聚丙烯旋转成型浆液料粘结和干燥工艺研究

中国塑料聚丙烯旋转成型浆液料粘结和干燥工艺研究王晓，聂群莲。许家瑞中山大学化学与化工学院材料科学研宄所，聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室，广东广州510275结扣，为，实验结果如叩随着加热温削5上升。浆液料的个流，时间，1和干燥时间。都下降，不流挂，间控制着干燥时间的长短。在旋转成型工艺的烘干粘结预制段。提高生产效率的关键是缩短流挂阶段的时间。可以采用两段加热温度处理法有效地提高生产效率。
塑料的旋转成型既具有悠久的历史，新近又得到长足的发展近年来发展的栏要方向足原料品种通叫化。如粉状聚乙烯粉状聚丙烯等已被广泛用于旋转成型的加工；制品尺寸大型化制品形状复杂化等旋转成型的原料研究是该项工艺研究的个重要方面。近年来，水性旋转成型浆液料已得到相当多的研究30.其目的在于获得多组分多相结构的制品，更好地提柬品的各项性能。
水性聚液料的成型过程与粉状料的成型过程有所不同，中间必须有个烘干粘结预制段，使得水分充分逸出，同时浆液料则粘结干燥成为预制件。
本工作系统地考察了以粉状聚丙烯为原料以羧甲基纤维素化，为稳定剂的旋转成型幸毫显诔尚，过程中的粘结和干燥行为，为浆液料旋转成型的工艺控制提供理论指导。
1浆液法旋转成型的工艺路线浆液法旋转成型的1艺路线通常的粉状物料的成型工艺路线是不同的。浆液法的工艺过程可以分成几个阶段收稿日期2，5121浆液配制通过机械混合，将。定比例的粉状烘粘结预制梭中旋转浆液置于模具中，物料在模具中边旋转，边加热。在加热过程中适当控制温度，使粉料树脂不致被熔融。为了提生产效率，可以把加热温度提高到或超过树脂的熔融温度，由于水的存在，只要控制好加热时间，并不会使树脂恪融。
在本工艺段的初期，由于浆液具有流动性浆液会随着模具的旋转流动。随着加热过程的进行，水分会逐步挥发蒸发，浆液逐步变稠，粘结在模具上。但是，由于增浓了的浆液仍然具有定的流动性，故会产生流挂现象如通常的涂料涂敷所到的样。随着加热过代的继续进厅，流挂现象后消火。继续加热，物料会达到千燥状态，而且由于河，恼辰嶙饔茫，辰，在梭具上。
通过本1艺段，仲得水分充分逸出除去。物料得到烘干。由于稳定剂具有粘结作用，物料在边旋转边烘干的过程中成型粘结在模具上，但暂时不熔融，形成预制件。
熔融塑化模中旋转将加工温度提高到物料中粉状树脂的熔融温度，使物料熔融，熔融的物料在模中边旋转。，边塑化而形成均匀的体系冷却成艰模旋转通过然冷却或强迫冷却的方法，边旋转，边使模具冷却。模中熔融物料随之冷却成型。
脱模冷却成型的制品脱模而成为产品。
粉状树脂幸航橹剩ㄋ，玻纤或粉状填料稳定剂添加剂偶联剂等机械混合浆液料入模旋转加热烘干成型预制件模中旋转熔融冷却脱模成型2实验部分2.1原料聚丙烯400，粉料，80150目，茂名石化总公司出品；羧甲基纤维素冗河，化学纯，广州####2.20水溶液和浆液的配制羧甲基纤维素河，水溶液的配制方法如下根据所配制的0，水溶液的浓度计算好添，旱，质量和水的体积，准确称取所需的，河质量，置于预先量好体积的水中，微热，搅拌直至全部溶解，冷却待用涸谔逑抵衅鹱沤，何榷，恋淖饔谩＝，旱，主要成分是聚丙烯粉料，m0面处理剂和水。水是幸旱慕橹省，浆液的配制方法如下将面处理剂与聚丙烯粉料边混合，边搅拌。
至衣面处理剂充分浸润聚丙烯粉料颗粒之后，按比例倒入预先配制好的具有预定浓度的鼙边倒入，边搅拌。充分混合之后，即得到所需的，2.3基本配方，液料的基本配方如1.
组分用量剂和稳定剂的作用是改善浆液的分散性及稳定性。
溶液浓度的定义与文献6相同，这里不再赘述。
而本文以下的26中，0.5液语在1的配方中，河，芤海ㄖ肝醇尤，前的浓役。为0.55，其公也类似。
2.4浆液料粘结和干燥行为的研究实验由于旋转成型的设备庞大，若在其上做大量的系列实验，无论从成本上时间上人力物力上都有很大困难。所以，必须把实验规模缩小，通过设计模拟实验来取得大量的数据。本实验采用将定量的浆液料涂敷于载玻片上，置于烘箱中加热的方法，来研究其粘结和干燥行为，2.5不流挂时间的测定液199420150入，8！6，咖既伽此，命1肠！麦馘晨恶落，魏盂；心，孟猫毙中按设加热温度X加热温度C加热湍度c加热温度t定的温度加规在预定的时间达到时将载玻片竖起90，观察其流挂现象圮否发生不断地重复这种实验，直至流挂现象不发生为止，后次所需的时间就是幸涸诟眉尤任露认碌牟涣鞴沂奔，2.6干燥时间的测定将测定了不流挂时间的试样继续在恒温下加热测定其质变化，直唯试样达到平衡干燥，质量不1赛变化。试样达到平衡千燥所需的，间就是浆液在该加热温度下的千燥时间。
3结果与讨论3.1浆液料粘结和干燥的两个阶段仃细观察浆液料体系在加热状态下其水分挥发蒸发的过程，发现可以将其分成两个阶段，第是流挂阶段，即不粘结阶段，第是粘结烘干阶段。浆液料是以水为介质的流体在未加热之前，以及在加热开始段相当长的时间内，浆液料具有流动性。虽然在模具平放时幸禾逑悼梢圆涣鞫蹦＞咔阈被蜃定角度时，浆液料就会产生流动，即使浆液料的粘度很大，也会产生涂料涂敷时经常出现的流挂现象。浆液料中禽，浆液稳定剂圮利中粘结作用的物质。当浆液料受热，其水分扑发蒸发浆液料会逐步变稠，流动性会逐步变差，至定程度会变成粘稠液体粘结在模具面上。随着加热过程的进行，粘稠液体的流挂现象逐步变弱，直至完全不流挂。这时就进入了粘结烘干阶段浆液体系在完全不流找时，仍留有相当多的水分。继续加热，会使体系逐步干燥，后水分全部逸出，留下的，则逐步干燥固化。
至此，粘结烘干阶段才完成。在旋转成型的工艺中，这时就达到烘干粘结预制段的完成状态，此时，物料粘结在模具上。对加热温度和时间的控制可以使聚丙烯树脂物料的主要成分暂时不致熔融，而是以粉料的形式依照模具的形状粘结，形成倾制件，为下步的馆融塑化段做好准备。，由于具有粘结作用，在旋转成型工艺中同时也是种成型粘结剂3.2浆液料不流挂时间和干燥时间的共同特征干燥时间与加热温度的关系曲线。从这些可以出，不流挂，间，曲线均处于丁燥时间1线的左边，换言之，在同条曲线中，对于所有的不流挂时间即不流挂时间4总是比干燥时间小。这进步证明了前面3.1节对于浆液料粘结和干燥行为的描述和分析，即其第阶段是流挂阶段，第阶段才是粘结烘干阶段。在流挂阶段的后期，浆液料逐步，浓，流挂现象逐步减弱，以至后不流挂。浆液料在增浓至不流挂之后，尚未完全干燥，通过继续加热，才能达到干燥状态。
3.3加热温度对浆液料粘结和干燥行为的影响些可以总结出加热温度对不流挂时间，和干燥时间影响的特点随着加热温度的上升，不同，河，ǘ鹊慕，料的不流挂时间干燥时间以都下降，而且不同1浓设的浆液料的7，曲线的变化规作相似。
不论01浓度是多少，浆液料的7以曲线和7曲线邡可以大概分成两个区域较低加热温度区称之为1域1和较，1加热以度区称之为区域。较低加热温度区为加热温度低于约80时的7和曲线，而较高加热温度区为加热温度高厂约80，的7和1线在较低加热温度区区域随着加热温度的上升，不流挂时间，和千燥时间；迅违1降。这部分的线陡峭；似是。总间的实际数值较大，而且随着加热温度的升高，的下降速率也较大。而在较高加热温度区区域，随着加热温度的上升，不流挂时间，和干燥时间的变化不是很剧烈，在140，以后的变化更是缓慢，这部分的曲线较为平坦，但是，总的来说。不流挂，和干燥时间如的实际数值却相对较小。换言之，在区域内，不流挂时间和干燥时间如的实际数值较小，而随着加热温度的升高0的下降速率也较小。
了曲线的形状基本相同。
在此，我们根据3.1节对浆液料的粘结和干燥过程的观察描述，并应用结合水和非结合水的概念，先对述+，浓度的浆液料的曲线所具有的规律进行分析解释。至于曲线，则在下节继续进厅分析可以以不同的形态存在，以不同的方式与固体相结合。
借化学力或物理化学力与固体相结合的水统称为结合水，当物料中含水较多时，除部分水与固体形成结合水外，其余的水只是机械地附着在固体面或颗粒堆积层中的大空隙中不存在毛细管力，这些水称为非结合水。
结合水的性质与纯水的性质是有所不同的，但非结合水的性质则与纯水的相同。与非结合水相比，结合水在体系中较难逸出。非结合水的挥发和蒸发速率比结合水大，对温度变化的敏感性也比结合水大。
无论加热温度是高是低，浆液料体系在开始受热的时候，水分的挥发和蒸发是非结合水的挥发和蒸当选择较低的加热温度，尤其是加热温度处于较低温度加热区区域80，以下时，水分的逸出主要是以挥发的形式出现由于在这种情况下非结合水的挥发速率小，所以，要把大部分非结合水除掉所需的时间就较长，在这种温度下，在相当长的段时间内，体系处于流挂阶段，现为不流挂时间。数值大。
若在区域1内选择较高的加热温度，由于非结合水对温度有较大的敏感性。其挥发违率变大。+流挂时间。也就缩短得比较快，现为。在区域1中下降得比较快，曲线在区域1内比较陡峭。
总的来说，在区域1内，不流挂时间是比较长的。
因为此时加热温度总的来讲比较低，水的挥发速率相对来讲也是比较小。
当加热温度选择在较高温度加热区区域时，相对厂较低温役加热区呕域彡而言温度的升幅度大，1结合水的逸出速率明大，所的不流挂时间，就会明显变小。当加热温度超过100，之后，水体系中存在温度梯度，这种转变是逐步进行的，而且有定的滞后效应。水分的逸出速率就会变得更大，不流，间4也就更加缩短。
因此，与区域1的情形相比，在区域内，不流挂，间明变小然而，在较高加热温度区，不流挂时间随着温度增加的变化率却不大。这就现为曲线；在1域中得比较平扼，变化缓慢，造成这种现象的原2式以蒸发为主，所以，此时非结合水的逸出速率很高，大部分非结合水在很短的时间内己经迅速蒸发掉。
剩下要除掉的是结合水的部分山于结介水经常以化学力或物理化学力与固体结合，因此，较难出去，即使在较高的温度下，其逸出速率也增加不大，这样，就现为2，曲线在较高加热温度区趋于平坦。
由此可，加热温度的升高有利于提高物料千燥而。力0热温度增高到定的程度之耵，其。燥效率己经不明从。此时继续升高总义不大。反而会造成能量的浪费成本的提高。因此，在生产过程中，加热温度的选应该权衡生产率和成本两者之间的关系，既处于较加热温度区，不穴过。
关于浆液中不同，加入量在配方中现为，芤旱呐ǘ醛，+同对浆液的粘结和干燥为的彩响，限尸篇幅将文讨论3.4流挂控制，液料的千燥时间包括两部分，部分即为不流挂时间，另部分即为体系从不流挂状态转变为干燥状态的时间。
4称为后千燥时间。不流挂时间，的是前面所述的流挂阶段所需的时间，而后干燥时间的是粘结烘干阶段所需的时间。
由2可，对于不同的，浓度的浆液料，其，和化曲线形状基本相换言之两条曲线分，在较低加热温度区和较高加热温度区大致平亍。
并且，曲线7均处于曲线7，的右边。这明，对干燥时间贡献大的是不流挂时间，而不是后干燥，间么，设存在两种体系5.体系则体系。4的会比体系5的小，而实验事实明，不管0，1的浓度是多少，对于不流挂时间大的体系，相应地，其干燥时间也大，从而使得体系的，和了曲线形状基本致，并没有出现，大幸毫系恼辰岣稍锕，讨校，云涓稍锸奔洇amp；的影响，以不流，间为主。即+流挂时间控制着十燥时间化的长短。或者更确切地说，粘结和干燥过程是流挂控制关于流挂控制的原因，也可以采用结合水和非结合水的概念进行解释。
不粘结阶段和粘结烘干两个阶段。千燥时间是这两个阶段所需时间的总和。浆液料体系只有在先经历7流，阶段把大部分非结合水除掉之后。才1能迸入粘结烘千阶段，继续把剩下不多的1结合水和在流挂阶段无法去除的结合水除掉，因此，在同加热温度下，只有先达到不流挂时间4点之后，才会达到干燥时间点，这是流挂控制的首要原因。
在达到不流挂时间4之前，浆液料体系的粘度低，非结合水占很大比例，因此，流挂阶段所需的时间般较长。不流挂，间，4较大。这以流1；拉制的另个原因。
两条曲线分别在较低加热温度K和较高加热温度区大致平行的事实，明在区域1和区域，后干燥时间的数值备自变化不大，这说明。结介水，于加热温度敏感性不大，尤其是与非结合水相比，更是如此。
后干燥，间上；的数伉也不足成不变的，仔细观察。还可以发现，虽然厂和厂，线形状比较致，但两条曲线间的距离，在较高加热温度区比在交低加热温度区要小。更确切地说，在较低加热温度区，两条曲线保持较大的平行距离；进入较高加热温度区之后，两条曲线虽然平行，但彼此的距离较小；在较高加热温度区的后部5即当加热温度达到180，以上时，两条曲线的距离变得很近，己开始有不平行的趋势，不过此时己到了曲线的终结处。从2可，相对尸加热温度比较低的情况，高的加热温度下体系的比较小。如在26中，401时体系的约为341.18，体糸的，约为7这也可以结合水和非结合水的即。论来解释，在粘结烘干阶段，体系中的水分主要以结合水的形式存在=总较低加热温度区是这样，在较高加热温度区，即使加热温度己经超过100，在相当大的段区域内，也会如此。由于体系中温度梯度的存在，加热温度和体系的实际温度会有差别，更增大了非结合水难以逸出的温度区间。只有在高的加热温度下，般在加热温度达到180以上时，己经到达不流挂状态的体系中的结合水才比较容易逸出，因而体现为变短。
相对于非结合水而言，结合水对于加热温度敏感性不大，但是，在高的加热温度下，仍然具有定的敏感性，而且其变化规律较为复杂。
上述的讨论可为实际生产过程的工艺参数选择提供指导。在旋转成型工艺的烘干粘结预制段，要提高生产效率，缩短生产周期，必须设法缩垃流阶段的时如前，愚嫌料的粘结，燥碰成蒺即间。为此，可以采用两段加狱度处理法，可在烘千粘结预制段的前期采用高的加热温度，加热温度甚至可高达180左右。经过定时间，体系进入粘结烘干段之后，才适当降低加热温度。实际上，即使在这样高培化。因为此时体系中存在着大量的水分，温度梯度和水分的存在使得体系的丈际温度不会超过1而由2的曲线可知，在相当宽的温度范围内，加热温度的升高会显著地减少不流挂时间从而使得干燥时间也随着减少。
4结论1在旋转成型的烘干粘结预制段。水性浆液料的水分逸出过柯分成两个阶段。第是流挂阶段，即不粘结阶段，第是粘结烘干阶段。
外流挂时间总是比下燥时间小不流挂，问曲线均处于，烨，间，曲线的左边，3随加热温度的1吓。不同，浓度的浆液料在较低加热温度区，不流挂时间，和干燥时间以的实际数值较大，而其随着加热温度的升高下降速中。也较大。反之。较高热温度区，不流，时间，和干燥时间的实际数值较小，而其随着加热温度的升高下降速率也较小=不流挂时间，控制着干燥时间的长短，即粘结和干燥过程是流挂控制。
在旋转成型工艺的烘千粘结预制段，要提高生产效氧缩矢。产酬。关键是缩短流挂阶段的时间可以采用两段加热温度处理法有效地提高生产效率。
聂群莲，王晓，许家瑞，等。塑料旋转成型的发展1.中5王晓，季尧，许家瑞。聚丙烯旋转成型用浆液料气泡效应的研宄。中国塑料，20031726368 6王晓，季尧岽，许家瑞。聚丙烯旋转成型用聚乙烯醇浆液料稳定性的研宄。中山大学学报，2003，42235 7陈敏恒，丛德滋，方南，齐鸣斋。化工原理下册。第2版，北京化学工业出版社，1999，330336.
性知识性学术性趣味性欢迎订阅2004年中国乜装杂忠国内邮局发行代号82，68丁8国内统刊号中国包装杂志创办于1981年，是我国包装行业历史悠久发行量大的刊物。中国包装杂志为大16开本2285，132页双月刊。每期文字容量20多万字，通过全国各地邮局和中国国际书店向国内外公开发行。
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