CN117984537A - 一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合及其加工方法，属于聚乙烯挤塑加工的技术领域；本发明所述螺杆组合包括同向平行双螺杆，每根螺杆均包括多个螺纹元件，可以分为依次连接的加料段、熔融塑化段、混炼段、脱灰、挤出段，本发明通过调整螺纹元件位置，增加FKB/FME特殊螺纹元件增加挤出机的分散/分布能力，降低剪切热，解决侧喂料段物料熔融分散情况；本发明还给出在上述螺杆组合上进行填充聚乙烯白母粒加工的方法，调整物料加入方式，通过分称下料，提高产能和单锅重量，提高生产效率；本发明所述螺杆组合配合性能好，能够改善现有白母粒生产加工过程中排气口容易冒料、塑化效果差、出条不稳定等缺点，有效减少白母粒产品晶点产生。
Description
技术领域
本发明属于聚乙烯挤塑加工技术领域，具体涉及一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合及其加工方法。
背景技术
塑料生产加工中经常使用色母粒对其进行着色，其中白色母粒是最重要、应用最广泛的一种色母粒。白色母粒简称白色母，它是由聚乙烯树脂、填充剂和添加剂混合而成的颗粒状物质。白色母粒具有色泽明亮，鲜艳夺目、着色强度高、分散性好，浓度高，白度好，遮盖力强，耐迁移性和耐热性好等特点，被广泛应用于注塑、吹塑、拉丝、流延、挤塑、吹膜、发泡、片材、管材、抽粒、中空、EVA、吹瓶、片材、家用电器、玩具、包装材料、电线和电缆、塑料袋、汽车、建材、体育和休闲用品、包装袋、包装瓶等塑料制品行业。目前市场销售普通白色母是直接将钛白粉及分散剂偶联剂、加工助剂和载体树脂按一定比例混合后，经双螺杆挤出机造粒而成。
然而，现有工艺制备的聚乙烯树脂白色母粒的使用效果并不理想，主要原因在于现有聚乙烯树脂白色母粒一般以聚乙烯树脂和白色颜料并联同一些偶联剂、稳定剂、润滑剂等原料直接分散混合，随后在螺杆挤出机中直接制备母粒，这类母粒成分组成不合理且制备出来的产品分散性不佳，经常导致小分子析出多，真空口/自然排气口容易冒料、塑化效果差、粒子表面粗糙、粉末多、分散不均、出条不稳定、断条多等各种问题。同时聚乙烯材料与其它高分子材料(如PP,PA,PBT等)不同，聚乙烯在熔融加工过程中老化会产生交联，进而形成分子量很大的难塑化部分，在薄膜上表现为交联晶点这一缺陷。
公开号为CN114654700A的发明专利提供了一种黑色母粒及其制备方法，在特殊的螺纹元件和特定的螺杆组合条件下进行加工制备得到黑色母粒，所述特殊的螺纹元件包括输送块、常规捏合块、特殊多头捏合螺纹块和齿形盘，但是该发明所制得的黑色母粒主要解决如何让色粉实现完美分散从而使制得的哑光黑色的聚酰胺薄膜能够应用于各种锂离子电池封装领域，并未涉及如何解决白母粒制得薄膜晶点过多的问题；公开号为CN114573902A的发明专利公开了聚乙烯组合物及其制备方法，其由线型低密度聚乙烯(LLDPE)和添加剂混炼而成，采用该组合物制备的POF热收缩膜芯层专用料不仅满足包装膜用POF热收缩膜需求，而且薄膜表面光洁无晶点，但是该发明中所使用的基础树脂的形成需要在始终处于循环状态下的混合气体中加入催化剂、共聚单体，并调节反应容器内的反应温度、反应压力，形成过程复杂且涉及多参数控制，而且此发明所述技术方案是否适用于白母粒尚未知晓。
因此，如何获得一种能够制备低晶点数白色聚酰胺薄膜的白母粒，而且缓解在其加工过程中存在的物料熔融分散、塑化效果差、出条不稳定、断条多等情况，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明公开一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合及其加工方法，所述螺杆组合配合性能好，能够改善现有白母粒生产加工过程中排气口容易冒料、塑化效果差、出条不稳定等缺点，有效减少白母粒产品晶点产生。
本发明的技术方案如下：
本发明目的之一在于提供一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合，所述螺杆组合为同向啮合双螺杆，加工区域依次划分为加料段、熔融塑化段、混炼段、脱灰、挤出段共5段；
所述加料段依次包括以下元件：56/56A、96/96SK、96/96SK、96/48SK、96/96、72/72、64/64；
所述熔融塑化段依次包括以下元件：K45/56、K45/56、K60/56、K45/72、K60/44、K90/44、K45/56L、44/22L；
所述混炼段依次包括以下元件：96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、56/56、56/56、56/56、SME48、SME48、K45/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K60/56、FKB90/75、FKB90/75、FME72、FME72、K60/44、K60/44、K60/44、44/22L、44/22L；
所述脱灰依次包括以下元件：96/96、96/96、72/72；
所述挤出段依次包括以下元件：72/72、64/64、44/44、44/44。
进一步的，数据96/96：表示螺纹元件为输送单元，第一个96表示螺纹元件的导程，第二个96表示螺纹元件的实际长度(MM)。
进一步的，数据K30°/7/72：K表示螺纹元件为剪切单元，30°表示剪切单元的交叉角，7表示剪切单元的碟数，72表示剪切单元的实际长度。
进一步的，数据44/22L：44表示螺纹元件的导程，22表示螺纹元件的实际长度，L表示螺纹元件为左旋(反向)螺纹。
进一步的，剪切单元角度的计算公式：180°/(N-1)，N表示剪切单元中两平行碟之间的碟数和。
进一步的，数据FME72/72：FME表示螺纹元件为特殊输送元件，前面72表示螺纹元件导程，后面的72表示实际长度。
进一步的，数据FKB90/7/75：FKB表示螺纹元件为特殊剪切元件90表示为剪切单元交叉角，7表示剪切单元的碟数，75表示剪切单元的实际长度。
进一步的，拼装时最后一个螺纹原件须突出螺杆轴，但突出部分应小于该螺纹原件实际长度的二分之一。
进一步的，所述螺杆的长度为3108mm，长径比为52：1。
本发明目的之二在于提供一种用于填充聚乙烯白母粒的加工方法，包括以下步骤：
(1)按照以下配方组分称取原料：20-30％的PE树脂，0.3-0.5％的抗氧剂，4-5％的润滑剂，15-20％高纯度碳酸钙，45-55％钛白粉；
(2)将PE树脂先用磨粉机磨粉，而后与高纯度碳酸钙、抗氧化剂、润滑剂依次投入高混机搅拌后得到混合料；
(3)将混合料投入所述螺杆组合的同向平行双螺杆挤出机的主喂料中，于侧喂料口分别投入侧喂料1、侧喂料2，熔融混合后挤出，冷却造粒得到填充聚乙烯白母粒。
进一步的，所述步骤(1)中抗氧剂为THANOX 1010，润滑剂为PE蜡LP0100P。
进一步的，所述步骤(2)中磨粉后的PE树脂目数为40。
进一步的，所述步骤(2)中高混机搅拌方式为250rpm*180s。
进一步的，所述步骤(3)中侧喂料1为35％钛白粉。
进一步的，所述步骤(3)中侧喂料2为10％钛白粉。
进一步的，所述步骤(3)中熔融混合过程螺筒温度为160-180℃。
进一步的，所述步骤(3)中熔融混合过程同向平行双螺杆挤出机的主机转速为650rpm。
进一步的，所述步骤(3)中冷却过程在水槽中进行，造粒过程采用切粒机进行造粒。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述双螺杆挤出机的螺杆组合条件经过特别设计组合，调整了螺纹元件位置，增加了FKB/FME特殊螺纹元件，克服了普通捏合螺纹元件的弊端，使设计更灵活，与正常混炼段相比，由于其在分散分布物料，降低剪切热的能力增强，其熔压上升速度和出条质量也获得相应的提高，不仅使得白母粒的产品晶点降低，而且切粒后颗粒饱满均匀，颜色一致。
2、本发明中由于特殊螺杆组合的使用，不但实现了对物料的优异分散效果，缓解了传统侧喂料处容易积粉，真空口/自然排气口容易冒料的问题，而且降低了白母粒颗粒状产品的能源消耗，提升其产出和最终产能，有效改善了产品质量并提升整体的生产效率。
3、本发明所提供的用于填充聚乙烯白母粒的加工方法，在特殊的螺纹元件和特定的螺杆组合设计上调整物料加入方式，通过分称下料，实现产能和单锅重量的显著提升，减轻了白母粒产品晶点的产生，使已经实现分散的物料，再进一步进行分布，成为分散完美、分布均匀的白色母粒，并保证了产品的性能均一、着色均匀且无团聚现象的产生。
附图标记
图1为使用本发明所述螺杆组合的加工方法制得的白母粒在高倍镜下的吹膜晶点图1；
图2为使用本发明所述螺杆组合的加工方法制得的白母粒在高倍镜下的吹膜晶点图2；
图3为使用本发明所述螺杆组合的加工方法制得的白母粒在高倍镜下的吹膜晶点图3；
图4为本发明所述螺杆组合中FKB/FME特殊螺纹元件示意图，其中左边为FKB，右边为FME。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的的术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；
以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值；
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；
下述实施例中高速混合机型号为SHR200，同向平行双螺杆挤出机型号为RXT-65，摆锤冲击试验机型号为ZBC8400-C，电子式万能试验机型号为AGS-X-10KN，熔体流动速率仪型号为MFI-2322S，注塑机型号为EM80-V，小型吹膜机型号为BP-8718-B。
下述实施例中PE树脂选用LLDPE-7042，抗氧剂选用THANOX 1010，润滑剂选用PE蜡LP0100P，高纯度碳酸钙选用TD-2500，钛白粉选用R996。
实施例1
本实施例提供一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，包括以下步骤：
S1、按照以下配方组分称取原料：30％的PE树脂，0.5％的抗氧剂，4.5％的润滑剂，20％高纯度碳酸钙，45％钛白粉；
S2、使用磨粉机将PE树脂磨粉至40目，后与高纯度碳酸钙、抗氧化剂、润滑剂依次投入高混机以250rpm*180s搅拌后得到混合料；
S3、将混合料投入螺杆的长度为3108mm，长径比为52：1的同向平行双螺杆挤出机的主喂料中，于侧喂料口分别投入35％钛白粉作为侧喂料1、10％钛白粉作为侧喂料2，在160℃，650rpm下熔融混合后挤出，在水槽中冷却，切粒机造粒得到填充聚乙烯白母粒，其中，双螺杆挤出机的螺杆组合包括以下元件：56/56A、96/96SK、96/96SK、96/48SK、96/96、72/72、64/64、K45/56、K45/56、K60/56、K45/72、K60/44、K90/44、K45/56L、44/22L、96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、56/56、56/56、56/56、SME48、SME48、K45/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K60/56、FKB90/75、FKB90/75、FME72、FME72、K60/44、K60/44、K60/44、44/22L、44/22L、96/96、96/96、72/72、72/72、64/64、44/44、44/44。
实施例2
本实施例提供一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，包括以下步骤：
S1、按照以下配方组分称取原料：25％的PE树脂，0.3％的抗氧剂，4.7％的润滑剂，20％高纯度碳酸钙，50％钛白粉；
S2、使用磨粉机将PE树脂磨粉至40目，后与高纯度碳酸钙、抗氧化剂、润滑剂依次投入高混机以250rpm*180s搅拌后得到混合料；
S3、将混合料投入螺杆的长度为3108mm，长径比为52：1的同向平行双螺杆挤出机的主喂料中，于侧喂料口分别投入35％钛白粉作为侧喂料1、20％钛白粉作为侧喂料2，在170℃，650rpm下熔融混合后挤出，在水槽中冷却，切粒机造粒得到填充聚乙烯白母粒，其中，双螺杆挤出机的螺杆组合包括以下元件：56/56A、96/96SK、96/96SK、96/48SK、96/96、72/72、64/64、K45/56、K45/56、K60/56、K45/72、K60/44、K90/44、K45/56L、44/22L、96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、56/56、56/56、56/56、SME48、SME48、K45/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K60/56、FKB90/75、FKB90/75、FME72、FME72、K60/44、K60/44、K60/44、44/22L、44/22L、96/96、96/96、72/72、72/72、64/64、44/44、44/44。
实施例3
本实施例提供一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，包括以下步骤：
S1、按照以下配方组分称取原料：30％的PE树脂，0.4％的抗氧剂，4％的润滑剂，15.6％高纯度碳酸钙，50％钛白粉；
S2、使用磨粉机将PE树脂磨粉至40目，后与高纯度碳酸钙、抗氧化剂、润滑剂依次投入高混机以250rpm*180s搅拌后得到混合料；
S3、将混合料投入螺杆的长度为3108mm，长径比为52：1的同向平行双螺杆挤出机的主喂料中，于侧喂料口分别投入35％钛白粉作为侧喂料1、15％钛白粉作为侧喂料2，在180℃，650rpm下熔融混合后挤出，在水槽中冷却，切粒机造粒得到填充聚乙烯白母粒，其中，双螺杆挤出机的螺杆组合包括以下元件：56/56A、96/96SK、96/96SK、96/48SK、96/96、72/72、64/64、K45/56、K45/56、K60/56、K45/72、K60/44、K90/44、K45/56L、44/22L、96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、56/56、56/56、56/56、SME48、SME48、K45/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K60/56、FKB90/75、FKB90/75、FME72、FME72、K60/44、K60/44、K60/44、44/22L、44/22L、96/96、96/96、72/72、72/72、64/64、44/44、44/44。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1的区别在于：25％ PE树脂、25％的碳酸钙、45％的钛白粉、0.5％的抗氧化剂、4.5％润滑剂，依次投入高混机按250rpm*180s搅拌后得到混合料。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例1的区别在于：25％ PE树脂先用磨粉机磨粉(目数40)、25％的碳酸钙、15％的钛白粉、0.5％的抗氧化剂、4.5％润滑剂，依次投入高混机按250rpm*180s搅拌后得到混合料，直接投入主喂料计量称中与侧喂料计量称中的钛白粉熔融混合后挤出。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例1的区别在于双螺杆挤出机的螺杆组合包括以下元件：6/56A、96/96SK、96/96SK、96/96SK、96/48SKN、96/48、72/72、56/56、56/56、K30/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K60/44、K90/44、22/22L、96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、72/72、72/72、72/72、K30/72、K30/72、K30/72K30/72、K30/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K90/44、K90/44、K90/44、64/64、TME48、44/22L、96/96、96/96、72//72、72//72、64/64、44/44、44/44。
对比实施例4
本对比实施例4与实施例1的区别在于双螺杆挤出机的螺杆组合包括以下元件：56/56A、96/96SK、96/96SK、96/96SK、96/48SKN、96/48、72/72、56/56、56/56、K45/56、K45/56、K60/56、K45/72、K60/44、K90/44、K45/56L、44/22L、96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、72/72、72/72、64/64、K45/72、K45/72、K45/72、K45/72、K45/72、K45/72、K45/56L、K45/56L、K60/56、K60/56、K45/44、K45/44、K90/44、TME48、K90/56、K90/56、44/22L、44/22L、96/96、96/96、72/72、72/72、64/64、44/44、44/44，螺杆总长为3106mm。
性能测试
1、熔体流动速率测试
将实施例1与对比实施例1-2所加工的填充聚乙烯白母粒样料按照GB/T 3682.1-2018标准进行测试，测试结果如表1所示；
表1实施例1与对比实施例1-2熔体流动速率测试结果
| 工艺设计 | 对比实施1 | 对比实施2 | 实施例1 |
| 熔融指数 | 4.8 | 4.9 | 5 |
| 水分 | 498 | 600 | 570 |
由表1可知，实施例1中调整物料加入方式相较于对比实施例1-2熔融指数有所上升，但对于塑料水分含量影响并不显著。
2、塑料水分测试
将实施例1与对比实施例1-2所加工的填充聚乙烯白母粒样料按照ASTM D6980-17标准进行测试，测试结果如表2所示；
表2实施例1与对比实施例1-2塑料水分测试结果
| 工艺设计 | 对比实施1 | 对比实施2 | 实施例1 |
| 熔融指数 | 5.2 | 5.3 | 5.2 |
| 水分 | 500 | 530 | 530 |
由表2可知，实施例1中调整物料加入方式相较于对比实施例1-2熔融指数与塑料水分含量影响并不显著。
3、晶点测试
分别取100g实施例1与对比实施例1-2所加工的填充聚乙烯白母粒样料，与800gLLDPE-7042混合后吹膜，取1米量化晶点，测试结果如表3所示；
表3实施例1和对比实施例1-2晶点测试结果
| 工艺设计 | 对比实施1 | 对比实施2 | 实施例1 |
| 晶点 | 20 | 20 | 18 |
由表3可知，实施例1中调整物料加入方式相较于对比实施例1-2产能明显提高，生产效率提升，但仅能稍微缓解晶点过多的情况。
4、晶点测试
分别取100g实施例1与对比实施例3-4所加工的填充聚乙烯白母粒样料，与800gLLDPE-7042混合后吹膜，取1米量化晶点，测试结果如表4所示；
表4实施例1和对比实施例1-2晶点测试结果
| 工艺设计 | 对比实施3 | 对比实施4 | 实施例1 |
| 晶点 | 20 | 15 | 4 |
由表4可知，实施例1中调整螺杆组合，增加异性螺纹元件，可以有效减少晶点的数量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合，其特征在于，所述螺杆组合为同向啮合双螺杆，加工区域依次划分为加料段、熔融塑化段、混炼段、脱灰、挤出段共5段；
所述加料段依次包括以下元件：56/56A、96/96SK、96/96SK、96/48SK、96/96、72/72、64/64；
所述熔融塑化段依次包括以下元件：K45/56、K45/56、K60/56、K45/72、K60/44、K90/44、K45/56L、44/22L；
所述混炼段依次包括以下元件：96/96、96/96、96/96、96/96、72/72、56/56、56/56、56/56、SME48、SME48、K45/72、K45/56、K45/56、K45/56、K45/56、K60/56、FKB90/75、FKB90/75、FME72、FME72、K60/44、K60/44、K60/44、44/22L、44/22L；
所述脱灰依次包括以下元件：96/96、96/96、72/72；
所述挤出段依次包括以下元件：72/72、64/64、44/44、44/44；
其中K表示螺纹元件为剪切单元，L表示螺纹元件为左旋/反向螺纹，N表示剪切单元中两平行碟之间的碟数和，FME表示螺纹元件为特殊输送元件，FKB表示螺纹元件为特殊剪切元件。
2.根据权利要求1所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的螺杆组合，其特征在于，所述螺杆的长度为3108mm，长径比为52：1。
3.根据权利要求1或2所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工螺杆组合的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照以下配方组分称取原料：20-30％的PE树脂，0.3-0.5％的抗氧剂，4-5％的润滑剂，15-20％高纯度碳酸钙，45-55％钛白粉；
(2)将PE树脂先用磨粉机磨粉，而后与高纯度碳酸钙、抗氧化剂、润滑剂依次投入高混机搅拌后得到混合料；
(3)将混合料投入所述螺杆组合的同向平行双螺杆挤出机的主喂料中，于侧喂料口分别投入侧喂料1、侧喂料2，熔融混合后挤出，冷却造粒得到填充聚乙烯白母粒。
4.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中抗氧剂为THANOX 1010，润滑剂为PE蜡LP0100P。
5.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中磨粉后的PE树脂目数为40。
6.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中高混机搅拌方式为250rpm*180s。
7.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中侧喂料1为35％钛白粉，侧喂料2为10％钛白粉。
8.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中熔融混合过程螺筒温度为160-180℃。
9.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中熔融混合过程同向平行双螺杆挤出机的主机转速为650rpm。
10.根据权利要求3所述一种用于填充聚乙烯白母粒加工的加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中冷却过程在水槽中进行，造粒过程采用切粒机进行造粒。
Priority Applications (1)
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