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顺炎塑料有限公司培训教材
第一节 塑料改性技术和双螺杆塑机行业的关系介绍
近年来，我国的塑料行业蓬勃发展，无论从塑料的原料生产，到后加工，其市场的需求增长都十分强劲，双螺杆挤出机作为塑料改性行业的主要设备之一，也得到了快速发展，高转速、高产量、长寿命设计的双螺杆挤出机逐渐成为市场的主流。塑料改性技术在近十年中也取得了较大的进步，尤其在塑料的填充、增强、增韧等方面都得到了广泛的应用，专用料技术受到许多塑料厂家的认同，如：阻燃的电线电缆专用料、耐候、防雾滴农膜母料、汽车专用料、家电专用料以及各种母粒的生产技术等，对我国的塑料行业的发展起到了推动作用。目前国内许多塑料改性技术的研究单位，只重视塑料改性配方的研究，而不重视技术生产的可操作性，以及双螺杆生产设备的适应性，使许多好的技术在应用中出现问题或得不到应用；而有时双螺杆挤出生产厂家只注意机械制造方面的问题，而忽略了具体改性材料的特性，使生产厂家使用该设备却不能生产出满意的产品来。如果将塑料的改性技术和双螺杆挤出设备进行有效的结合就能解决这个问题。
一、塑料改性技术与塑机行业的关系：
  从字面上理解，双螺杆挤出机的制造是属于机械制造行业，而塑料改性技术是属于高分子材料的研究范畴，但两者是密不可分的，就好比计算机领域中的硬件和软件，硬件性能的好坏固然十分重要，但好的软件可以弥补硬件性能的不足，塑料改性领域也是这样。就拿碳酸钙填充母粒来说，在技术相同的条件下，好的双螺杆挤出机设备用来生产填充母粒，其母粒的产量和分散性当然就好些，但从配方和螺杆组合的角度着手，好的配方和工艺在单螺杆挤出机上也能生产出性能较好的填充母粒来，（当然实际上不提倡这样）而好的螺杆组合可以使一台普通的直径为60的双螺杆挤出机的24小时的碳酸钙母粒的产量达到7吨左右。
 二、塑料改性技术能刺激双螺杆塑机行业的技术改造和完善
  纵观双螺杆挤出机的发展史是和塑料改性技术分不开的，每个塑料产品是需要不同的塑料改性技术的，从而对设备即双螺杆挤出机的要求也稍有差异，有的物料强调在挤出过程中的剪切分散，有的则强调它的在螺杆中的停留时间、耐磨性和耐腐蚀性等，塑料改性技术的不断提高和完善，在提高塑料改性料质量的同时，对双螺杆挤出机性能要求的不断提高，也推动了双螺杆塑机行业的技术更新和发展，迫使他们提高自己的制造水平来适应这种要求。
二、塑料改性技术和双螺杆产业相结合，可以提高销售收入
  国内双螺杆挤出机在销售过程中，一般一台设备的价格主要是由螺杆的直径和其他的配置来决定的，而很少有厂家将塑料的改性技术和机械设备一起捆绑销售的，也就是大家所说的交钥匙工程，即作为一个项目工程来做，即使有，也只是将技术作为一种附带的条件来白送给人家，（对于普通的技术是可以的）很少有在双螺杆挤出机的销售中将技术也作为一种商品来有价销售。原因是多方面的，譬如说实际上本身并不具备先进的塑料改性技术，没有专门的人员来做技术等等。而在国外的公司，则出现软件的价格比机械设备的价格还高的例子，如国内某著名石化公司，从日本某公司引进一条生产装置，在谈判中，机械设备日本公司以很低廉的价格成交，而在装置建成后，每一项的软件技术则高达数十万美金，国内公司也只好忍痛买了。
从国内当前的塑料改性市场情况看，塑料改性的生产厂家主要是以中、小型为主，他们对塑料技术了解较少，或自己没有技术的开发能力，而有的只是想投资这个行业，但没有技术支持，导致投资具有一定的盲目性，有的临时从各种渠道购买技术。如果我们根据市场的需求，将设备和技术捆绑在一起进行销售，一定会深受塑料改性厂家的欢迎的，同时也能增加销售收入，提高双螺杆设备制造厂家的产品竞争力。
四、塑料改性技术能与塑料生产厂建立伙伴关系，有利于销售市场的巩固和开发
 知识经济的意识在市场中逐渐得到认同，塑料厂家也在不断地更新自己的生产技术，不断地推出新的塑料产品，开发新的塑料市场。而新产品的开发成功，往往意味着产量的增加，生产厂家就会扩大再生产，就会添置新的双螺杆挤出机。如果在挤出机的销售过程中，不断的通过塑料改性技术为纽带与塑料厂家保持良好的关系和沟通，塑料厂在购买新设备时，将首先考虑到平时关系融洽的双螺杆制造商，这一点对市场的占有率好处甚多。

第二节 环保塑料材料的各类环保标准
一、 ROHS环保标准
1.开展和实施欧盟“ROHS”指令（标准）目的：
    开展和实施欧盟“ROHS”指令（标准）其根本在于防止电子、电气设备的部件、材料、包装材料或设备中含有环境管理物质中禁止使用物质、计划废除物质以及削减物质（通常指：有害物质）的混入、遵守法令（各国或当地法令禁止使用或限制使用，必须按照其法令执行）、保护地球环境以及减轻对生态系统日益恶化的影响。
2.“ROHS”指令（标准）中实施环境管理物质适用范围
    2.1电子、电气设备
    ★白色家电如：电冰箱、洗衣机、微波炉、电饭煲、空调、电风扇、热水器、煤气灶等；
    ★黑色家电如：各种音频、视频产品；电视接收机、微机系统（含：电脑主机、显示器、打印机、扫描仪等）、DVD、CD、各类IT产品、各类通信产品等
    ★各类电动工具、电动电子玩具、电子医疗设备及其它电子、电气设备等。
    2.2部件和材料
    ★半成品（功能单元、模块、板组件等的组装部件等）
    ★部件（电气部件、机构部件、半导体设备、印刷电路板、记录介质、包装材料、包装部件）
    ★螺丝
    ★附件（遥控器、鼠标、AC适配器等为设备使用而配套的附属品等）
    ★产品所使用的附属材料（胶带、焊接材料、粘结剂等）等构成材料
    ★操作说明书
    ★服务部件（系指电子、电气设备的包装材料）
    （木框、托架、导轨、杠秆、袋、缓冲材料、固定器具、薄板、绳索、硬纸箱、胶带、捆绑带、标签、印刷油墨及涂料等）
3.有关环境管理物质术语和定义
    3.1含有
    含有系指无论是否有意，所有在产品的部件、设备或使用的材料中添加、填充、混入或粘附的物质（包括在加工过程中无意混入或粘附于产品中的物质）。 
    3.2杂质
    包含在天然材料中，作为工业材料使用，在精制过程中技术上不能完全去除的物质（matural impurity），或者在材料合成反应过程中产生，而在技术上下不能完全去除的物质。
    此外，为了与主原料加以区别，在为了改变材料的特性而使用称为“杂质”的物质时，也按“含有”处理。
    但是，在制造半导体设备等使用的掺杂剂（Dopant），虽然是有意添加的，但实质上在半导体设备中仅有极微量残存，这中情况不作为“含有”处理。
    此外，在部件、设备中该环境管理物质作为杂质混入或者粘附时，其浓度不应超过该允许浓度。 
    3.3“ROHS”
    系指：《关于在电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》欧洲议会和理亊会2003年1月27日第2002/95/EC号
英文全称为：on the Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment
  4 对环境管理物质的一般介绍
4.1环境管理物质名称一览
    表4.1 环境管理物质名称一览
环境管理物质名称
重金属
★镉以及镉化合物
★铅以及铅化合物
★汞以及汞化合物
★六价铬化合物（Cr6+）
有机氯化合物
多氯联苯（PCB）
多氯化萘（PCN）
氯代烷烃（CP）
灭蚁灵（Mirex）
其他有机氯化合物
有机溴化合物
★多溴联苯（PBB）
★多溴二苯醚（PBDE）
四溴双酚-A-双-（2, 3-二溴丙醚）（TBBP-A-bis）
其他有机溴化合物
有机锡化合物（三丁基锡化合物、三苯基锡化合物）
石棉
偶氮化合物
甲醛
聚氯乙烯（PVC）以及聚氯乙烯混合物

注：“★”者为2006年7月1日欧盟首批实施“ROHS”指令的有害物质；其余十二类物质也是要近期内关注的环境管理物质。
4.2欧盟ROHS对塑料材料的最基本的标准要求
限制物质
测试仪器
限量标准
镉及其化合物
ICP -OES
<100 ppm
铅及其化合物
ICP -OES
<1000 ppm
汞及其化合物
ICP -OES
<1000 ppm
六价铬及其化合物
UV-Vis
<1000 ppm
多溴联苯
GC-MS
<1000 ppm
多溴联苯醚
GC-MS
<1000 ppm

二、 SONY环保标准
1．SONY环保标准和ROHS指令对限制物质的定义及其术语基本一样，在限制物质和对限制物质的含量上有更加严格的要求。
环境管理物质名称
重金属
★镉以及镉化合物
★铅以及铅化合物
★汞以及汞化合物
★六价铬化合物（Cr6+）
有机氯化合物
多氯联苯（PCB）
多氯化萘（PCN）
多氯三联苯（PCT）
短链型氯代烷烃（SCCP）
其他有机氯化合物
有机溴化合物
★多溴联苯（PBB）
★多溴二苯醚（PBDE）
其他有机溴化合物
有机锡化合物（三丁基锡化合物、三苯基锡化合物）
石棉
偶氮化合物
甲醛
聚氯乙烯（PVC）以及聚氯乙烯混合物
氧化铍、铍青铜
特定邻苯二甲酸盐
氢氟碳化合物（HFC）、全氟化碳（PFC）
2． SONY对塑料材料的最基本的标准要求
限制物质
测试仪器
限量标准
镉及其化合物
ICP -OES
<5 ppm
铅及其化合物
ICP -OES
<90ppm
汞及其化合物
ICP -OES
ND
六价铬及其化合物
UV-Vis
ND
多溴联苯
GC-MS
ND
多溴联苯醚
GC-MS
ND

三、 无卤环保标准
根据许多科学研究显示，卤素系阻燃剂已经成为日常环境中到处扩散的污染物，且对于环境与人类的威胁日益升高。而制造、循环回收、或拋弃家电及其它消费性产品的行为，则是造成这些污染物释放到环境的主要途径。为保护环境，某些卤素系阻燃剂已经不能使用在电器产品和房屋建材的塑料材料部份 (此泛指塑料的表面/外壳)。 塑料材料中禁用卤素系阻燃剂的原因是此种阻燃剂无法回收使用，而且在燃烧与加热过程中会释放有害物质，威胁到人类身体的健康、环境和下一代子孙。 如同其它有毒的重金属 (如铅、镉、水银、六价铬等)，欧盟(European Union)在欧盟电子电机中危害物资禁用 (Restriction of the Use of Hazardous Substances in electrical and electronic equipment, RHS) 指令中决定在 2006 年 7 月 1 日全面禁止PBB (Polybrominated Biphenyls) 及PBDE (Polybrominated Diphenyl Ethers) 等溴系阻燃剂的使用。
非卤素系阻燃剂已逐渐使用在电子电器产品应用的商业市场。Sony 公司已经要求他们的下游厂商在 2005 年以后，禁止在产品及零件上使用卤素系阻燃剂。Toshiba 公司的笔记型计算机从 1998 年开始就采用非卤素系主机版，目前为止已推广到该公司所有的计算机产品。Dell、Microsoft、Motorola、BENQ 和 Panasonic 公司也制定了他们的新规定，要求下包厂商遵守以符合欧盟的这项要求。许多在台湾的下包厂商也正准备设置新的仪器与测试方法来符合此项新的规范。

    卤素系阻燃剂的测试规范及含量要求
    微波消化法是使用密闭的微波加热炉 (微波辅助萃取 Microwave Closed Extraction Vessel , MAE) 从卤素系化合物中萃取PBB (Polybrominated Biphenyls) 及PBDE (Polybrominated Diphenyl Ethers) 等溴系阻燃剂，这个方法省时省钱又有效。这是参照美国环保署 USEPA 3546 规范要求所制定。经过微波萃取的步骤之后，再由气相层析质谱仪 (Gas Chromatography /Mass Spectrometer, GC/Mass) 来测定PBB及PBDE等溴系阻燃剂的含量。
国外公司对材料卤素含量的要求一般是，溴含量〈800ppm，氯含量〈800ppm，溴氯总量〈1500ppm。

第三节 PBT和PA材料的基本特性及其应用
一、 聚对苯而甲酸丁二醇酯(PBT)材料简介

聚对苯二甲酸丁二醇酯，又名聚对苯二甲酸四亚甲基酯，或称聚丁烯对苯二甲酸酯树脂（简称PBT树脂）英文名称：Polybutylene Terephthalate Resin（简称PBT、PBTP等）。它由1,4丁二醇与对苯二甲酸二甲酯（DMT）进行酯交换或与精对苯二甲酸(PTA)直接酯化后,再经缩聚制得。其分子式为：(-C12H8O4-)n；化学结构式为：

PBT在1970年代初期由美国Celanese公司研究成功，并以Celanex商品名上市，随后世界知名厂商德国BASF、Bayer、美国GE、Ticona、Dupont，日本Toray、三菱化学、帝人、宝理,台湾的新光、长春等公司先後投入生产行列，是五大工程塑料发现最晚，发展最快的品种。我国于1995年由仪化全套引进德国吉玛（Zimmer）公司的工艺技术和设备，产能20000吨/年成为世界上第一套工业化的PTA连续法PBT树脂生产装置。全球主要万吨级生产厂商共计三十余家，2005年底全球产能约80万吨。
PBT树脂为结晶形，熔点225℃左右，相对密度1.32。具有优良的力学性能，有自润滑性和耐磨性，摩擦系数低，但缺口敏感性大。耐热、耐候好。尺寸稳定性好，电性能优良，耐电弧性好。抗化学药品性及其优异，与醇、醚、脂肪烃、酸和盐的水溶液等不起作用，但不耐强酸和强碱。耐四氯化碳，在二氯乙烷中溶胀，在芳烃、乙酸中有些溶胀。
二、 改性聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工程塑料的生产和市场需求概况

80％以上PBT都是改性后使用的。PBT改性工程塑料以其优异的物理、机械及电气等特性在汽车与电子电气等领域日益得到广泛应用（见表1）。与尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC），聚甲醛（POM），改性聚苯醚（PPO）齐名的五大通用工程塑料之一。目前全世界PBT改性工程塑料产能已达到50万吨/年以上，在五大通用工程塑料中居第四位。在国内，2005年PBT工程塑料的需求量已达到10万吨/年，并且将每年以10%以上的速度增长。工程塑料协会预测到2010年电子电器和汽车领域PBT的用量超过18万吨。根据我们的统计，PBT的市场需求预测见表3。

表1 PBT改性工程塑料的应用

表2国内PBT改性生产厂家的产量见下表
生产厂家(国内企业)
2006年产销量（吨）
主要市场
主要行业
广州金发科技
20000
华南、华东、华北、东北
汽车、电子电气、家电、
商用机器、照明
江阴济化新材料
11000
华东
照明、电子电气、
通讯、机械
南通中蓝
6000
华东、华南
电子电气、家电、照明
南通东方
3500
华东
照明、电子电器
北京市化工研究院
1500
华北、华东
电子电气
横店德邦
1000
华东
电子电气
苏州香雪海
2000
华东、华西
电子电气
其它国内厂家
16000
/
/
小计
61000
/
/
进口总量
70000
/
/
合计
131000
/
/

表3 国内改性PBT产销量一览表
年份
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
PBT年用量/吨
72700
87000
110000
131000
160000
189000
220000
250000

三、 聚对苯而甲酸丁二醇酯(PBT)在公共场所的应用

PBT在公共场所应用广泛，节能灯是一个大家都看得到的用途。其实在公共场所的电器比如电视、电脑、空调、投币电话机、自动售货机等中的很多电子零部件都有用到PBT材料，具体见下表

公共场所使用的部分电器名称
节能灯
电视
电脑
空调
自动售货机、电话机
PBT的具体应用
节能灯头
部分线圈骨架
主板上的插槽和连接器
部分线圈骨架
部分电话机外壳
聚焦电位器外壳
USB等外部接口
压缩机端盖
部分线圈骨架
电路板上的连接器
CPU芯片上的散热风扇
微型继电器壳体
微型继电器壳体
微型继电器壳体
电源上的散热风扇
其它电子部件
连接器
插头、数字电视的外部接口等
其它电子部件
/
其它电子部件

第四节 生产设备的基本工作原理
双螺杆挤出机具有单螺杆挤出机的挤出机原理：固体输送 熔融 增压和泵送混合汽提和脱挥发分，但又不单纯是如此。双螺杆挤出理论的研究开始的晚,再加上它的类型多,螺杆几何形状复杂,挤出过程复杂,这就给研究带来诸多困难。
从整体上说双螺杆挤出理论的研究尚处于初始阶段,这就是所说的"技艺多于科学".从它的挤出过程的研究,大概分三个环节:
1、聚合物在挤出过程中物态变化规律,输送原理 固体 熔体的输送 排气真相和规律,建立起数学的 物理的模型,用来指导双螺杆挤出机的设计和挤出过程的优化。
2、要弄清楚两种以上的聚合物及物料在挤出过程中物态变化真实情况，混合形态，结构变化的过程,以及最后混合物与性能的关系。
3、做为双螺杆挤出机，挤出反应成型时的反应过程、速度、性能与螺杆构型、操作条件之间的内在联系,建立模型,用来指导反应成型挤出。