2015年9月1日，由“同時具備上游聚合、下游改性技術平臺”的佳易容？主辦的2015(第三屆)聚合物相容化技術國際高峰論壇在上海虹橋元一希爾頓酒店順利落幕。
舉辦此次會議的主要目的是促進相容劑領域的技術交流，加強下游改性行業(yè)對這一領域的理解和認識，從而推動整個產(chǎn)業(yè)鏈的技術創(chuàng)新。
主講人：酒井忠基先生，靜岡大學客座教授，日本制鋼所社友，塑料成型加工學會名譽會員，高分子學會合作伙伴，美國SPE合作伙伴，合成樹脂技術協(xié)會副會長。曾獲得化學工學會技術獎、塑料成型加工學會技術醬、科學技術廳長管獎、美國SPE協(xié)會技術獎等。
中國塑料業(yè)新形勢雙螺桿擠塑機技術
以下內(nèi)容根據(jù)會議現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審閱，僅供參考。
中國是全球增長最快的塑料市場
目前塑料合金方面有很多原創(chuàng)的技術，酒井忠基先生關于塑料合金方面做了近50年的研究，當前的塑料制品已經(jīng)應用在生活各方面，這是全世界塑料制品使用的趨勢。塑料制品主要使用市場是美國、歐洲、日本，但是最近日本的塑料制品市場有所下降，其中一個理由是日本目前正推進塑料回收。在世界其他地方，塑料的消費量還在不斷增長，特別是亞洲、尤其是中國，將來要大力發(fā)展回收價值比較高的塑料。整個塑料的加工工廠是各個形狀的，主要是從原料廠生產(chǎn)出來的原料然后經(jīng)過擠塑機之后再形成各種制品。關于整個產(chǎn)業(yè)鏈分成兩個方面，一方面是大量的大型工廠，每年都有幾十噸的生產(chǎn)。還有一種是做高價的塑料，主要是利用塑料合金的技術，為了使用這種技術有各種各樣的擠塑機，當中是關于脫硅的機器，五個機器連在一起，機器也越來越大了，最近長度達10米的機器也已經(jīng)出現(xiàn)，一個小時可以做出幾百米的規(guī)模。為了生產(chǎn)出高性能的塑料，類似的擠塑機也在不斷地開發(fā)當中。汽車制品用的注塑機，使用4個軸，主要是做汽車的玻璃窗。我們看到汽車的生產(chǎn)量、消費量在逐年增長，特別是中國的市場成長非常的快。汽車的零部件也有這些零部件組成，塑料的使用量隨著年份逐年增長，現(xiàn)在大約汽車10%的部件是用的塑料，汽車的零部件雖然注塑機用得比較多，高分子合金也是用得比較多。在合金的方面，特別是工程塑料方面它的市場前景比較大。中國市場可能是世界所有市場中成長最快的。
新需求催生新型注塑機
汽車的使用，一個趨勢是關于二氧化碳的排放要減少，然后是節(jié)省能量的方向，關于安全性的需求也在極速成長。關于對社會的貢獻是使用天然的原料，與信息相關的技術也在發(fā)展當中，比如說蘋果的電子設備。最近有做小型汽車的趨勢，這種小型汽車主要是用電動力的。比如說在日本市場，日本老齡化比較嚴重，老齡人需要開簡單操作的汽車，就是不會排放太多二氧化碳，使用燃料電池的汽車也在發(fā)展當中。這個汽車在停車的時候按一下按鍵，人離開汽車，汽車就會自己停在停車場。從塑料使用的加工方法當中看，大部分的塑料制品都是使用擠塑機成型的。在共同使用注塑機的情況下，里面再增加一些薄膜的技術，從基礎目標來看，主要是為了節(jié)省能源，二是而且安全性，三是為了回收利用。從注塑機的角度看，技術在逐漸發(fā)展，最近流行用超能二氧化碳對塑料進行刮炮的技術。注塑有兩個發(fā)展方向，一個是越做越大，另外一個在保持現(xiàn)在的規(guī)模上在精度有所提高。比如在屏幕上面，液晶屏幕有越做越大的技術。在計算機模擬方面，流動模擬技術已經(jīng)逐漸成熟。除了流動之外還能夠模擬其他很多方面，比如說溫度。這種使用計算機進行模擬擠塑機，包括高分子合金方面，技術在逐漸的發(fā)展。關于注塑機本身技術也在發(fā)展，以前都是用液壓的，現(xiàn)在逐漸向電的方面發(fā)展。除了消費能量降低之外，用電子進行控制，保養(yǎng)能力也在提高，又能夠制作出漂亮的制品，應用于醫(yī)療電子等方面。
關于注塑機的技術，目前能做出相當復雜的注塑。這個工藝叫DSIprocess，原料的使用是Nyhon6GF30%，能夠減少他的成本。還有一個趨勢，現(xiàn)在汽車制品使用纖維的制品多了。這個制品使用的是含有玻纖的，使用含纖維的技術，汽車的重量會下降，成本也會降低。使用這種玻纖的技術還在逐漸的發(fā)展，最近比較引人關注的是使用碳纖維的技術，現(xiàn)在使用碳纖維的制品汽車部件、零部件逐漸變多了。本來碳纖維主要是用在飛機上降低飛機的重量，可以減少20%的燃料使用，現(xiàn)在到汽車上使用碳纖維，他能夠比玻纖的重量降低，也可以節(jié)省能源。豐田公司的汽車使用碳纖維的技術，它的重量只有850公斤。豐田公司新開發(fā)的氫氣作為燃料，雖然成本很高，但是是未來的發(fā)展趨勢。因為使用氫氣作為原料的話，他的排放是零，所以碳纖維主要為了降低重量，減少流量消耗在日本非常受重視。還有可以直接使用擠塑機在里面加入碳纖維，然后再擠壓成型。另一個現(xiàn)在比較受到矚目的新技術，除了碳纖維之外使用蜘蛛絲作為填料的改進方法，這種蜘蛛絲是人工做的，他是使用基因操作的方法生成的。它可以用在很多的地方。關于高分子復合物未來的使用量，預測2035年使用會達到20%，將來高分子聚合物將會發(fā)揮很大的作用。
雙螺桿擠塑機發(fā)展迅猛
這是做出來的高分子合金，他主要應用方面還是汽車、家電。高分子復合物制作流程，先放入燃料熔融，再加入相容劑反應，再成型的過程。然后做出來的塑料粒子再經(jīng)過注塑等，然后制成復制品。為了做出具有特性的材料，最重要是他的微觀形態(tài)結(jié)構，為此要發(fā)生化學反應，增加他的相容性。制作成這樣的產(chǎn)品，最主要是在雙螺桿的擠出技術，要想做成這樣的制品，如果沒有在擠塑機里面很好地混合，就很難制成符合標準的產(chǎn)品，制作這樣的高分子合金，以前開發(fā)了很多的機器。現(xiàn)在做高分子的機器主要是1970年開發(fā)的機器，雙螺桿咬合同方向旋轉(zhuǎn)的擠塑機。從機器的生產(chǎn)量來看，1998年只能生產(chǎn)200公斤，現(xiàn)在已經(jīng)達到10倍的生產(chǎn)量，其理由主要是因為擠塑機螺桿的螺紋逐漸變深了，還有螺桿的轉(zhuǎn)速原來是100轉(zhuǎn)、200轉(zhuǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)達到800轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在螺桿的長度也變化了，以前是20，現(xiàn)在是40。螺桿使用的螺面原件也在逐漸開發(fā)新的螺面原件。擠塑機的材料原始的分析也能夠分析出來。這是螺桿的開發(fā)歷史，以前主要是三頭的螺紋原件，現(xiàn)在是兩頭的螺紋原件作為樞紐，螺紋的深度逐漸變深了。螺桿軸的厚度越變越窄，各種變窄的螺桿讓他保持同樣的速度轉(zhuǎn)動，非常很重要。扭矩的密度越來越高了，以前只有3.7，現(xiàn)在是1.22，扭矩的密度逐漸增大，為了保持一定的制冷時間，達到一定的程度的扭矩方能成功。
關于螺紋原件有很多，比如說單頭，兩頭、三頭，對使用水的總體進行共混的可容技術，在銅體里面再增加其他的溝槽的技術。使用這個技術之后，在同樣生產(chǎn)量的情況下，他的沖擊長度會明顯地提高。最近這種復雜的共混可以用計算機模擬出來，使用這個計算機模擬技術就做了這樣一個數(shù)據(jù)。通過計算機用普通的銅體做出來的粒子沒有溝槽做出來的粒子共混程度高。還有一個數(shù)據(jù)他的溫度控制也比較好，特別是低溫共混。紅色的技術是高溫的部分，普通的銅體保溫的部分比較多，上面寫普通螺桿344度，下面的螺桿是324度，使用這個計算方法還做了三頭起螺原件與圓形螺桿對比的模擬計算，使用的是玻纖的材料。通過計算可以看到，普通三頭的螺原件粒子分散不是特別均勻，兩頭分散粒子就比較均勻。粒子分布方面，三頭的分布強的地方很強，弱的地方很弱，不是很均勻。于此相比圓形的壓力分散比較好。三頭的螺桿原件開始是很高的，之后就不行了。于此相比圓形的螺桿分布比較均勻。也就是說比較強的情況下，玻纖在里面會被切斷的。剛才那個例子就是使用計算機模擬技術。PC/ABS的變性尺寸比較大，現(xiàn)在逐漸向納米結(jié)構方向發(fā)展。因為這個結(jié)構的改變，現(xiàn)在做出來的材料比以前強度更強。這個狀態(tài)可以通過擠塑機各種封閉程度的條件來控制。如果能夠很好地控制封閉的話，粒子可以做得更小。原先是使用相容劑可以進行相互連接，即螺桿已經(jīng)打碎的高分子通過相容劑進行重新連接，這樣就能夠把分散的狀態(tài)固定下來。關于這方面新方面的技術就是在里面添加無機的納米填料，可以促進相容性，加入炭黑的話已經(jīng)能達到比較好的效果。在有機的體系里面加入無機材料是將來非常好的研究方向，比如在天然橡膠里面加入黏土。
生物塑料和納米纖維素已成趨勢
關于電動車對塑料的趨勢發(fā)展，主要是關于一個生物塑料的發(fā)展，預測2025年會有更多的需求?，F(xiàn)在日本聚乳酸大概是一年5000噸的使用量，他可以應用在很多材料里面，對核心的材料產(chǎn)生很多的作用。豐田公司有一輛已經(jīng)在市場銷售的汽車，他60%使用生物塑料制作的，這個是幾年前做出來的一個汽車，這是一輛生物塑料制作的汽車。最新還有一個趨勢使用納米纖維素的例子，這是一個天然橡膠的例子，這個里面加入3%的納米纖維素，這是最近納米纖維素的應用，用在電池里面薄膜。這個技術現(xiàn)在還在開發(fā)當中，市場還沒有銷售，也就是說這只是另外一個可能性。關于各個主體廠的發(fā)展，這是關于福特公司的想法，福特公司要求比玻纖還要輕的材料。還有一個方面是關于著色、染色方面，是否納米纖維素纖維他的染色性比較好。這個例子是金讀大學發(fā)表的，使用納米纖維素的染料相比普通染料，染色性比較好，他不止是一個單體的問題，后面的納米纖維素也是可以應用。不管是納米纖維素還是碳納米管，他們的共同尺寸的時候比較容易共聚在一起，這個是一個分散技術，原來是使用水進行分散。這個例子是使用碳納米管的例子，側(cè)面是設的碳納米管，這樣的技術分散比較好。納米纖維素也有類似的問題，如果是很緊湊的話，就很容易聚合在一起，先用水混合再聚合比較好。這是金讀大學發(fā)表新的納米纖維素分散的方法，在共同體素之前先進行一個前席處理。長時間固體化，就能做出一樣分散化的材料，強度也跟以前差不多。相當于實現(xiàn)了一邊做納米纖維，一邊做納米共混。
未來屬于“技能型”塑料
做新技術的趨勢主要是附加價值的增加，成本也要下降，然后是能量的節(jié)省，包括排放量的減少。還有盡量地自動化，因為中國這樣的發(fā)展趨勢出租車的司機會越來越少，所以自動化也是一個趨勢。接著就是可持續(xù)的材料的廣泛應用，零排放的材料，比如說生物材料，還有纖維素納米材料。關于擠塑機有擠塑技能的分析，比如說有化學反應的技術。關于計算機模擬的技術會變得更加重要。關于擠塑機的監(jiān)視技術，目前相當于進入了一個黑匣子，所以擠塑機的監(jiān)控也很重要。也就是說擠塑機里面到底發(fā)生了什么事越來越重要，通過各種技術的發(fā)展，比如說通過光學分子技術，總的來說擠塑機的分析技術，計算機的模擬技術越來越重要的時代就要來了。關于全世界材料提供量的趨勢，美國一所大學給出的數(shù)據(jù)，隨著時代的發(fā)展木材的使用量會逐漸減少，然后鋁和鎂的金屬使用量會更多。關于塑料的使用量，它不僅是一個量的增長還發(fā)展出新的技能型的塑料。未來的塑料行業(yè)將更加壯大！
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