники и т. д.

Износостойкий мастербатч POM

В мастербатч POM добавляются твердые смазочные материалы или износостойкие добавки, такие как дисульфид молибдена, графит и политетрафторэтилен (PTFE), что дополнительно повышает износостойкость и самосмазывающие свойства POM.

Широко используется при производстве компонентов, работающих в условиях длительного трения, таких как направляющие, ползуны, цепи, шестерни и т. д.; позволяет снизить коэффициент трения, минимизировать износ и увеличить срок службы и эффективность работы компонентов.

Токопроводящий мастербатч POM

Путем добавления токопроводящих материалов, таких как технический углерод (сажа), углеродное волокно и металлическое волокно, мастербатч POM приобретает хорошую электропроводность или антистатические свойства.

В основном используется в отраслях с высокими требованиями к защите от электростатических разрядов, таких как электроника, полупроводники и химическая промышленность; применяется для производства корпусов электронного оборудования, лотков, оборотной тары и т. д., чтобы предотвратить накопление статического электричества и повреждение электронных компонентов.

Антипиреновый мастербатч POM

Путем добавления антипиренов на основе брома, фосфора и азота мастербатч POM приобретает отличные огнестойкие свойства и может соответствовать различным стандартам пожарной безопасности.

Широко используется в отраслях с высокими требованиями к пожарной безопасности, таких как бытовая электроника, строительство и автомобилестроение; применяется для изоляции проводов и кабелей, электрических шкафов и деталей интерьера автомобилей для повышения безопасности продукции.

Соотношение компонентов рецептуры

Соотношение компонентов рецептуры мастербатача POM может варьироваться в зависимости от типа и требований к характеристикам. Ниже приведены приблизительные соотношения для некоторых распространенных типов мастербатача POM:

Армированный мастербатч POM: как правило, смола POM составляет 70–90%, а армирующие материалы, такие как стекловолокно или углеродное волокно, — 10–30%. Например, в некоторых армированных мастербатчах POM для автомобильных компонентов смола POM может составлять 80%, а стекловолокно — 20% для достижения высокой механической прочности и жесткости.

Модифицированный ударопрочный мастербатч POM: как правило, смола POM составляет 75–95%, а модификаторы, такие как каучуковые эластомеры и термопластичные эластомеры, — 5–25%. Для модифицированного ударопрочного мастербатача POM, используемого в спортивном оборудовании, смола POM может составлять 90%, а термопластичный эластомер — 10% для повышения ударопрочности и гибкости.

Износостойкий мастербатч POM: смола POM обычно составляет 85–98%, а твердые смазочные материалы или износостойкие добавки, такие как дисульфид молибдена, графит и политетрафторэтилен (PTFE), — 2–15%. Например, при производстве износостойкого мастербатача POM для направляющих и ползунов содержание смолы POM составляет 92%, а PTFE — 8%, что позволяет снизить коэффициент трения и повысить износостойкость.

Токопроводящий мастербатч POM: смола POM составляет 80–95%, а токопроводящие материалы, такие как технический углерод (сажа), углеродное волокно и металлическое волокно, — 5–20%. В токопроводящем мастербатче POM для корпусов электронных устройств смола POM может составлять 90%, а токопроводящий технический углерод — 10% для обеспечения хорошей электропроводности или антистатических характеристик.

Антипиреновый мастербатч POM: смола POM составляет 80–95%, а антипирены на основе брома, фосфора, азота и другие — 5–20%. Для некоторых антипиреновых мастербатчей POM, используемых в строительстве, смола POM может составлять 85%, а фосфорсодержащие антипирены — 15% для соответствия стандартам пожарной безопасности.

Указанные выше соотношения приведены только для справки. В реальном производстве необходимо вносить корректировки и оптимизировать рецептуру на основе конкретных требований к продукции, технологических процессов и затрат.

Производственный процесс

Процесс производства мастербатача POM обычно включает следующие основные этапы:

Подготовка сырья

Смола POM: выберите подходящую марку смолы POM в зависимости от требований к характеристикам изделия; проверьте показатели качества, такие как молекулярная масса, скорость течения расплава (MFR), содержание влаги и т. д., чтобы обеспечить соответствие требованиям производства.

Добавки: точно взвесьте различные добавки согласно рецептуре, такие как армирующие материалы (стекловолокно, углеродное волокно и т. д.), модификаторы ударопрочности, износостойкие добавки, токопроводящие материалы, антипирены и т. д. Для некоторых добавок, требующих специальной обработки, например стекловолокна, необходима обработка поверхности для улучшения совместимости и адгезии со смолой POM.

Mix

Поместите смолу POM и добавки в высокоскоростной смеситель для тщательного перемешивания. В процессе смешивания необходимо контролировать время, скорость и температуру, чтобы обеспечить равномерное распределение добавок в смоле POM. Для некоторых трудно диспергируемых добавок можно использовать предварительную диспергацию или порционную загрузку для улучшения качества смешивания.

Экструзионная грануляция

Нагрев и пластификация: загрузите смешанный материал в бункер двухшнекового экструдера; внутри цилиндра экструдера материал постепенно нагревается и пластифицируется. Температуру каждой зоны экструдера необходимо точно устанавливать в соответствии с характеристиками смолы POM и требованиями к продукции. Как правило, температура постепенно повышается от зоны загрузки до головки экструдера, чтобы обеспечить полную пластификацию материала.

Экструзия шнеком: под действием вращения и толкающего усилия шнека пластифицированный материал перемещается вперед по цилиндру шнека, подвергаясь воздействию сдвигающих и прессующих усилий шнека, что обеспечивает дальнейшее равномерное смешивание и диспергирование добавок в смоле POM. Скорость вращения шнека также влияет на скорость экструзии и качество смешивания материала и должна регулироваться в зависимости от фактических условий.

Формование головкой: при выходе из головки экструдера материал формируется в непрерывные жгуты или гранулы через специальную формующую головку. Конструкция и размеры матрицы должны выбираться в соответствии со спецификациями продукции, чтобы обеспечить соответствие формы и размеров экструдированного мастербатача стандартам.

Охлаждение и грануляция: экструдированный жгутовый материал охлаждается и калибруется в ванне охлаждения или устройстве воздушного охлаждения, а затем нарезается гранулятором на частицы определенной длины для получения мастербатача POM. Режущие инструменты гранулятора должны быть острыми, чтобы обеспечить качество гранул и избежать неравномерности размера частиц или неровных срезов.

Dry

Поскольку смола POM гигроскопична, что может влиять на характеристики и качество обработки мастербатача POM, необходимо сушить гранулированный мастербатч POM. Как правило, используется сушка горячим воздухом или вакуумная сушка для снижения содержания влаги в мастербатче до заданного диапазона, обычно требующего содержания влаги менее 0,1%.

Упаковка

Высушенный мастербатч POM обычно упаковывается в полипропиленовые тканые мешки или герметичные полиэтиленовые пакеты для предотвращения поглощения влаги, загрязнения или попадания примесей при хранении и транспортировке. Для продукции с высокими требованиями к качеству в упаковку можно добавлять силикагель (десикант) для дополнительной гарантии качества продукции.

На всем протяжении производственного процесса необходимо строго контролировать различные технологические параметры, такие как температура, давление, скорость, время смешивания и т. д., а также регулярно проводить контроль качества продукции, включая внешний вид, размер частиц, скорость течения расплава (MFR), механические свойства, электрические свойства, огнестойкость и другие показатели, чтобы гарантировать соответствие произведенного мастербатача POM стандартам качества и требованиям заказчика.

Производственное оборудование

Оборудование для производства мастербатача POM включает следующие основные типы:

1. Высокоскоростной смеситель: используется для тщательного смешивания смолы POM с различными добавками. Благодаря высокоскоростным вращающимся мешалкам материал достигает однородного смешивания за короткое время. Отличается высокой эффективностью и хорошей однородностью смешивания, позволяет регулировать время и скорость смешивания в зависимости от различных рецептур и производственных потребностей.

2. Двухшнековый экструдер: является основным оборудованием для производства мастербатача POM. Состоит из двух взаимодействующих шнеков и выполняет функции транспортировки, смешивания, пластификации, экструзии и т. д. Под действием шнека материал постепенно нагревается, пластифицируется и равномерно смешивается в различных зонах (зона загрузки, зона сжатия, зона гомогенизации) и экструзируется из головки. Двухшнековый экструдер обладает высоким усилием сдвига и транспортирующей способностью, что обеспечивает достаточное перемешивание и стабильную экструзию материалов; подходит для обработки высоковязких и трудно смешиваемых материалов.

3. Ванна охлаждения или устройство воздушного охлаждения: используется для охлаждения и калибровки экструдированного жгутового мастербатача POM. В ваннах охлаждения обычно используется циркулирующая вода, которая быстро снижает температуру мастербатача, позволяя ему быстро затвердевать и формироваться, обеспечивая форму и точность размеров мастербатача. Устройство воздушного охлаждения использует холодный воздух, подаваемый вентилятором, для охлаждения мастербатача; подходит для производства мастербатача POM, чувствительного к влаге, и позволяет избежать влияния влаги на характеристики мастербатача.

4. Гранулятор: нарезает охлажденный жгутовый мастербатч POM на частицы определенной длины. Существуют два распространенных типа грануляторов: горячая резка и холодная резка. Гранулятор горячей резки используется для нарезки материала в термопластичном состоянии; отличается высокой скоростью резки и правильной формой частиц, но требует специализированных систем нагрева и охлаждения. Гранулятор холодной резки используется для нарезки после полного охлаждения материала; обеспечивает высокое качество реза и подходит для нарезки мастербатча различных форм и размеров. Широко применяется.

5. Сушильное оборудование: например, сушилка горячим воздухом или вакуумная сушилка, используемое для удаления влаги из мастербатача POM. Сушилка горячим воздухом нагревает и сушит мастербатч за счет циркуляции горячего воздуха; проста в эксплуатации и обладает высокой эффективностью сушки. Вакуумная сушилка используется для сушки мастербатача POM в вакуумной среде, что позволяет быстро удалять влагу при более низких температурах и предотвращает окисление или деградацию мастербатача POM в процессе сушки. Подходит для применений с высокими требованиями к качеству сушки.

6. Упаковочное оборудование: включает автоматические упаковочные машины, запайщики пакетов и т. д., используемые для упаковки высушенного мастербатача POM. Автоматическая упаковочная машина может автоматически дозировать и упаковывать продукцию по заданному весу или количеству, повышая эффективность и точность упаковки; запайщик используется для герметизации упакованных пакетов, предотвращая поглощение влаги, сырость или загрязнение мастербатача при хранении и транспортировке.

7. Испытательное оборудование: включает измеритель скорости течения расплава (MFR), универсальную испытательную машину, ударный испытательный станок, термогравиметрический анализатор, дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК), анализатор размера частиц, прибор для испытания электрических свойств, прибор для испытания огнестойкости и т. д. Эти устройства используются для контроля и анализа различных показателей характеристик мастербатача POM, чтобы гарантировать соответствие качества продукции стандартам и требованиям заказчика.

8. Оборудование подачи: например, шнековые питатели, системы пневмотранспорта и т. д., используемые для транспортировки смолы POM и добавок из емкостей хранения в бункер высокоскоростного смесителя или двухшнекового экструдера. Оборудование подачи обеспечивает автоматизированную подачу, повышает производительность труда, снижает интенсивность ручного труда и гарантирует стабильность и точность транспортировки материалов.

Соответствующие требования

Экструдер играет ключевую роль в производстве мастербатача POM; ниже приведены некоторые требования к экструдеру:

Пластификационная способность

Смола POM имеет высокую температуру плавления, а вязкость ее расплава чувствительна к температуре и скорости сдвига. Поэтому экструдеры должны обладать достаточной пластификационной способностью для нагрева смолы POM до подходящей температуры обработки и полной пластификации за короткое время, обычно в диапазоне 180–220 °C.

Для обеспечения качества пластификации цилиндр шнека экструдера должен иметь хорошую равномерность нагрева, а точность контроля температуры обычно требуется в пределах ± 2 °C.

Смешивающая способность

Поскольку при производстве мастербатача POM необходимо добавлять различные добавки, такие как армирующие материалы, модификаторы ударопрочности, антипирены и т. д., экструдер должен обладать высокой смешивающей способностью для обеспечения равномерного распределения этих добавок в матрице смолы POM.

Обычно качество смешивания улучшается за счет оптимизации конструкции шнека, например использования специальных элементов смешения и увеличения отношения длины к диаметру (L/D) шнека. Как правило, более подходящим является отношение L/D в диапазоне 25–40.

Стабильность транспортировки

Экструдер должен обеспечивать стабильную транспортировку материала внутри цилиндра шнека для достижения непрерывного и стабильного производства. Это требует высокой точности проектирования и обработки шнека, чтобы избежать таких явлений, как проскальзывание материала, застой или обратный поток.

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; общий диапазон скоростей составляет 50–500 об/мин.

Способность выдерживать высокое давление (в тексте ошибочно указано "напряжение", но контекст указывает на давление)

В процессе производства мастербатача POM материал подвергается высокому давлению внутри экструдера, особенно в головке. Поэтому цилиндр шнека и головка экструдера должны иметь достаточную прочность на давление для предотвращения утечек или повреждения оборудования.

Как правило, требуется, чтобы экструдер выдерживал давление 10–30 МПа.

Коррозионная стойкость

Некоторые добавки могут обладать определенной коррозионной активностью, например антипирены; поэтому детали, контактирующие с материалом, такие как цилиндр и шнек экструдера, должны иметь хорошую коррозионную стойкость для увеличения срока службы оборудования.

Обычно для изготовления этих деталей используется нержавеющая сталь или материалы со специальной обработкой поверхности.

Удобство очистки и обслуживания

Для обеспечения качества продукции и эффективности производства экструдер необходимо регулярно очищать и обслуживать. Поэтому конструкция экструдера должна быть удобной для разборки, очистки и замены изношенных компонентов.

Например, использование конструкции головки с быстрой открывающейся створкой и легко снимаемых шнеков облегчает операторам очистку и обслуживание оборудования.

Применение

Мастербатч POM обладает превосходным комплексом характеристик и широко используется в различных отраслях. Ниже приведены основные области применения:

Автомобильная промышленность

Силовые агрегаты: мастербатч POM может использоваться для производства различных компонентов автомобильных двигателей, таких как шестерни, подшипники, втулки валов и т. д. Его отличная износостойкость, самосмазывающие свойства и механическая прочность обеспечивают стабильную работу этих компонентов в условиях высоких скоростей и нагрузок, снижают износ и трение, повышая эффективность и надежность двигателя.

Детали интерьера: в автомобильных салонах мастербатч POM используется для производства устройств регулировки сидений, стеклоподъемников, каркасов приборной панели и т. д. С помощью технологии литья под давлением из него можно изготавливать детали сложной формы, удовлетворяющие требованиям к точности, прочности и качеству внешнего вида деталей интерьера автомобиля. Кроме того, мастербатч POM обладает хорошей стойкостью к химической коррозии и атмосферостойкостью, что позволяет противостоять воздействию различных химических веществ и УФ-излучения в салоне автомобиля, сохраняя характеристики и внешний вид компонентов.

Бытовая электроника

Разъемы: мастербатч POM обладает отличными электроизоляционными свойствами, механической прочностью и размерной стабильностью, что делает его идеальным материалом для производства электронных и электротехнических разъемов. Это обеспечивает сохранение хороших характеристик электрического контакта при длительном использовании разъема, предотвращая сбои передачи сигнала или возгорания из-за плохого контакта.

Компоненты переключателей: мастербатч POM может использоваться для производства кнопок, ползунков, кронштейнов и других компонентов переключателей. Его отличная износостойкость и упругое восстановление обеспечивают чувствительность касания и стабильную работу переключателя при частом использовании, увеличивая срок службы переключателя.

Машиностроение

Детали трансмиссии: в области механических передач мастербатч POM широко используется для производства деталей трансмиссии, таких как шестерни, зубчатые рейки, звездочки и т. д. По сравнению с металлическими деталями трансмиссии детали из POM имеют преимущества малого веса, низкого уровня шума и отсутствия необходимости в смазке, что снижает эксплуатационные расходы и объем технического обслуживания механических систем. Высокая прочность и износостойкость мастербатача POM также удовлетворяют требованиям большинства механических передач.

Прецизионные детали: благодаря отличной точности размеров и стабильности мастербатч POM может использоваться для производства различных прецизионных механических деталей, таких как детали часовых механизмов, компоненты затворов фотоаппаратов, шестерни копировальных аппаратов и т. д. Эти детали требуют чрезвычайно высокой точности размеров и постоянства характеристик; мастербатч POM позволяет удовлетворить эти требования за счет процессов прецизионного литья под давлением, обеспечивая качество и надежность продукции.

Товары народного потребления

Молнии: мастербатч POM является одним из распространенных материалов для производства молний. Он обладает хорошей износостойкостью, коррозионной стойкостью и гибкостью, что обеспечивает плавное открывание и закрывание молнии при длительном использовании без заеданий и поломок. Кроме того, добавляя различные пигменты, мастербатч POM можно окрашивать в разные цвета для удовлетворения потребностей различных потребителей.

Игрушки: в производстве игрушек мастербатч POM используется для изготовления таких компонентов, как шестерни, шарниры и корпуса игрушек. Его характеристики безопасности, нетоксичности, яркости цветов и хорошей формообразуемости обеспечивают высокое качество и привлекательный внешний вид игрушек, а также гарантируют безопасность и долговечность игрушек при использовании.