Einführung in modifizierte Kunststoffe: Grundlagen und Produktionsprozesse

Einführung in modifizierte Kunststoffe: Grundlagen und Produktionsprozesse

Die primäre Produktionsanlage für modifizierte Kunststoffe ist der Doppelschneckenextruder. Die Eigenschaften modifizierter Kunststoffe variieren je nach verwendeten Methoden und Zusatzstoffen. Basierend auf über 20 Jahren Erfahrung und technologischer Innovation vermittelt Ihnen die Yinsu Flame Retardant Company nun ein einfaches Verständnis der Grundlagen und Produktionsprozesse modifizierter Kunststoffe.

I. Was sind modifizierte Kunststoffe?

Der Hauptbestandteil von Kunststoff ist Harz. Daher werden seine grundlegenden Eigenschaften in erster Linie durch die Beschaffenheit des Harzes bestimmt, aber auch Additive spielen eine wichtige Rolle. Harz macht etwa 40 bis 100 % des Gesamtgewichts von Kunststoff aus. Harz ist eine hochmolekulare Verbindung, die nicht mit verschiedenen Zusatzstoffen vermischt wurde.

Unter Kunststoffmodifizierung versteht man jeden Prozess, der die ursprünglichen Eigenschaften von Harz durch physikalische, chemische oder mechanische Mittel verbessert oder verstärkt. Modifizierte Kunststoffe werden zusammenfassend als „modifizierte Kunststoffe“ bezeichnet.

Der Modifizierungsprozess kann während der Polymerisation des Kunstharzes erfolgen und wird als chemische Modifizierung bezeichnet, beispielsweise Copolymerisation, Pfropfen und Vernetzung. Es kann auch während der Verarbeitung des Kunstharzes stattfinden, was als physikalische Modifikation bekannt ist, wie z. B. Füllen, Mischen und Verstärken.

In der tatsächlichen Kunststoffproduktion wird fast immer ein gewisser Anteil an Stabilisatoren zugesetzt, um eine Verschlechterung des Rohstoffs bei Lagerung, Transport und Verarbeitung zu verhindern. Daher gibt es grundsätzlich keine unmodifizierten Kunststoffe.

Alle Kunststoffe können durch Modifikationsmethoden hinsichtlich Dichte, Härte, Präzision, Verarbeitbarkeit, chemischer Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Flammschutz, Barriereeigenschaften und Wirtschaftlichkeit verbessert werden.

Die Kunststoffmodifizierung ist die effektivste Methode, um Kosten zu senken und die Leistung zu verbessern. Es wird häufig verwendet, insbesondere in der Recyclingkunststoffindustrie.

II. Warum Kunststoffe modifizieren?

1. Das Konzept des Ressourcenrecyclings ist tief verwurzelt

Globale Ressourcen sind für die Menschheit immer ein großes Thema. Das Konzept des Ressourcenrecyclings ist tief verwurzelt. Kunststoffe werden aus Produkten hergestellt, die bei der Erdölraffinierung anfallen, und die Erdölressourcen sind endlich. Daher kann das Recycling und die Wiederverwendung von Kunststoffen Erdölressourcen schonen und dem nationalen Ruf nach Ressourcenschonung gerecht werden.

Recycelte Kunststoffe verlieren häufig die Eigenschaften des ursprünglichen Neukunststoffs. Um recycelte Materialien bei der Herstellung neuer Kunststoffe nutzen zu können, ist der Prozess der Kunststoffmodifikation unumgänglich.

Je nach Bedarf werden spezifische Eigenschaften verbessert, um entsprechende Produkte herzustellen und so Ressourcenverluste zu vermeiden. Nur durch Ressourcenrecycling können echter Umweltschutz und Energieeinsparungen erreicht werden.

2. Erweiterung des Anwendungsbereichs von Kunststoffen

Lassen Sie uns zunächst die Vor- und Nachteile von Kunststoffen besprechen.

Vorteile : Die meisten Kunststoffe sind leicht, gute chemische Stabilität, nicht leicht zu rosten, gute Zähigkeit, d. h. gute Schlagfestigkeit, gute elektrische Isolierung, geringe Wärmeleitfähigkeit, einfache Verarbeitung, niedrige Verarbeitungskosten.

Nachteile : Schlechte Hitzebeständigkeit, brennbar, anfällig für Spannungsverformung, schlechte Dimensionsstabilität, nicht hohe Festigkeit, Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen, schlechte Lösungsmittelbeständigkeit usw.

In praktischen Anwendungen müssen Eigenschaften wie Festigkeit, Flammschutz, Schlagzähigkeit und Verarbeitbarkeit dieser Kunststoffe bestimmte Anforderungen erfüllen, um auf dem Markt anwendbar zu sein.

Beispielsweise kann PP als Allzweckkunststoff die Anforderungen an Tieftemperaturleistung, Steifigkeit und Zähigkeit im Automobil-Außenbereich nicht erfüllen. Erst nach der Modifizierung des PP-Materials zur Verbesserung der Steifigkeit und Zähigkeit kann es den Nutzungsanforderungen gerecht werden.

Im täglichen Einsatz müssen Kunststoffe oft mehrere Eigenschaften aufweisen: sowohl eine gewisse Zähigkeit als auch Beständigkeit gegen Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen sowie Isolierung und Stabilität.

Der Zweck der Kunststoffmodifizierung besteht darin, das Anwendungsumfeld von Rohstoffen zu erweitern und bestimmte Eigenschaften der Rohstoffe deutlich zu verbessern und so den Anwendungsbereich von Kunststoffen zu erweitern. Somit liegt die Bedeutung der plastischen Modifikation auf der Hand.

3. Die Synthese neuer Polymermaterialien ist schwierig, weder wirtschaftlich noch praktisch

Seit der Geburt des ersten Kunststoffprodukts hat sich die Kunststoffindustrie 120 Jahre lang entwickelt. Tausende Polymermaterialien wurden erfolgreich synthetisiert, aber nur etwa hundert haben industriellen Wert. Über 90 % der häufig verwendeten Kunststoffe sind in den fünf Allzweckharzen konzentriert: PE, PP, PVC, PS und ABS.

Die Entwicklung neuer Polymere erfordert nicht nur enorme Investitionen, sondern hat auch ungewisse Anwendungsaussichten und ist weder wirtschaftlich noch praktisch. Daher ist die sinnvolle Nutzung bestehender Kunststoffe und die Erweiterung ihrer Leistungsfähigkeit durch Modifikationstechnologie die kostengünstigste Lösung.

III. Welche Methoden der plastischen Modifizierung gibt es?

1. Füllungsmodifikation (Mineralfüllung)

Verbessert die Steifigkeit, Härte, Hitzebeständigkeit und andere Eigenschaften von Kunststoffmaterialien durch Zugabe anorganischer (oder organischer) Mineralpulver zu gewöhnlichen Kunststoffen. Es gibt viele Arten von Füllstoffen und ihre Eigenschaften sind äußerst komplex.

Funktionen von Kunststofffüllstoffen: Verbessern Sie die Leistung der Kunststoffverarbeitung, verändern Sie physikalische und chemische Eigenschaften, erhöhen Sie das Volumen und senken Sie die Kosten.

Anforderungen an Kunststoffzusätze:

• Chemisch inert, reagiert nicht negativ mit Harz und anderen Zusatzstoffen.

• Beeinträchtigt nicht die Wasserbeständigkeit, chemische Beständigkeit, Witterungsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit usw. des Kunststoffs.

• Reduziert nicht die physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs.

• Kann in großen Mengen abgefüllt werden.

• Niedriges spezifisches Gewicht, hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Dichte des Produkts.

2. Verstärkungsmodifikation (Glasfaser/Kohlefaser)

Verstärkungsmaßnahme : Zugabe von faserigen Stoffen wie Glasfasern oder Kohlefasern.
Verstärkungseffekt : Kann die Steifigkeit, Festigkeit, Härte und Hitzebeständigkeit des Materials erheblich verbessern.
Negative Auswirkungen der Modifikation: Bei vielen Materialien kann es jedoch zu einer schlechten Oberflächenqualität und einer verringerten Bruchdehnung kommen.
Verstärkungsprinzip:

• Verstärkungsmaterialien haben eine hohe Festigkeit und einen hohen Modul.

• Harze verfügen über viele inhärente hervorragende physikalische, chemische (Korrosionsbeständigkeit, Isolierung, Strahlungsbeständigkeit, sofortige Hochtemperatur-Ablationsbeständigkeit usw.) und Verarbeitungseigenschaften.

• Nachdem das Harz mit dem Verstärkungsmaterial vermischt wurde, kann das Verstärkungsmaterial die mechanischen oder anderen Eigenschaften des Harzes verbessern, während das Harz sich mit dem Verstärkungsmaterial verbinden und Last darauf übertragen kann, wodurch der verstärkte Kunststoff hervorragende Eigenschaften erhält.

3. Zähigkeitsmodifikation

Vielen Materialien mangelt es an ausreichender Zähigkeit und sie sind zu spröde. Zähigkeit und Tieftemperaturleistung können durch die Zugabe von Materialien mit besserer Zähigkeit oder superfeinen anorganischen Materialien verbessert werden.

Zähigkeitsmittel: Ein Zusatzstoff, der dem Harz zugesetzt wird, um die Sprödigkeit des Kunststoffs nach dem Aushärten zu verringern und seine Schlagzähigkeit und Dehnung zu verbessern.

Übliche Zähigkeitsmittel – meist mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Verträglichkeitsvermittler:

• Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA)

• Polyolefin-Elastomer (POE)

• Chloriertes Polyethylen (CPE)

• Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS)

• Thermoplastisches Styrol-Butadien-Elastomer (SBS)

• Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)

4. Flammhemmende Modifikation (halogenfreies Flammschutzmittel)

In vielen Branchen wie der Elektronik-, Elektrogeräte- und Automobilindustrie müssen die Materialien flammhemmend sein, die inhärente Flammhemmung vieler Kunststoffrohstoffe ist jedoch relativ gering. Dies kann durch den Zusatz von Flammschutzmitteln erreicht werden.

Flammschutzmittel : Auch als Flammschutzmittel bekannt, sind funktionelle Additive, die brennbaren Polymeren Flammbeständigkeit verleihen. Es handelt sich meist um Verbindungen von Elementen der Gruppen VA (Phosphor), VIIA (Brom, Chlor) und IIIA (Antimon, Aluminium) des Periodensystems.

Auch Verbindungen mit rauchunterdrückender Wirkung wie Molybdän-, Zinn- und Eisenverbindungen gehören zur Kategorie der Flammschutzmittel. Sie eignen sich vor allem für Kunststoffe, bei denen eine Flammhemmung erforderlich ist und die Verbrennung von Kunststoffen, insbesondere von Polymerkunststoffen, verzögert oder verhindert wird. Dadurch sind sie schwerer zu entzünden, verlängern die Zündzeit und fördern die Selbstverlöschung.

Flammschutzwerte für Kunststoffe : Stufenweise von HB, V-2, V-1, V-0, 5VB auf 5VA erhöhen.

5. Witterungsmodifikation (Anti-Aging, UV-Beständigkeit, Kältebeständigkeit)

Bezeichnet allgemein die Kältebeständigkeit von Kunststoffen bei niedrigen Temperaturen. Aufgrund der inhärenten Tieftemperatursprödigkeit von Kunststoffen werden sie bei niedrigen Temperaturen spröde. Daher ist für viele Kunststoffprodukte, die in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen verwendet werden, im Allgemeinen eine Kältebeständigkeit erforderlich.

Witterungsbeständigkeit : Bezieht sich auf eine Reihe von Alterungserscheinungen, die bei Kunststoffprodukten aufgrund äußerer Bedingungen wie Sonneneinstrahlung, Temperaturschwankungen, Wind und Regen auftreten, einschließlich Ausbleichen, Verfärbung, Rissbildung, Auskreiden und Festigkeitsverlust. Ultraviolette Strahlung ist ein Schlüsselfaktor für die Alterung von Kunststoffen.

6. Modifizierte Legierungen

Kunststofflegierungen sind neue Materialien, die durch physikalisches Mischen oder chemisches Pfropfen/Copolymerisieren von zwei oder mehr Materialien hergestellt werden, um eine hohe Leistung, Funktionalität und Spezialisierung zu erreichen. Ziel ist es, die Eigenschaften eines Materials zu verbessern oder die Eigenschaften mehrerer Materialien zu kombinieren. Sie können die Leistung bestehender Kunststoffe verbessern oder steigern und die Kosten senken.

Allzweck-Kunststofflegierungen : PVC-, PE-, PP- und PS-Legierungen werden häufig verwendet und ihre Produktionstechnologie ist allgemein beherrscht.
Technische Kunststofflegierungen : Bezieht sich im Allgemeinen auf Mischungen technischer Kunststoffe (Harze), hauptsächlich einschließlich Mischungssystemen auf Basis technischer Kunststoffe wie PC, PBT, PA, POM, PPO, PTFE sowie ABS-harzmodifizierter Materialien.
Die Nutzungswachstumsrate von PC/ABS-Legierungen gehört zu den Spitzenreitern im Kunststoffbereich. Derzeit ist die Forschung zu PC/ABS-Legierungen zu einem Hotspot in der Polymerlegierungsforschung geworden.

7. Sonstige Änderungen

Beispielsweise die Verwendung leitfähiger Füllstoffe zur Verringerung des spezifischen Widerstands von Kunststoffen, die Zugabe von Pigmenten/Farbstoffen zur Änderung der Materialfarbe, die Zugabe interner/externer Schmiermittel zur Verbesserung der Verarbeitungsleistung des Materials, die Verwendung von Keimbildnern zur Änderung der kristallinen Eigenschaften halbkristalliner Kunststoffe zur Verbesserung ihrer mechanischen und optischen Eigenschaften usw.

Von der Extrusionstemperatur bis zur Schneckenkonfiguration, von der Füllstoffdispersion bis zur Oberflächenveredelung mit Flammschutzmitteln – jedes Gramm Leistung bei modifizierten Kunststoffen liegt in den Prozessdetails. Nur durch die Optimierung der Scher-, Verweil- und Abkühlkurven innerhalb des Zylinders können halogenfreie Flammschutzmittel eine „unsichtbare“ Verteilung und eine effiziente Verkohlungsbildung in Polyolefinen erreichen. Bei der Materialaufwertung gibt es keine Abkürzungen. Nur die doppelte und präzise Beherrschung von Ausrüstung und Formulierung kann ein Laborrezept in eine stabil in Massenproduktion hergestellte „Sicherheitsbarriere“ verwandeln.