Aplikácia mazív v plastových výrobkoch

Mazivá sú nevyhnutné funkčné prísady pri výrobe plastov. Znížením trenia vo vnútri plastovej taveniny a medzi taveninou a spracovateľským zariadením zlepšujú tekutosť spracovania, zabraňujú priľnavosti taveniny k zariadeniu a zabraňujú povrchovým chybám (ako sú škrabance a jamky) na výrobku. Zároveň optimalizujú lesk povrchu a vlastnosti výrobku pri vyberaní z formy. Pri spracovaní plastov (ako je vstrekovanie plastov, extrúzia, vyfukovanie) môžu mazivá znížiť teplotu spracovania a spotrebu energie, zlepšiť efektivitu výroby a sú vhodné pre takmer všetky kategórie plastov, ako sú PE, PP, PVC, PET, ABS atď. Podľa spôsobu ich účinku sa delia na vnútorné mazivá (zlepšujúce vnútornú tekutosť taveniny) a vonkajšie mazivá (znižujúce trenie medzi taveninou a zariadením). V súčasnosti sa vyvíjajú smerom k vysokej účinnosti, nízkej migrácii, environmentálnej kompatibilite a multifunkčnosti, čo je základná podpora vyváženia spracovateľnosti plastov a kvality výrobku.

1. Základný mechanizmus mazív: obojsmerná optimalizácia spracovania a výkonu

1. Funkcia vnútorného mazania: zníženie viskozity taveniny a zlepšenie tekutosti

Vnútorné mazivá majú dobrú kompatibilitu s plastovými živicami, dokážu preniknúť medzi molekulárne reťazce, oslabiť medzimolekulové sily, znížiť trenie segmentov a znížiť viskozitu taveniny:

Účinok: Uľahčenie toku plastu počas spracovania, úplnejšie naplnenie foriem (napríklad pri zložitých vstrekovaných dieloch bez chýbajúcich materiálov), zníženie krútiaceho momentu závitovky extrudéra a vstrekovacieho tlaku;

Reprezentatívne produkty: butylstearát, dioktyladipát, polyetylénglykol;

Scenáre adaptácie: extrúzia PVC profilov, výroba tenkostenných PP vstrekovaním plastov, aby sa zabránilo deformácii produktu spôsobenej zlou tekutosťou taveniny.

2. Funkcia vonkajšieho mazania: vytvára izolačný film, zlepšuje odformovanie a povrchovú úpravu

Externé mazivá majú zlú kompatibilitu s plastmi a počas spracovania migrujú na povrch taveniny, čím vytvárajú mazací film, ktorý izoluje priamy kontakt medzi taveninou a zariadením (skrutky, formy).

Účinok: Zabránenie zariadeniam na lepenie taveniny (ako sú napríklad valce na lepenie extrúznej fólie, formy na lepenie vstrekovaných dielov), zníženie povrchových škrabancov a otrepov na výrobkoch a zlepšenie lesku povrchu;

Reprezentatívne produkty: kyselina stearová, stearát vápenatý, parafín, mikrokryštalický parafín;

Adaptačné scenáre: vyfukovaná PE fólia, vstrekovanie ABS krytov domácich spotrebičov, extrúzia PVC rúrok, zabezpečenie nepretržitého a plynulého spracovania a zlepšenie kvality vzhľadu produktu.

3. Kolaboratívna pomoc: Vyvažovanie viacerých potrieb

Niektoré mazivá majú aj iné funkcie, ako napríklad stearát vápenatý a stearát zinočnatý, ktoré sú externými mazivami aj pomocnými zložkami tepelných stabilizátorov z PVC; mazivá na báze polyetylénglykolu môžu zlepšiť antistatické vlastnosti plastov, čím sa dosahuje synergický efekt lubrikácie + stability/antistatických vlastností:

Typické použitie: Pri výrobe PVC káblových materiálov rieši stearát vápenatý súčasne problémy s mazaním a tepelnou stabilitou, čím zjednodušuje zloženie; Polyetylénglykolové mazivo sa používa na balenie potravín z PE fólie, vyrovnávanie tekutosti a antistatických požiadaviek.

2. Bežné typy mazív a kompatibilné plasty: presné zladenie charakteristík a scenárov

Rôzne mazivá sa výrazne líšia v kompatibilite, tepelnej odolnosti a účinnosti mazania a mali by sa vyberať na základe typu plastu, technológie spracovania a použitia produktu:

1. Mastné kyseliny a ich deriváty (kyselina stearová, soli kyseliny stearovej): univerzálne mazivá

Hlavné výhody: nízke náklady, vyvážený mazací účinok s funkciami vnútorného aj vonkajšieho mazania a niektoré môžu pomôcť pri tepelnej stabilite;

Reprezentatívne produkty: kyselina stearová (SA), stearát vápenatý (CaSt ₂), stearát zinočnatý (ZnSt ₂), stearát horečnatý (MgSt ₂);

Vhodné pre plasty: PE, PP, PVC, ABS;

Typické aplikácie: obedárové boxy z PP vstrekovaného plastu (na zlepšenie vyberania z formy), PVC rúry (protilepivá forma + pomocná tepelná stabilita), hračky z ABS (na zlepšenie lesku povrchu) s typickým pridaným množstvom 0,1 % – 1,0 %.

2. Esterové lubrikanty (butylstearát, dioktyladipát): hlavné vnútorné lubrikanty

Hlavné výhody: Dobrá kompatibilita so živicou, vysoká účinnosť vnútorného mazania a žiadny vplyv na priehľadnosť produktu;

Kompatibilné plasty: PVC, PET, PC, priehľadný PP;

Typické aplikácie: priehľadná PVC fólia, predlisky PET fliaš na nápoje, kryty PC lámp, aby sa zabránilo zahmlievaniu spôsobenému zrážaním vnútorných mazív, s pridaným množstvom 0,3 % – 2,0 %.

3. Parafín (parafín, mikrokryštalický parafín, polyetylénový vosk): hlavné mazivo na vonkajšie mazanie

Hlavné výhody: Silný vonkajší mazací účinok, mierna tepelná odolnosť (teplota spracovania ≤ 200 ℃), môže výrazne zlepšiť povrchový lesk výrobkov;

Reprezentatívne produkty: plne rafinovaný parafín, mikrokryštalický parafín (MPW), polyetylénový vosk (PE vosk);

Kompatibilné plasty: PE, PP, ABS, PS;

Typické aplikácie: vyfukovaná fólia na nákupné tašky z PE (valček proti prilepeniu), ťahanie drôtu z PP tkaných tašiek (zlepšuje filamentovateľnosť), ABS plášť domácich spotrebičov (zlepšuje hladkosť povrchu) s pridaným množstvom 0,2 % – 1,5 %.

4. Polyéter (polyetylénglykol PEG): Špeciálny funkčný typ

Hlavné výhody: Nastaviteľná kompatibilita, kombinácia mazacej a antistatickej funkcie, nízka migrácia, šetrné k životnému prostrediu, v súlade s normami pre kontakt s potravinami;

Kompatibilné plasty: PE, PP, PET, potravinárske PVC;

Typické použitie: PE potravinová fólia, PP obedárky do mikrovlnnej rúry, PET fľaše na balenie potravín, na zabránenie migrácie maziva a kontaminácie potravín s pridaným množstvom 0,2 % – 0,8 %.

3. Prax aplikácie mazív v kľúčových plastových výrobkoch: Návrh receptúry na základe scenárov

1. Polyolefínové výrobky (PE, PP): Vyváženie efektivity spracovania a kvality povrchu

PE a PP majú dobrú tekutosť pri spracovaní, ale na optimalizáciu vyberania z formy a lesku povrchu sú potrebné mazivá. Bežne používanou zmesou je parafín + stearát:

Vyfukovanie poľnohospodárskej fólie z PE:

Vzorec: PE surovina + 0,3 % mikrokryštalický parafín + 0,2 % stearát vápenatý + 0,15 % antioxidant 1076;

Proces: teplota vyfukovanej fólie 150-180 ℃, pomer vyfukovania 2,5-3,0;

Účinok: Fólia nemá žiadny fenomén adhézneho valčeka, povrch je hladký bez škrabancov, priepustnosť svetla je väčšia ako 85% a navíjanie je hladké bez priľnavosti.

Tenkostenné vstrekované diely z PP (napríklad držiak na telefón):

Vzorec: PP surovina + 0,5 % polyetylénový vosk + 0,3 % butylstearát + 0,2 % antioxidant 168;

Proces: Teplota vstrekovania 180-200 ℃, tlak vstrekovania 80-100 MPa;

Výsledok: Forma naplnená taveninou sa rýchlo a úplne naplní, bez znakov nedostatku alebo zmrštenia, hladké vyberanie z formy a povrchový lesk výrobku je ≥ 90.

2. PVC výrobky: synergia mazania a tepelnej stability

Teplota spracovania PVC sa blíži k teplote rozkladu a na zníženie teploty spracovania je potrebné mazivo. Zároveň sa používa tepelný stabilizátor, bežne kombinácia vnútorného mazania esterom " + vonkajšieho mazania stearátom":

Extrúzia PVC dverových a okenných profilov:

Vzorec: PVC živica + 0,8 % butylstearát (vnútorné mazanie) + 0,5 % stearát vápenatý (vonkajšie mazanie + pomocná tepelná stabilita) + 2,0 % tepelný stabilizátor na báze kompozitu vápenato-zinku;

Proces: Teplota extrúzie 150-170 ℃, rýchlosť ťahu 5-8 m/min;

Účinok: Povrch profilu je hladký a bez chýb, veľkosť je stabilná, v extrudérovej skrutke sa nehromadí materiál a efektivita výroby sa zvyšuje o 15 %.

Extrúzia priehľadnej PVC hadice:

Vzorec: PVC živica + 1,0 % dioktyladipát (vnútorné mazanie) + 0,3 % kyselina stearová (vonkajšie mazanie) + 1,5 % epoxidový sójový olej (synergia plastifikácie + mazania);

Proces: Teplota extrúzie 140-160 ℃, teplota chladenia 40-50 ℃;

Výsledok: Hadica je priehľadná a nezahmlieva sa, s hladkým povrchom, bez záhybov alebo prilepení pri ohýbaní.

3. Výrobky z technických plastov (PET, PC, ABS): teplotná odolnosť a presná kontrola povrchu

Teplota spracovania technických plastov je vysoká (PET: 260 – 280 ℃, PC: 280 – 320 ℃), čo si vyžaduje mazivá odolné voči vysokým teplotám, aby sa zabránilo rozkladu a ovplyvneniu výkonu produktu:

Vstrekovanie predliskov z PET nápojových fliaš:

Vzorec: PET surovina + 0,4 % polyetylénglykol (PEG-6000) + 0,2 % hypofosfit 168;

Proces: teplota sušenia 160 ℃, teplota vstrekovania 270-280 ℃;

Výsledok: Povrch polotovaru fľaše je hladký a bez vliatkov. Po vyfukovaní je telo fľaše priehľadné bez žltnutia alebo škrabancov a účinnosť vyberania z formy sa zlepšila o 20 %.

Vstrekovanie plastov do škrupín domácich spotrebičov ABS:

Vzorec: ABS živica + 0,6 % mikrokryštalický parafín + 0,4 % stearát zinočnatý + 0,3 % antioxidant 1010;

Proces: Teplota vstrekovania 220-240 ℃, teplota formy 60-80 ℃;

Účinok: Povrchový lesk škrupiny je rovnomerný, bez škrabancov alebo otrepov a miera zadržania rázovej húževnatosti je vyššia ako 95%, čo spĺňa požiadavky na vzhľad a výkon domácich spotrebičov.

4. Plasty prichádzajúce do kontaktu s potravinami: nízka migrácia, environmentálna priorita

Plasty prichádzajúce do kontaktu s potravinami majú prísne požiadavky na toxicitu a migráciu mazív a musia sa vyberať výrobky, ktoré spĺňajú normy GB 9685 a EÚ č. 10/2011.

Vstrekovanie plastov do mikrovlnnej rúry z PP:

Vzorec: PP surovina + 0,3 % polyetylénglykol (PEG-4000) + 0,1 % stearát vápenatý + 0,1 % antioxidant 1010;

Účinok: Migračné množstvo maziva je menšie ako 0,01 mg/kg, čo spĺňa normy pre potravinársku kvalitu. Povrch obedárového boxu je hladký a ľahko sa čistí a vydrží ohrev v mikrovlnnej rúre pri teplote 130 ℃ bez akéhokoľvek zápachu.

Fúkaná fólia na konzerváciu potravín z PE fólie:

Vzorec: PE surovina + 0,2 % polyetylénglykol (PEG-2000) + 0,15 % butylstearát;

Účinok: Fólia nemá priľnavosť, hladký povrch a pri kontakte s potravinami nehrozí jej migrácia, čím sa zabezpečí čerstvosť potravín.

4. Výzvy aplikácií a vývojové trendy

1. Existujúce výzvy

Zložitá rovnováha kompatibility: Nadmerné vnútorné mazivo sa môže ľahko vyzrážať a spôsobiť, že sa produkt stane lepkavým, zatiaľ čo nadmerné vonkajšie mazivo môže ľahko migrovať a ovplyvniť priľnavosť k povrchu (napríklad pri tlači a maľovaní);

Prispôsobenie sa teplote spracovania: Technické plasty majú vysoké teploty spracovania a bežné mazivá sú náchylné na rozklad a poškodenie, čo si vyžaduje špecializované produkty odolné voči vysokým teplotám;

Tlak na dodržiavanie environmentálnych predpisov: Niektoré tradičné mazivá (ako napríklad stearát ťažkých kovov) nespĺňajú normy EÚ RoHS a normy pre kontakt s potravinami, čo obmedzuje scenáre špičkových výrobkov.

2. Trendy vývoja

Efektívna a nízka migrácia: Vyvinúť mazivá s vysokou molekulovou hmotnosťou (ako napríklad modifikovaný polyetylénový vosk), znížiť migráciu prostredníctvom previazania molekulárnych reťazcov a prispôsobiť sa baleniu potravín a farmaceutických výrobkov;

Ekologické a multifunkčné: Vývoj lubrikantov na bio báze (ako sú deriváty ricínového oleja a rastlinný vosk), ktoré sú netoxické a biologicky odbúrateľné a zároveň majú lubrikačné, antioxidačné a antistatické funkcie;

Presná adaptácia: Vyvinúť špecializované mazivá odolné voči vysokým teplotám pre špecifické plasty (ako napríklad PC a PET spracovávané pri vysokých teplotách) a vyvinúť mazivá bez zahmlievania pre priehľadné výrobky;

Integrácia kompozitov: Vyvinúť kompozitné prísady s lubrikačnými + tepelnou stabilitou + antioxidačnými vlastnosťami, zjednodušiť receptúry, znížiť náklady na spracovanie, ako napríklad komplexné produkty solí kyseliny stearovej a antioxidantov.

5. Zhrnutie: Mazivá - rovnováha medzi spracovaním plastov a kvalitou

Od hladkého vyfukovania PE fólie, cez stabilnú extrúziu PVC profilov až po vynikajúci vzhľad ABS krytov domácich spotrebičov, mazivá sa stali kľúčom k vyváženiu efektívnosti a kvality pri výrobe plastov optimalizáciou tekutosti spracovania, zlepšením vyberania z foriem a zvýšením kvality povrchu. Nie je to len pomôcka pri spracovaní, ale priamo ovplyvňuje aj mieru kvalifikácie plastových výrobkov (napríklad zníženie povrchových defektov), ​​výrobné náklady (napríklad zníženie spotreby energie) a aplikačné scenáre (napríklad súlad s predpismi o kontakte s potravinami). V budúcnosti, s prelommi vo výskume a vývoji účinných, nízko migračných a ekologických multifunkčných mazív, bude plastikársky priemysel ďalej podporovaný smerom k špičkovému a ekologickému rozvoju, čím sa podporí výroba väčšieho dopytu po plastových výrobkoch.