淺談聚甲醛在成本和工藝上的改進方向
日本寶理 POM Duracon M90-71 POM塑料是沒有分支的高密度、高結晶性的線性聚合物。聚甲醛分子鏈由碳氧鍵組成,其碳氧鍵比碳碳鍵短,內聚能密度高,聚集緊密,結晶度較高,具有優異的剛性和機械強度。一根直徑3,mm 的細絲可承受約104,N 的拉力,其抗張強度和模量已接近鋼材。
日本寶理 POM Duracon M90-71 POM表觀上是半透明或不透明粒料,與象牙相似,它是五大通用工程塑料之一,由于聚甲醛具有良好的機械性能、耐磨性、耐有機溶劑性等突出優點,被部分替代銅、鋅、鋁、鋼等金屬且廣泛用于汽車、機械制造、精密儀器、辦公家用電器、**等行業。
聚甲醛應用已幾乎涉及各行業領域。隨著煤化工的發展,促使國內企業紛紛上馬聚甲醛項目,產量的增長帶來了產能的嚴重過剩,聚甲醛市場受到了****的危機。作為五大工程塑料之一的聚甲醛,其市場價格已跌進谷底,甚至低于一般的通用塑料。
因此,生產廠家只有從工藝技術和成本上進行改進,才能從激烈的市場競爭中存活下來。
聚甲醛工藝和成本改進的必要性
目前,全球聚甲醛每年需求量81 萬t,全球改性日本寶理 POM Duracon M90-71 POM每年需求量25 萬t,國內聚甲醛產量已達55 萬t/a,而國內市場每年需求量僅有30 萬t。由于國內聚甲醛生產技術遠不如國外先進,因此,**市場(汽車、電子等行業)長期被國外企業壟斷,每年國內進口聚甲醛需求在20 萬t 左右(見表1),其中,進口日本寶理 POM Duracon M90-71 POM90%以上都是改性產品,國內日本寶理 POM Duracon M90-71 POM每年需求量僅剩不到10 萬t。因此,國內聚甲醛企業只有通過優化產品結構,降低原材料成本,提高國產化設備性能,優化工藝,降低能耗,才能在供大于求的市場競爭中存活下來。
由主潤滑劑、助潤滑劑、消音劑、減磨劑及其它相關助劑所組成的復合潤滑體系開發的耐磨消音POM 復合材料之所以具有優異的摩擦磨損性能,與該體系組成物質之間的協同作用有關。
具有良好的耐磨損性和自**作用,能較好地限制磨粒嵌入深度以抑制犁切裂紋的發生;消音劑對摩擦過程中產生的噪音具有“稀釋”和“吸附”作用,有很好的降低甚至消除噪音的作用;主潤滑劑能發揮良好的潤滑作用,在對磨面之間形成連續的轉移膜,能對抑制疲勞裂紋或粘著破壞的發生有較大的貢獻;而助潤滑劑可以與前幾類物質產生協同作用,有助于提高材料的耐磨損性和自潤滑性。并且,筆者通過大量配方優化設計,確定復合潤滑體系的*佳配比,保證了復合材料具有優異摩擦磨損特性的同時保持了良好的外觀、力學性能及良好的成型加工性能。
目前,國內日本寶理 POM Duracon M90-71 POM 企業生產的POM 產品多為通用料,僅用于低端產品市場且供過于求,而**市場被國外改性牌號所壟斷,面對低迷的市場狀況,加快開發POM 改性新產品具有重要意義。據資料報到,POM 增韌改性主要是通過添加彈性體共混來提高其沖擊強度。神寧集團采用香港富藝國際工程有限公司提供的POM 生產技術,以煤炭為原料,加工合成共聚POM。自投料試車以來,神寧煤基共聚POM 產品MC90 與市場所售日本寶理 POM Duracon M90-71 POM 產品的性能、質量基本一致,但在加工制品過程中易脆斷、開裂。其原因是MC90 產品韌性不足,沖擊強度不能滿足大尺寸制件的加工。
烘干溫度的確定
煤矸石研磨粉碎后,比表面積增加,吸濕性增強,而且它與硅烷偶聯劑高速攪拌下混合后,由于偶聯劑中含有部分水, 也引起煤矸石濕度增大,而水的存在會引起聚甲醛分解,并且偶聯劑中的醇需要除去,因此,混合硅烷偶聯劑后需要對煤矸石進行干燥處理。
不對煤矸石進行干燥處理,聚甲醛樹脂的力學性能有一定程度損失, 在60℃~120℃區間范圍內,隨著溫度升高,煤矸石干燥時間不斷減少,并且對聚甲醛樹脂缺口沖擊強度影響不大,而繼續升高干燥溫度,由于干燥過程是一個降速過程,煤矸石粉末內部水、醇等移出速度受到粒徑大小、孔徑大小等因素限制,干燥時間縮短不明顯,從縮短生產時間,提高生產效率角度考慮,確定適宜的烘干溫度為120℃。
煤矸石填料加入量的確定
煤矸石加入量對聚甲醛樹脂影響很大,煤矸石微粒的比表面積大,與聚甲醛樹脂大分子有較大的接觸面積,產生物理吸附,形成成核點,提高其結晶速度和結晶度。且在材料受沖擊時,因填料與基體接觸面積增大,會產生更多的微裂紋,吸收更多的沖擊能。但若此類填料用量過大,粒子過于接近,微裂紋易發展成宏觀開裂,體系性能變差。
加入煤矸石,可以顯著改善聚甲醛樹脂的力學性能, 當加入量達到20%時,聚甲醛樹脂的力學性能*好, 繼續增加添加量,煤矸石開始團聚,在聚甲醛基體中易產生缺陷,使聚甲醛樹脂的力學性能下降。因此確定適宜的煤矸石加入量為m(煤矸石)/m(POM)=20%。
結論
(1)利用煅燒后的煤矸石對聚甲醛樹脂進行增韌改性,可提高聚甲醛樹脂的缺口沖擊強度;(2)適宜的煤矸石改性聚甲醛工藝條件為:煤矸石研磨粒度為38μm,煅燒溫度為800℃,硅烷偶聯劑加入量為m(KH-550 溶液)/m(煤矸石)=0.5%,烘干溫度為120℃, 煤矸石加入量為m (煤矸石)/m(POM)=20%。在此條件下,改性后的聚甲醛樹脂拉伸強度為46MPa,缺口沖擊強度為86J·m-1。