Aktueller Stand und Entwicklung der Kunststoffmodifizierungstechnologie

Aktueller Stand und Entwicklung der Kunststoffmodifizierungstechnologie

In den 1990er Jahren kamen modifizierte Materialien auf, und ihre Entwicklung in den letzten 30 Jahren hat ihnen Vorteile verliehen, wie z. B. den Ersatz von Stahl, Kupfer, Holz, anderen Kunststoffen und schwereren Materialien durch leichtere. Sie werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter Haushaltsgeräte, Automobil, Hochgeschwindigkeitszüge, U-Bahnen, Luft- und Raumfahrt, Schiffe, Bürogeräte, Kommunikationsgeräte, Maschinen und Bauwesen.

Daten des National Bureau of Statistics zeigen, dass die Nachfrage nach modifizierten Kunststoffen in China bis 2020 22,5 Millionen Tonnen erreichte, wobei die Modifikationsrate auf 21,7 % stieg. Dabei lag der Anteil der Anwendungen bei Haushaltsgeräten bei bis zu 34 %, auf Automobilanwendungen entfielen 19 % und auf andere Bereiche entfielen 47 %. Bis Ende 2022 betrug die Produktion von modifizierten Kunststoffen in China 28,84 Millionen Tonnen, mit einem Gesamtwert von über 415,2 Milliarden Yuan, was Chinas Industrie für modifizierte Kunststoffe nach und nach zum weltweit größten Nachfragemarkt und einer Quelle für Wachstumsimpulse machte.

Modifizierte Kunststoffe haben sich zu einer strategischen aufstrebenden Industrie und einem Forschungsschwerpunkt im Bereich petrochemischer Polymermaterialien in China entwickelt. Daher ist das Studium der Prinzipien der Kunststoffmodifikation, der Ausrüstung und Prozesse, der Rohstoffe, der Formulierungen, der wichtigsten Herausforderungen der Aufbereitungstechnologie und der Anwendungen von großer Bedeutung für die Förderung der Entwicklung der gesamten Kunststoffindustrie.

ICH. Technologie und Eigenschaften der Kunststoffmodifikation

Unter Kunststoffmodifikationstechnologie versteht man den Prozess der Gewinnung neuer Materialien mit gewünschten Eigenschaften durch den Einsatz physikalischer Modifizierungsmethoden wie Füllen, Verstärken und Mischen, chemischer Modifizierungsmethoden wie Blockcopolymerisation und Strahlungsvernetzung oder anderer Modifizierungsmethoden wie Schäumen, Strecken und Compoundieren während des Prozesses die Verarbeitung von Polymerharzen zu Kunststoffprodukten. Diese Technologie verbessert die Eigenschaften von Kunststoffen erheblich, darunter Flammschutz, Wärmeleitfähigkeit, mechanische Festigkeit, Verschleißfestigkeit und elektromagnetische Abschirmung. Es kann jedoch auch zu einer Beeinträchtigung bestimmter inhärenter Eigenschaften des Originalkunststoffs führen, wie z. B. Isolationsleistung, Korrosionsbeständigkeit und Glanz. Mit geeigneten Formulierungen und Maßnahmen können Techniker diese nachteiligen Eigenschaftsveränderungen minimieren.

II. Schlüsselaspekte der Kunststoffmodifikationsformtechnologie

Bei der Polymermodifikation handelt es sich um das Mischen und Compoundieren von Grundharz und verschiedenen Modifizierungsmitteln mithilfe von Erstmischgeräten, Schmelzmischgeräten vom Chargentyp, Mischern mit kontinuierlichem Rotor (FCM), Compoundierextrudern mit hin- und hergehender Schnecke und anderen Formgeräten.

Im Modifizierungs- und Formgebungsprozess kommt der Rezepturgestaltung und der Aufbereitungstechnik eine besondere Bedeutung zu. Das Formulierungsdesign umfasst die Auswahl und Prinzipien der Basisharzpellets sowie die Form, Menge und Kombination von Modifikatoren. Bei der Aufbereitungstechnik geht es darum, einen sinnvollen Modifizierungsprozess zu bestimmen, die geeigneten Formgeräte auszuwählen und die Kunststoffpellets zu trocknen. Beide Aspekte können eine Vernetzung oder einen Abbau deutlich verhindern und so die Leistung und Qualität der Produkte verbessern. Darüber hinaus kommt eine zerstörungsfreie Prüftechnologie zum Einsatz, bei der physikalische Methoden eingesetzt werden, um die innere und äußere Struktur modifizierter Kunststoffe zu beurteilen, ohne die Integrität und Leistung des Materials zu beeinträchtigen. Dies gewährleistet Produktqualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit und führt zu Prozessverbesserungen und einer Verlängerung der Produktlebensdauer.

1. Kernpunkte der Kunststoffmodifikationsformulierung

1.1 Auswahl des Basisharzes:

Das Harz sollte aufgrund seiner Nähe zu den gewünschten Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit ausgewählt werden. Die Auswahl der Harzmarken und -typen sollte entsprechend erfolgen. Harze mit ähnlicher Viskosität sorgen für ein gleichmäßiges Fließverhalten, das für die Verarbeitung unerlässlich ist. Die erforderlichen Fließeigenschaften für unterschiedliche Produktionsmethoden und Modifikationsanforderungen können variieren.

1.2 Auswahl an Zusatzstoffen:

Die Grundsätze für die Auswahl von Zusatzstoffen sollten auf Synergie, Gegenwirkung, Verarbeitbarkeit, Umweltfreundlichkeit, Kosteneffizienz und minimale oder keine negativen Auswirkungen abzielen.

Die Form des Additivs hat großen Einfluss auf die Modifikation. Beispielsweise sorgen faserförmige Additive für eine hervorragende Verstärkung, während kugelförmige Additive für gute Zähigkeit, Fließfähigkeit und hohen Glanz sorgen. Je kleiner die Partikelgröße des Additivs ist, desto besser sind die mechanischen Eigenschaften, die Färbekraft und die Leitfähigkeit, obwohl dies zu einer Verringerung der Einzeldispersion führen kann. Um die Menge des zuzusetzenden Additivs und die Art der Oberflächenbehandlung zu bestimmen, ist eine umfassende Betrachtung der Form des Additivs erforderlich.

2. Kernpunkte der Kunststoffmodifikationsprozesstechnologie

2.1 Trocknungsbehandlung

Die in Kunststoffpellets enthaltene Feuchtigkeit und flüchtige Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht können beim Hochtemperaturformen zu Vernetzung oder Abbau führen, was zu Mängeln wie Silberstreifen und Blasen in den Produkten führt, die die Produktqualität beeinträchtigen. Es ist notwendig, den Kunststoff vorzuwärmen und zu trocknen. Temperatur, Zeit und Dicke der Materialschicht können den Trocknungseffekt beeinflussen. In der tatsächlichen Produktion sollte die Wahl zwischen direkter und indirekter Trocknungsmethode auf der Grundlage der hydrophilen Eigenschaften, des Schmelzpunkts, des Taupunkts, der Luftfeuchtigkeit, der Wärmeleitfähigkeit und der Produktionschargengröße des Kunststoffs getroffen werden. Die Kombination dieser beiden Methoden ist eine effektive Möglichkeit, die Materialien zu trocknen.

2.2 Schneckenkombinations- und Zuführtechnik

In der Formanlage für modifizierte Kunststoffe ist die Schneckenstruktur die Kernkomponente. Der Formzyklus besteht aus Phasen wie Zuführen, Schmelzen, Mischen und Entgasen. Unterschiedliche Materialien, Formulierungen, Eigenschaften, Formverfahren und Prozessstufen erfordern unterschiedliche Schneckenstrukturen und lokale Strukturkombinationen, um den Anforderungen gerecht zu werden, was eine systematische Forschung und Validierung der technischen Praxis erfordert.

2.3 Technologie zur Oberflächenbehandlung von Füllstoffen

Bei der Kunststoffmodifizierung werden verschiedene polare anorganische Füllstoffe zugesetzt. Allerdings ist ihre Verträglichkeit mit unpolaren organischen Materialien schlecht. Modifizierungsmethoden wie die Einlagerung von Pulvern, mechanische Krafteinwirkung und chemische Verkapselung werden zur Verbesserung der Kompatibilität eingesetzt, um Hochleistungsprodukte herzustellen.

2.4 Technologie zur Steuerung von Farbunterschieden und Dimensionserscheinungen

Die Kombination aus wissenschaftlichen Instrumenten wie Computern und der Erfahrung der Bediener wird für die Farbanpassung von Pigmenten, die Prüfung von Weißgrad und schwarzen Flecken sowie den Einsatz von Filtrationstechniken zur Entfernung von Verunreinigungen genutzt, was zu einer breiten Palette hochwertiger Produkte mit satten Farben führt.

III. Kunststoffmodifikation und zerstörungsfreie Prüftechnik und ihre Anwendungen

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts ist das harmonische Zusammenleben von Mensch und Natur ein globales Problem, dem sich die Menschheit gemeinsam stellen muss. Mit technologischen Innovationen und Veränderungen in den Entwicklungsmodellen bewegen sich verschiedene Branchen in Richtung einer umweltfreundlichen, energiesparenden, umweltfreundlichen, recycelbaren und wiederverwertbaren Entwicklung. Es entstehen kontinuierlich leistungsstarke Technologien zur Materialmodifikation.

1. Graphen-Modifikationstechnologie

Graphen, das von den Physik-Nobelpreisträgern Andre Geim und Konstantin Novoselov aus Graphit gewonnen und hergestellt wurde, ist ein neues zweidimensionales Kohlenstoffkristallmaterial, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht. Mit einer Dicke von etwa 0,335 nm ist es das dünnste Material, das jemals entdeckt wurde. Mit Graphen-Technologie modifizierte Polymerkunststoffe weisen überlegene Eigenschaften auf, wie z. B. hohe Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Härte, Barriereeigenschaften sowie hohe mechanische und elektrische Leistung. Einige Wissenschaftler haben eingehende Untersuchungen zu den Verarbeitungsmethoden, der Leistung und der zerstörungsfreien Prüfung von graphenmodifizierten Kunststoffen durchgeführt.

Darüber hinaus glauben einige Wissenschaftler, dass es bei der Graphen-Modifikationstechnologie viele Herausforderungen zu bewältigen gibt, wie z. B. die Steuerbarkeit der Schichtfaltung, Stapelung, Aggregation, gute Kompatibilität sowie hohe Qualität, niedrige Kosten und andere Probleme.

Kamboj, Saurabh und andere Wissenschaftler haben die neuesten Forschungsergebnisse der Graphen-Technologie systematisch zusammengefasst, einschließlich der Herstellungsmethoden graphenbasierter Verbundmaterialien sowie ihrer Entwicklung und Anwendung in Photokatalysatoren, Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien.

Nachdem Graphen Verbundstoffe gebildet hat, wird die Leistung von Nanometalloxidmaterialien deutlich verbessert, wodurch organische Schadstoffe im Abwasser effektiv abgebaut werden und eine breitere Anwendung in der Photokatalyse gefunden wird. Graphen gilt auch als hervorragendes Material für Superkondensatoren und bietet großes Potenzial für die Entwicklung leistungsstarker Elektrofahrzeuge. Lithium-Ionen-Batterien aus Graphen-Verbundmaterialien als Anodenmaterialien zeichnen sich durch geringe Selbstentladungsraten, eine hohe Energiedichte und eine gute Zyklenlebensdauer aus.

Die Graphen-Modifikationstechnologie hat auch das Interesse von Forschern an Energiespeicherung, chemischen Sensoren, Elektronik und Anwendungen im Gesundheitswesen geweckt.

2. Carbonfaser-Modifikationstechnologie

Kohlenstofffasern, bekannt als das „schwarze Gold“ des 21. Jahrhunderts, besitzen hervorragende Eigenschaften wie einen hohen Elastizitätsmodul, eine spezifische Festigkeit, Kriechfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit gegenüber Korrosion. Es dient als Verstärkungsmaterial für modifizierte Harzmatrizen. Thermoplastisch verstärkte Materialien zeichnen sich durch ihre Recyclingfähigkeit, schnelle Formgebung, Schlagfestigkeit und einfache Reparatur aus und bieten vielversprechende Anwendungsaussichten in den Bereichen Transport, Schifffahrt, Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Geräte.

Die Festigkeit, der Modul, die Grenzflächenbindungsleistung und die umfassenden Eigenschaften von Kohlefasern variieren je nach Typ. Die Oberfläche von Kohlenstofffasern weist inerte und unpolare Eigenschaften auf, und der Schwerpunkt der Forschung im In- und Ausland liegt auf der Verbesserung ihrer Haftung an der Harzmatrix durch Modifizierungstechniken, wodurch die Leistung verbessert und ihre Anwendungsbereiche erweitert werden.

Wissenschaftler wie Zhan Yikai und Li Gang haben die Oberflächenmodifikationstechniken von Kohlenstofffasern zusammengefasst, die in chemische und physikalische Methoden unterteilt sind.

Zu den chemischen Methoden gehören Oberflächenoxidation und Pfropfung, die den Vorteil schneller Reaktionsgeschwindigkeiten und erheblicher Effekte bieten. Sie können die Oberflächenrauheit und die mikroskopischen Eigenschaften erhöhen und dadurch die Festigkeit der Grenzflächenbindung verbessern. Der chemische Modifizierungsprozess kann jedoch leicht die innere Struktur der Faser beschädigen, was zu einer Verringerung der Festigkeit führt, was eine Herausforderung darstellt, die angegangen werden muss.

Zu den physikalischen Methoden gehören die Beschichtung und die Plasmabehandlung, die den Vorteil haben, dass sie flexibel, leicht zu kontrollieren und schadstofffrei sind. Allerdings stellen sie hohe Anforderungen an die Produktionsanlagen und verbessern die Oberflächeneigenschaften nicht grundsätzlich. Sie können nicht in Situationen eingesetzt werden, die eine hohe Oberflächenleistung erfordern, wodurch die Entwicklung dieser Technologie eingeschränkt wird.

3. Zerstörungsfreie Prüftechnik für modifizierte Kunststoffe

Die Komplexität und Instabilität von Herstellungsprozessen sowie die Auswirkungen von Umweltveränderungen während des Betriebs können zu verschiedenen Arten von Schäden wie Delaminierung, Porosität, Faserbruch und Falten führen, die die mechanischen Eigenschaften der Materialien erheblich beeinträchtigen. Die zerstörungsfreie Ultraschallprüftechnologie mit ihren Vorteilen wie Tragbarkeit, einfacher Bedienung und hoher Erkennungseffizienz wird häufig in den Bereichen Produktdesign, Schadenserkennung am Endprodukt, Qualitätsbewertung und Lebensdauerbewertung eingesetzt.

Wissenschaftler wie Yang Hongjuan haben die zerstörungsfreien Ultraschallprüftechnologien, die auf Volumenwellen oder geführten Wellen basieren, wie C-Scan, Phased Array, Laserultraschall, Luftkopplung und faseroptischer Ultraschall, sowie Algorithmen zur schadensdiagnostischen Bildgebung systematisch zusammengefasst Bildgebung der Schadensmorphologie. Die geeignete zerstörungsfreie Prüfmethode wird entsprechend der Dichte, Dicke, elastischen Konstanten und Wandlerparameter der zu prüfenden Probe ausgewählt. Zu den Forschungsaussichten gehören die Konstruktion von Array-Akustikfeldmodellen für kohlenstofffasermodifizierte Materialien, Schadensbildgebungsalgorithmen, intelligente Überwachungsbildgebungssysteme, quantitative Bewertungsstandards für Schäden, diagnostische Bewertung und Lebensvorhersage.

IV. Empfehlungen zur Entwicklung modifizierter Kunststoffe und zur zerstörungsfreien Prüftechnik

(1) Verbesserung des Industriesystems, des Standardsystems und des Systems für geistige Eigentumsrechte für modifizierte Kunststoffe.

(2) Die theoretische Forschung und die praktische Anwendungsforschung zur Kunststoffmodifikation müssen sich gegenseitig fördern und verbessern. Derzeit konzentrieren sich modifizierte Materialien hauptsächlich auf theoretische Forschung und allgemeine Produktbereiche, während die Anwendungsforschung im Produktionspraxisprozess, wie z. B. Talentschulung, Geräteherstellung, Formeldesign und Prozessentwicklung, noch gestärkt werden muss.

Um die Umwandlungsrate wissenschaftlicher Forschungsergebnisse in geistiges Eigentum weiter zu verbessern und die tatsächliche Produktion zu steuern, ist es notwendig, die Forschung und Entwicklung sowie die Produktionsverarbeitung von Hochleistungsmodifikatoren, neuen Materialien und Produkten zu stärken. Dies wird die Entwicklung der chinesischen Kunststoffmodifikationsindustrie in Richtung Sicherheit, Umweltfreundlichkeit, Umweltschutz, Leichtbaufunktionalität und ökologische Intelligenz fördern.

(3) Im Hinblick auf zerstörungsfreie Prüftechnologie und Bildgebungsalgorithmen ist es notwendig, Array-Akustikfeldmodelle und Schadensbildgebungsalgorithmen für kohlenstofffasermodifizierte Materialien weiter zu entwickeln. Legen Sie Standards für die quantitative Schadensbewertung, diagnostische Bewertung und Lebensdauervorhersage fest und entwickeln Sie intelligente Überwachungsbildgebungssysteme, um zerstörungsfreie Prüfgeräte tragbarer, einfacher zu bedienen sowie genauer und effizienter zu machen.

V. Abschluss

Die energische Entwicklung modifizierter Kunststoffe bietet starke technische Unterstützung für die vielfältige Entwicklung von Branchen wie Haushaltsgeräten, Automobilen, Luft- und Raumfahrt, Hochgeschwindigkeitszügen, Schiffen, Bürogeräten, Elektrowerkzeugen und Maschinenbau. Allerdings stellen diese Industrien auch höhere technische Anforderungen an das Formulierungsdesign sowie an Forschung und Entwicklung, Modifizierungsformverfahren und Ausrüstung für modifizierte Kunststoffe. Daher ist das Studium der Kunststoffmodifikationsformtechnologie von positiver Bedeutung für die Förderung der Entwicklung, Transformation und Modernisierung der gesamten Kunststoffindustrie.

Angesichts der rasanten Entwicklung modifizierter Kunststoffe und des wachsenden technologischen Bedarfs verschiedener Branchen setzt sich die YINSU Flame Retardant Company dafür ein, den Bereich der Flammhemmung bei modifizierten Kunststoffen voranzutreiben. Wir sind uns bewusst, wie wichtig es ist, mit der Industrie zusammenzuarbeiten, um sichere, umweltfreundliche, umweltfreundliche, leichte Funktionalität und Öko-Smart zu fördern.

YINSU ist bestrebt, in Forschung und Entwicklung zu investieren, um innovative Flammschutzlösungen zu entwickeln, die den strengen Standards moderner Anwendungen entsprechen. Unser Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung halogenfreier, umweltfreundlicher Flammschutzmittel, die die Leistung modifizierter Kunststoffe verbessern, ohne die Sicherheit und Umweltverträglichkeit zu beeinträchtigen.

Durch die Bereitstellung leistungsstarker Flammschutzlösungen wird YINSU einen wesentlichen Beitrag zur Kunststoffmodifikationsindustrie leisten und den Übergang zu nachhaltigeren und effizienteren Materialien unterstützen. Unser Engagement für Innovation und Exzellenz wird uns dazu antreiben, Produkte zu entwickeln, die die Erwartungen eines sich entwickelnden Marktes nicht nur erfüllen, sondern übertreffen.