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使用不同剪切力的生产设备时,色母粒熔体配方设计应有哪些不同的考量?

使用不同剪切力的生产设备时,色母粒熔体配方设计应有哪些不同的考量? 链塑网
2025-05-28
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导读:熔体剪切法,塑料工业中最常用的一种颜料分散方法。

塑料配色和颜料分散是色母粒行业两大技术核心,这决定了色母粒生产绝非简单的颜料与树脂造粒工序。色母粒行业立足的根本是做好颜料分散和精确配色,而其中分散技术更是基础中的关键。



熔体剪切法


颜料在塑料中的分散方法主要是熔体剪切法,这是塑料工业中最常用的一种颜料分散方法。


熔体剪切法就是颜料被树脂熔融体包裹润湿并通过熔融体运动时传递的剪切应力所分散,是由机械运动带动流体(熔融体)运动,并由流体运动速度差与流体黏度共同作用而产生,所以色母粒配方设计首先从熔体剪切力这一着眼点考虑出发。


本篇文章将带领大家一起探讨在不同加工剪切力时,熔体配方设计的考量。


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熔体加工剪切力足够大时

配方设计的考量


如果色母粒加工设备的剪切力足够大,当树脂熔融后能通过树脂的黏度把颜料分散,当剪切力达到一定程度时,颜料相发生断裂而被撕碎,颗粒尺寸变小,树脂熔体迅速对颜料润湿,黏度逐渐降低至黏流态时,较小颗粒渗入到聚合物内,在流场剪切应力的作用下,进一步减小粒径,直到颜料颗粒的团聚体被破碎并接近至初级粒子的状态得以均匀分散在聚合物中。最终颜料微细颗粒在流场的持续作用下被高度均匀地混合分布,见图1-25。

在上述加工过程中不可缺少的主要成分是颜料载体,这也是色母粒配方设计的两个主体。由于考虑到树脂在如此高剪切力下会有剪切热产生,促进树脂热氧老化,为了保护树脂需加入适量的抗氧剂为了保证物料输送,添加适量的外润滑剂也是需要的。这样,一个色母粒产品的配方就设计好了。这个色母粒产品配方只有4个原料,而且非常简单。


需要说明的是,具有这么强的剪切力的色母粒制造机械是密炼机、连续密炼机(FCM)或双转子连续密炼机(LCM)


密炼机或连续密炼机是制造色母粒最好的设备,但其剪切力大、设备大、投资大,换品种工序多,清洗设备困难,只适合黑、白色母粒两大品种,对于彩色多品种、小批量的色母粒,因换色清洗等原因就不太合适了。


对于一些特殊品种(如PE压力管),选用连续密炼机(FCM),配方中绝对不宜加入低分子物,否则会影响材料的性能。但如果产品性能没有特殊要求,在配方中选择加入少量低分子物(如聚乙烯蜡),可大大改善色母粒加工性能。


熔体加工剪切力不够大时

配方设计的考量

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如果色母粒加工设备的剪切力不够大,不足以将颜料分散至满意的结果,那就需要先对颜料进行润湿。这是因为润湿剂在颜料粒子聚集体中的微小间隙作毛细管渗透,由于毛细管渗透,颜料粒子间凝聚力降低了,在机械力的作用下,就很容易被粉碎。因此颜料的润湿速率对于分散总速率和质量,是一个决定性的因素。


所以,此时色母粒配方设计除了颜料载体树脂外,还需加入润湿剂,良好的润湿和透能帮助剪切力传导至颗粒中间。要做好色母粒分散,选择容易被润湿的颜料和容易润湿颜料的润湿剂就成为关键。颜料润湿角和润湿剂黏度是做好产品的关键。


润湿剂用量与颜料的表面性能有关,或者说与颜料的吸油量有关,这一点在色母粒配方设计中也很重要,在选用同一颜料结构品种时,选用不同生产商,特别选用国外进口产品显得特别重要。


加入适量外润滑剂,以提高颜料的分散性也是有例可循的,但需注意外润滑剂的选择和添加量的控制,前者关乎适用性和避免不利影响,而后者与加工顺畅性相关。N,N-亚乙基双硬脂酰胺(EBS)等加入会影响产品的封口性和印刷性能,还会影响产品的气味。


综上,色母粒配方设计需以熔体剪切力为核心:剪切力充足时,平衡颜料、载体等配比;不足时,借助润湿剂体系优化。实际生产中,设备选型与配方设计需协同,将剪切力与配方结合,才能兼顾产品性能与生产经济性。




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责任编辑:晓晓
排版:晓晓
内容来源:《色母粒配方设计和工业制造》陈信华 赵瑞良 徐一敏 等编著
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