ПТФЭ-матербатч представляет собой гранулированное сырье, состоящее преимущественно из политетрафторэтилена (ПТФЭ), обладающее различными превосходными свойствами и широко применяемое в таких отраслях, как химическая, электронная, электротехническая и медицинская промышленность. В связи с постоянным ростом мирового спроса на высокоэффективные материалы рынок ПТФЭ-матербатча также демонстрирует благоприятную тенденцию развития. Ожидается, что объем мирового рынка фторполимерных матербатчей достигнет 520 млн долларов США в 2024 году при среднегодовом темпе роста более 3,5% в период с 2024 по 2032 год.

Типы

ПТФЭ-матербатч (политетрафторэтилен) обычно классифицируется в зависимости от области применения, эксплуатационных характеристик и добавленных компонентов; основными типами являются следующие:

Универсальный ПТФЭ-матербатч

Это наиболее распространенный тип, обладающий базовыми характеристиками ПТФЭ, такими как отличная стойкость к химической коррозии, низкий коэффициент трения, хорошая электроизоляция и термостойкость.

Подходит для различных областей с базовыми требованиями к свойствам ПТФЭ, таких как обычная модификация пластмасс, добавки для покрытий и т. д.; позволяет повысить износостойкость, коррозионную стойкость и самосмазывающие свойства изделий.

Усиленный ПТФЭ-матербатч

В смолу ПТФЭ добавляются стекловолокно, углеродное волокно, графит и другие армирующие материалы для повышения механической прочности, твердости, износостойкости и других свойств.

Обычно используется для изготовления высокоэффективных механических компонентов, таких как подшипники, поршневые кольца, уплотнения и т. д., которые выдерживают более высокое давление и трение, что продлевает срок их службы.

Электропроводящий ПТФЭ-матербатч

Путем добавления электропроводящих наполнителей, таких как технический углерод, металлический порошок и т. д., ПТФЭ-матербатч приобретает хорошую электропроводность.

Преимущественно используется в ситуациях с особыми требованиями к электростатическому разряду и электромагнитному экранированию, таких как корпуса электронных устройств, упаковочные материалы и компоненты в производственных средах, чувствительных к статическому электричеству; эффективно предотвращает накопление статического электричества и электромагнитные помехи.

Смазочный ПТФЭ-матербатч

Этот тип матербатча обычно содержит соответствующее количество смазочного материала, что дополнительно снижает коэффициент трения ПТФЭ и улучшает его смазывающие свойства.

Обычно используется для изготовления различных изделий, требующих низкого коэффициента трения, таких как пластиковые направляющие, конвейерные ленты, компоненты текстильного оборудования и т. д.; позволяет снизить энергопотери и повысить эффективность работы оборудования.

Радиационно-стойкий ПТФЭ-матербатч

Благодаря специальному проектированию рецептуры и обработке обладает хорошими свойствами радиационной стойкости.

Преимущественно используется в ядерной энергетике, аэрокосмической отрасли и других сферах, где материалы должны выдерживать высокоинтенсивное излучение без деградации свойств; отвечает требованиям соответствующего оборудования и компонентов в особых условиях эксплуатации.

Соотношение рецептуры

Соотношение компонентов в рецептуре ПТФЭ-матербатча может варьироваться в зависимости от типа и требований к применению. Ниже приведены примеры приблизительных соотношений для нескольких распространенных типов ПТФЭ-матербатча:

Универсальный ПТФЭ-матербатч

Смола ПТФЭ: 80% – 95%

Диспергатор: 3% – 10%

Антиоксиданты: 0,5% – 2%

Другие добавки: 0,5% – 5% (например, стабилизаторы старения, смазочные материалы и т. д.)

Усиленный ПТФЭ-матербатч

Смола ПТФЭ: 60% – 80%

Армирующий материал: 15% – 30% (например, стекловолокно, углеродное волокно и т. д.)

Связующий агент: 1% – 5% (используется для усиления адгезии между материалом и смолой ПТФЭ)

Диспергатор: 3% – 8%

Другие добавки: 1% – 5% (например, антиоксиданты, смазочные материалы и т. д.)

Электропроводящий ПТФЭ-матербатч

Смола ПТФЭ: 70% – 90%

Электропроводящий наполнитель: 5% – 20% (например, технический углерод, металлический порошок и т. д.)

Диспергатор: 3% – 10%

Другие добавки: 1% – 5% (например, антиоксиданты, антистатики и т. д.)

Смазочный ПТФЭ-матербатч

Смола ПТФЭ: 75% – 90%

Смазочный материал: 5% – 15% (например, силиконовое масло, сложные эфиры жирных кислот и т. д.)

Диспергатор: 3% – 10%

Другие добавки: 1% – 5% (например, антиоксиданты и т. д.)

Радиационно-стойкий ПТФЭ-матербатч

Смола ПТФЭ: 70% – 85%

Радиационно-стойкие добавки: 10% – 20% (например, определенные оксиды металлов, соединения редкоземельных элементов и т. д.)

Диспергатор: 3% – 10%

Другие добавки: 1% – 5% (например, антиоксиданты и т. д.)

Следует отметить, что вышеуказанные соотношения приведены исключительно в справочных целях. В реальном производстве необходима оптимизация и корректировка на основе конкретных требований к изделию, производственных процессов и характеристик сырья. Кроме того, рецептуры разных производителей могут иметь определенные различия.

Производственный процесс

Процесс производства ПТФЭ-матербатча обычно включает несколько этапов, таких как подготовка сырья, смешивание, экструзия, охлаждение, гранулирование и т. д. Ниже приведено подробное описание:

1. Подготовка сырья

Выберите подходящую смолу ПТФЭ и подготовьте соответствующие добавки в зависимости от типа матербатча, такие как диспергаторы, антиоксиданты, армирующие материалы, электропроводящие наполнители, смазочные материалы, радиационно-стойкие добавки и т. д. Убедитесь, что чистота, размер частиц, характеристики и другие показатели сырья соответствуют производственным требованиям; проведите сушку для удаления влаги и предотвращения образования пузырей или ухудшения свойств изделия в процессе переработки.

2. Смешивание

Добавьте смолу ПТФЭ и различные добавки в высокоскоростной смеситель согласно заданному соотношению рецептуры для тщательного перемешивания. Благодаря перемешиванию добавка равномерно диспергируется в смоле ПТФЭ, обеспечивая однородность свойств матербатча. Для некоторых труднодиспергируемых добавок может потребоваться предварительная дисперсия или специальные процессы смешивания, такие как использование со-диспергаторов или увеличение времени перемешивания.

3. Экструзия

Загрузите смешанные материалы в экструдер. Экструдер постепенно плавит и пластифицирует материал внутри цилиндра за счет нагрева и вращения шнека. ПТФЭ имеет высокую температуру плавления и обычно перерабатывается при температурах выше 300 °C. Поэтому система нагрева и конструкция шнека экструдера должны соответствовать требованиям переработки ПТФЭ. В процессе экструзии необходимо контролировать такие параметры, как температура, скорость вращения шнека и давление, чтобы обеспечить равномерную экструзию материала и достичь хорошего эффекта пластификации.

4. Охлаждение

Материал, выходящий из экструдера, находится в расплавленном состоянии и требует быстрого охлаждения и формования с помощью охлаждающего устройства. Существуют два распространенных метода охлаждения: воздушное и водяное охлаждение. Воздушное охлаждение использует конвекцию воздуха для отвода тепла, постепенно охлаждая и затвердевая материал; водяное охлаждение представляет собой процесс охлаждения экструдированного материала через водяную ванну или распылительное устройство с высокой скоростью охлаждения. Однако следует обращать внимание на контроль температуры охлаждающей воды во избежание возникновения внутренних напряжений или дефектов поверхности изделия из-за слишком быстрого охлаждения.

5. Гранулирование

Охлажденный материал гранулируется по необходимости. Существует несколько методов гранулирования, наиболее распространенными являются горячая и холодная резка. Горячее гранулирование — это процесс нарезки материала на гранулы вращающимся инструментом, пока он находится в горячем и мягком состоянии; холодное гранулирование — это процесс охлаждения материала до комнатной температуры перед нарезкой и гранулированием. В процессе гранулирования необходимо контролировать размер, форму и однородность частиц для удовлетворения потребностей различных потребителей.

6. Просеивание и упаковка

После гранулирования ПТФЭ-матербатч просеивается для удаления слишком крупных или слишком мелких частиц, а также возможных примесей. Затем соответствующие требованиям матербатч упаковывается, обычно в герметичную упаковку, чтобы предотвратить поглощение влаги или загрязнение другими факторами, что может повлиять на его свойства и эффективность.

На протяжении всего производственного процесса необходимо строго контролировать технологические параметры каждого этапа и проводить контроль качества, чтобы гарантировать стабильность свойств и высокое качество производимого ПТФЭ-матербатча. В то же время, учитывая сложность переработки ПТФЭ, производственный процесс также требует оптимизации и корректировки в соответствии с фактическими условиями для адаптации к различным требованиям к изделию и условиям производства.

Производственное оборудование

Оборудование для производства ПТФЭ-матербатча включает смесительное оборудование, экструзионное оборудование, охлаждающее оборудование, гранулирующее оборудование, просеивающее оборудование и т. д. Ниже приведено подробное описание:

1. Смесительное оборудование

Высокоскоростной смеситель: используется для тщательного смешивания смолы ПТФЭ с различными добавками. Имеет быстро вращающиеся мешалки, обеспечивающие однородное перемешивание материалов за короткое время. Степень смешивания контролируется регулировкой скорости вращения и времени перемешивания.

Двухпланетарный смеситель: для некоторых рецептур, требующих высокой однородности смешивания, двухпланетарный смеситель является распространенным оборудованием. Его уникальная планетарная мешалка создает сложные траектории движения материалов в процессе смешивания, обеспечивая более тщательное и равномерное перемешивание, особенно подходящее для добавок с малым содержанием, но строгими требованиями к дисперсии.

2. Экструзионное оборудование

Одношнековый экструдер: подходит для производства обычного универсального ПТФЭ-матербатча. Его конструкция проста и удобна в эксплуатации. Материал продвигается вперед за счет вращения шнека и плавится/пластифицируется под действием нагрева и сдвига. Однако для высоковязких материалов, таких как ПТФЭ, отношение длины к диаметру (L/D) и степень сжатия шнека требуют специальной разработки, чтобы обеспечить полную пластификацию и экструзию материала.

Двухшнековый экструдер: обычно используется для производства высокоэффективного или специально рецептурного ПТФЭ-матербатча. Двухшнековый экструдер обладает хорошей способностью к транспортировке материала и эффективностью смешивания, что позволяет более эффективно диспергировать добавки и армировать материалы, повышая однородность свойств матербатча. Кроме того, он может адаптироваться к различным производственным потребностям, таким как более высокая производительность и более сложные рецептуры, путем изменения конфигурации шнеков и технологических параметров.

3. Охлаждающее оборудование

Система воздушного охлаждения: состоит из вентиляторов, воздуховодов и т. д., охлаждает экструдированный материал за счет принудительной конвекции воздуха. Система воздушного охлаждения имеет простую конструкцию, низкую стоимость и подходит для случаев, когда не требуется высокая скорость охлаждения. Она позволяет избежать проблемы остаточной влаги, возникающей при водяном охлаждении, и способствует поддержанию стабильности свойств ПТФЭ-матербатча.

Система водяного охлаждения: обычно включает водяную ванну, систему орошения, циркуляционный насос и т. д. Метод водяного охлаждения обеспечивает высокую скорость охлаждения и эффективно повышает производительность труда, но требует полной системы циркуляции воды и водоочистки для предотвращения загрязнения изделия примесями в воде. В то же время необходимо контролировать температуру охлаждающей воды во избежание проблем с качеством изделия.

4. Гранулирующее оборудование

Гранулятор горячей резки: состоит из режущих инструментов, приводных устройств, нагревательных устройств и т. д. Когда материал находится в горячем и мягком состоянии, экструдированный материал нарезается на гранулы вращающимся инструментом. Горячее гранулирование имеет преимущества высокой производительности и правильной формы частиц, но вызывает значительный износ режущих инструментов, требуя их регулярной замены и точного контроля температуры и скорости резки для обеспечения качества гранул.

Гранулятор холодной резки: обычно состоит из режущих инструментов, подающих устройств, охлаждающих устройств и других узлов. Сначала охлажденный материал транспортируется к месту резки, а затем нарезается на частицы режущим инструментом. Холодное гранулирование обеспечивает высокую точность размера частиц и хорошее качество поверхности, но имеет относительно низкую производительность, что делает его подходящим для случаев с высокими требованиями к качеству частиц и низкой производительностью.

5. Просеивающее оборудование

Вибрационный грохот: использует вибрацию, создаваемую вибромотором, для просеивания частиц на сите. Регулируя частоту вибрации, амплитуду и размер ячеек сетки, можно отбирать ПТФЭ-матербатч различных фракций, удаляя слишком крупные или мелкие частицы и примеси, обеспечивая однородность размера частиц изделия.

Аэросепаратор: использует воздушный поток в качестве движущей силы; частицы просеиваются через сито под действием воздушного потока. Аэросепарация имеет преимущества высокой точности просеивания и низкой забиваемости ячеек сетки, особенно подходит для просеивания мелкодисперсного ПТФЭ-матербатча. Однако конструкция оборудования относительно сложна, а эксплуатационные расходы высоки.

6. Упаковочное оборудование

Автоматическая упаковочная машина: способна автоматически выполнять процессы упаковки, такие как дозирование, наполнение и запечатывание. В зависимости от различных спецификаций и требований к упаковке можно выбирать различные типы автоматических упаковочных машин, такие как машины для упаковки порошков, гранул и т. д. Автоматические упаковочные машины повышают эффективность упаковки, обеспечивают единообразие качества упаковки и снижают загрязнение и ошибки, вызванные ручными операциями.

Помимо основного оборудования, упомянутого выше, в процессе производства ПТФЭ-матербатча может также потребоваться вспомогательное оборудование, такое как сушильное оборудование для сырья, дозирующее оборудование и транспортное оборудование, чтобы обеспечить бесперебойный ход всего производственного процесса.

Соответствующие требования

ПТФЭ (политетрафторэтилен) обладает такими характеристиками, как высокая температура плавления, высокая вязкость и низкий коэффициент трения. Поэтому при производстве ПТФЭ-матербатча к экструдеру предъявляются следующие специальные требования:

Конструкция шнека

Отношение длины к диаметру (L/D): для пластификации ПТФЭ требуется более длительное время и большее усилие сдвига, поэтому обычно используются шнеки с большим отношением L/D, как правило, от 25 до 32. Это увеличивает время пребывания материала в зоне шнека, позволяя ему полностью расплавиться и пластифицироваться.

Степень сжатия: из-за значительного изменения объема ПТФЭ до и после плавления требуется соответствующая степень сжатия для обеспечения уплотнения и пластификации материала. Степень сжатия обычно составляет от 3 до 5, конкретное значение необходимо корректировать в зависимости от типа и рецептуры ПТФЭ.

Форма витка: для эффективной транспортировки и создания сдвигающего воздействия на материал ПТФЭ форма витка шнека обычно проектируется со ступенчатым или постепенным изменением. Ступенчатые витки могут создавать значительные усилия сдвига на коротком участке, что благоприятно для пластификации ПТФЭ, но может вызывать существенное повреждение материала; плавные (градиентные) витки действуют более мягко и подходят для рецептур ПТФЭ, чувствительных к сдвигу.

Система нагрева и охлаждения

Метод нагрева: температура переработки ПТФЭ относительно высока, обычно от 300 °C до 400 °C, поэтому экструдер должен быть оснащен эффективной системой нагрева. Распространенные методы нагрева включают электронагрев и нагрев термомаслом. Электронагрев имеет преимущества быстрой скорости нагрева и точного контроля температуры; нагрев термомаслом характеризуется равномерностью температуры и хорошей стабильностью, подходит для крупных экструдеров.

Система охлаждения: в процессе экструзии требуется хорошая система охлаждения для предотвращения перегрева материала. Обычно используется водяное или воздушное охлаждение, реализуемое путем установки охлаждающих рубашек или вентиляторов на цилиндре. Конструкция системы охлаждения должна обеспечивать равномерное охлаждение и избегать локального перегрева или переохлаждения, что может повлиять на качество изделия.

Выбор материалов

Материал цилиндра и шнека: из-за сильной химической коррозионной активности ПТФЭ цилиндр и шнек экструдера должны быть изготовлены из коррозионностойких материалов, таких как никелевые сплавы, нержавеющая сталь и т. д. Эти материалы обладают не только хорошей коррозионной стойкостью, но и выдерживают высокие температуры и давления, обеспечивая нормальную работу экструдера.

Материал уплотнений: для предотвращения утечки материала ПТФЭ уплотнительные материалы экструдера должны обладать термостойкостью, износостойкостью и хорошими герметизирующими свойствами. Распространенные уплотнительные материалы включают политетрафторэтилен, углеродное волокно и т. д. Эти материалы могут использоваться для изготовления уплотнительных колец, прокладок и других компонентов, устанавливаемых в местах соединения цилиндра и шнека, а также на загрузочном отверстии.

Приводная система

Требования к мощности: высокая вязкость ПТФЭ требует больших затрат энергии для процесса экструзии, поэтому трансмиссионная система экструдера должна иметь достаточный крутящий момент и мощность. Обычно используются мощные электродвигатели и редукторы для привода шнека, обеспечивающие стабильную работу при высоких нагрузках.

Точность передачи: для обеспечения стабильности объема экструзии и единообразия качества изделия трансмиссионная система должна обладать высокой точностью передачи. Использование высокоточной зубчатой передачи или синхронного ремня позволяет снизить погрешности передачи и повысить стабильность скорости вращения шнека.

Система управления

Контроль температуры: точный контроль температуры является ключевым фактором при производстве ПТФЭ-матербатча. Система управления экструдера должна быть оснащена высокоточными датчиками температуры и регуляторами, которые могут в реальном времени контролировать и регулировать температуру каждой секции цилиндра, обеспечивая колебания температуры в пределах ± 1 °C.

Контроль скорости шнека: скорость вращения шнека напрямую влияет на объем экструзии и эффект пластификации материала, поэтому требуется точный контроль скорости шнека. Система управления обычно использует технологию частотного регулирования, позволяющую гибко изменять скорость шнека в соответствии с производственными потребностями и обеспечивающую хорошую стабильность скорости.

Контроль давления: в процессе экструзии изменения давления материала могут влиять на качество и выход годной продукции. Система управления экструдера должна уметь контролировать давление экструзии в реальном времени и стабилизировать давление путем регулировки таких параметров, как скорость шнека и подача сырья, чтобы избежать дефектов изделия из-за чрезмерных колебаний давления.

Применение

ПТФЭ-матербатч обладает отличной коррозионной стойкостью, термостойкостью, низким коэффициентом трения и хорошими электроизоляционными свойствами, поэтому широко применяется в различных отраслях. Ниже приведены основные области применения:

Модификация пластмасс

Повышение коррозионной стойкости: для некоторых пластиковых изделий, контактирующих с агрессивными средами, добавление ПТФЭ-матербатча может значительно повысить коррозионную стойкость пластика. Например, добавление ПТФЭ-матербатча в пластиковые изделия, такие как химические трубопроводы и резервуары для хранения, позволяет сохранять хорошие эксплуатационные характеристики и продлевать срок службы пластика при длительном воздействии агрессивных веществ, таких как кислоты, щелочи и соли.

Снижение коэффициента трения: ПТФЭ-матербатч может снизить коэффициент трения пластиков, придавая им хорошие самосмазывающие свойства. Эта характеристика широко используется в пластиковых изделиях, таких как механические детали, подшипники и шестерни, что позволяет уменьшить трение и износ между деталями, повысить механический КПД и снизить энергопотребление.

Повышение термостойкости: ПТФЭ обладает высокой термостойкостью, добавление ПТФЭ-матербатча может повысить температуру тепловой деформации пластика и допустимую температуру длительного использования. Например, добавление ПТФЭ-матербатча в пластиковые компоненты вокруг автомобильных двигателей позволяет сохранять хорошую размерную стабильность и механические свойства в высокотемпературных средах.

Провода и кабели

Изоляционная защита: ПТФЭ-матербатч обладает отличными электроизоляционными свойствами и стойкостью к высоким и низким температурам, может использоваться для производства изоляционных слоев проводов и кабелей. В некоторых применениях с высокими требованиями к электрическим характеристикам, таких как аэрокосмическая отрасль, военная техника, высокотехнологичное электронное оборудование и т. д., изоляционный слой из ПТФЭ-матербатча обеспечивает безопасную и надежную передачу тока в проводах и кабелях в сложных условиях окружающей среды.

Химическая коррозионная стойкость: в некоторых агрессивных химических средах, таких как нефтехимия, гальваника и другие отрасли, провода и кабели легко подвергаются коррозии химическими веществами. Изоляционный слой из ПТФЭ-матербатча обладает хорошей химической коррозионной стойкостью, защищая провода и кабели от коррозии и продлевая срок их службы.

Краски и покрытия

Антипригарное покрытие: ПТФЭ-матербатч является одним из ключевых компонентов для приготовления антипригарных покрытий. В таких областях, как кухонная посуда, оборудование для пищевой промышленности и т. д., использование антипригарных покрытий с содержанием ПТФЭ-матербатча обеспечивает хорошие антипригарные свойства поверхности изделий, облегчает очистку, предотвращает прилипание пищи или других веществ к поверхности, повышает эффективность работы и соответствует стандартам безопасности пищевых продуктов.

Антикоррозионное покрытие: мастербатч PTFE может использоваться для приготовления антикоррозионных покрытий, наносимых на поверхности металлов, бетона и других материалов. Он эффективно предотвращает коррозию основы под воздействием таких агрессивных веществ, как кислоты, щелочи и соли, защищает материал основы и продлевает срок его службы. Например, антикоррозионные покрытия на основе PTFE широко применяются в судостроении, мостостроении и строительстве.

Волокно

Высокотемпературные волокна: добавление мастербатча PTFE в процесс производства волокон позволяет получать высокотемпературные волокнистые материалы. Такие волокна обладают хорошей термостойкостью и стабильностью, что позволяет использовать их в высокотемпературных средах, например, при производстве защитной одежды для работы при высоких температурах и фильтрующих материалов для аэрокосмической отрасли, пожаротушения, металлургии и других областей.

Коррозионностойкое волокно: волокно PTFE обладает отличной коррозионной стойкостью и может использоваться для изготовления фильтровальных тканей, разделительных мембран и т.д. в химической промышленности, экологии и других отраслях. Эти волоконные изделия стабильно работают в агрессивных средах, таких как сильные кислоты и щелочи, эффективно фильтруют и разделяют различные вещества, повышая производительность и качество продукции.