聚苯乙烯塑料的生产基本工艺.docx

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聚苯乙烯塑料的生产基本工艺

聚苯乙烯塑料生产工艺

聚苯乙烯[1]（PS）是一种无色透明热塑性树脂。

PS具备良好光学性能及电气性能，容易加工成型，着色性能好。

由于它具备良好性能，因而，当前已经成为世界上应用最广热塑性树脂，是通用塑料五大品种之一。

PS注射成型是PS制品重要加工办法。

PS是由苯乙烯单体加聚反映得到无定形聚合物。

苯乙烯聚合方诸多，重要有本体聚合、悬浮聚合和乳液聚合等。

文章以PSGP-525制造工艺马为例，对成型技术进行了研究。

1PS塑料成型特性分析

1.1工艺特性

（1）熔点不明显：

聚苯乙烯为无定形聚合物，熔融温度范畴较宽，且热稳定性较好，约在95℃左右开始软化，在190℃成为熔体，在270℃以上开始浮现分解。

（2）比热较低：

加热流动和冷却固化速度快，熔体粘度适中，且流动性好，塑化效率较高，易于成型；在模具冷却硬化也比较快，故模塑周期短。

（3）受温度和压力影响较大：

成型温度和压力增长，对聚苯乙烯熔体流动性有明显增长，其中温度比压力影响更大，在成型过程中，可以通过变化温度和压力，来调节熔体流动性。

（4）吸水性较低：

聚苯乙烯吸水性＜0.05%，成型中所容许水分含量普通为0.1%，因而普通无需进行预干燥解决。

（5）收缩率较低：

聚苯乙烯收缩率普通在0.4%左右，制品成型稳定性好。

1.2注塑机工作原理及构造[2]

（1）注塑机工作原理：

注塑机工作原理与打针用注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）推力，将已塑化好熔融状态（即粘流态）塑料注射入闭合好模腔内，经固化定型后获得制品工艺过程。

注射成型是一种循环过程，每一周期重要涉及：

定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。

取出件后又再闭模，然后再进行下一种循环。

（2）注塑机构造，如图1所示。

图1注塑机构造图

Fig.1Structureofinjectionmachine

1.3制品与模具设计

（1）制品壁厚：

制品壁厚应依照树脂状况进行选取。

为减少制品内应力，有助于物料均匀收缩，在考虑制品壁厚时，应注意壁厚均匀性，规定相差不要太大，并避免缺口、尖角存在，转角、厚薄连接处等部位采用圆弧进行过渡。

（2）顶出系统设计：

要设计恰当脱模锥度，较高型芯光洁度和较大面积顶出部位，以防止强行脱模产生脱模应力。

（3）模具规定：

对厚壁制品，浇口应开设在制品厚壁部位；模具核心部位应有效地设立冷却水道，保证模具冷却对消除或减少收缩起着较好效果；对于不同厚度塑料制品，其模温规定不同，对于厚壁制品其模温要恰当高某些。

（4）原料准备。

注塑用PS树脂，普通为无色到蓝色颗粒。

PS树脂吸水性较低，普通无需进行预干燥解决。

1.4成型工艺

（1）注塑温度：

PS注射温度可在较宽范畴内选用，但注射温度过高会减少制品机械性能，而过低又会影响制品透明度，因而普通控制在180～245℃之间。

可视机台能力大小和使用状态进行加工温度范畴调节。

（2）注射压力：

PS注射压力可在60～150MPa范畴内选用。

普通说来，大浇口、厚壁制品注射压力可低些，而薄壁、长流程、形状复杂制品注射压力则应高些。

（3）注射速度：

注射速度越快，越容易导致分子链取向限度增长，从而引起更大取向应力。

但注射速度过低，塑料熔体进入模腔后，也许先后分层而形成熔化痕，产生应力集中线，易产生应力开裂。

因此注射速度以适中为宜。

最佳采用变速注射，在速度逐渐减小下结束充模。

（4）模具温度：

模具温度最佳控制在60～80℃之间。

（5）注意事项：

生产应持续进行，若停机，应排空料筒中残存料，以避免再升温时材料分解及产品黑点产生；再开机时，应先排料，以清洗料筒。

2典型PS塑料制品加工

2.1原材料及设备

PS：

GP-525，汕头海洋第一聚苯树脂有限公司。

注塑机：

海天650。

2.2PS制品形状

图2是某PS制品照片，该产品构造特点：

材料为PS，

外观为无色透明，表面规定为无水纹、无划伤、无黑点、无飞

边等缺陷。

产品外形上面为马，下面为底座。

产品尺寸为：

110mm×40mm×115mm。

质量规定见表1。

图2某PS制品照片

Fig.2PhotoofcertainPSproduct

表1PS制品质量规定Tab.1QualitystandardofPSproduct

检查项目质量原则

外观无色透明，不容许变形、杂物、气泡、水纹、飞边

尺寸依照技术原则

跌落实验制品从1.2m高跌到水泥平地上，不容许有损坏、断裂等现象

实验

聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）因隔热、隔音、防潮、防震、质轻价廉等优良特性，广泛应用于家

电、仪表、电子、食品等工业⋯。

但EPS$0品大某些在一次使用之后作为废弃物直接丢弃，且密度小、体积大、运送闲难、不易自然降解和生物降解，因而累积了大量废弃塑料。

EPS~I品大量使用和废弃物累积，已经构成了“白色污染”重要构成某些，引起了人们关注]。

国家已将废弃塑料列为21世纪在环保领域要控制三大重点之一。

对废聚苯乙烯泡沫塑料（WPS）进行资源回收运用，是有效缓和当前资源短缺和抑制“白色污

染”重要手段。

当前，国内外对WPS资源化运用办法重要有掩埋焚烧法、物理再生、生物降解法]、裂解回收法_9]、化学改性法n“等。

其中，通过裂解法回收WPS，不但能有效解决WPS污染问题，还能得到大量裂解油等能源物质以及苯乙烯等化工原料产品，具备较好社会效益和经济效益，被以为是最有前程回收办法J。

本T作依照石油裂化原理，采用氯化铝、氧化铝和氧化钙3种催化剂，对WPS进行了催化裂解研究，考察了相应裂解条件，并对裂解油成分进行了GC分析，以期为塑料裂解工业应用提供参照。

l实验某些

1．1材料、试剂和仪器

WPS：

电器包装用白色泡沫塑料，去除表面

杂质，并切成小块备用。

氧化铝、氯化铝、氧化钙：

分析纯。

TYHw型调压恒温电热套：

郑州博大仪器有

限公司；GC一14C型气相色谱仪：

日本岛津公司；

SDTQ一600型热重综合分析仪：

美国TA公司。

1．2实验办法

精确称取25．0g经热熔消泡后WPS颗粒，加

入三口圆底烧瓶中，再加入一定量催化剂（固定

催化剂用量为wPS加人量2％（w）），连接好回流

反映装置，开始加热升温，并于设定温度下进行裂

解反映，直至WPS裂解完全。

冷却后收集裂解油称

重，计算收率。

裂解时间计时从第一滴液态馏分

浮现开始，至WPS所有转化为液态物质为止。

1-3分析办法

1．3．1WPS热分析

取2mg左右WPS试样，采用热重综合分析

仪，测量TG，DTG，DSC曲线。

操作条件：

升

温速率l0oC／min，温度范畴26～600℃，N，流量40

mL／min。

1．3．2裂解油产率计算

WPS催化裂解可得到固体物质、液体WPS催化裂解可得到固体物质、液体物质（裂

解油）和气体物质，裂解油产率（】，，％）见式

（1）：

】，=×100％

（1）

m0一，

式中：

m。

为WPS加入量，g；m为WPS裂解得到

固体物质质量，g；m，为WPS裂解得到液态

物质质量，g。

1．3．3裂解油产物GC分析

对裂解油产物进行GC分析。

操作条件：

CBP1一

M25—025毛细管柱，氢火焰离子化检测器，检测温

度250oC，（气化室）进样器260℃，载气流量200

mL／min，氢气流量50mL／min，空气流量50mL／

rain，进样量0．5L，分流比30：

1，尾吹20mL／

rain，柱温160℃。

程序升温：

初始柱温ll0℃，保

温0rain，升温速率6~C／min，终结柱温160，保

温1min。

用面积归一法进行定量分析。

2成果与讨论

2．1WPS热分析成果

为了理解WPS热裂解特性，对WPS试样进

行了热分析。

50～190oC范罔内WPS试样DSC曲

线见图1。

WPS试样热分析曲线见图2。

由图1可见：

107oC左右浮现一种吸热峰，对

应WPS玻璃化转变过程，表白其玻璃化转变温度

约为107℃；吸热峰峰型较宽，也许是由于升温

速率过快，导致热流效应辨别不明显。

由图2可见：

DSC曲线在335～430oC之间出

现一种大吸热峰，相应WPS裂解吸热反映；

TG曲线表白，在温度超过280oC时WPs开始失

重，超过335cC时失重加快开始裂解，温度升

至398oC时有50％WPS裂解，434oC时有95％

WPS裂解，最后有5％WPS炭化不再失重；

DTG曲线峰顶出当前407oC左右，表白在407

左右裂解速率最快，与文献[12]报道数据接

近。

综合考虑热分析成果，WPs熔融消泡温度

应选取在107℃左右，催化裂解温度应选取在

280-430oC范畴内。

2．2反映条件对WPS裂解油产率影响

裂解温度和催化剂种类对WPS裂解油产率

影响见图3。

由图3可见：

裂解温度越高，裂解油

产率越高；低于380oC时，催化剂裂解制油能力大

小顺序为：

氧化钙>氯化铝>氧化铝；高于400oC

时，3种催化剂活性相近，裂解油产率均在85％

以上。

这是由于，在不同催化剂作用下，也许存在

不同聚苯乙烯（PS）裂解机制，裂解温度低，催

化剂活性差别体现出来；而在较高裂解温度

下，PS碳链受热充分，碳链断裂速率加快，解聚

反映彻底，裂解油产率都接近各自最大值。

综

合考虑，氧化钙催化活性优于氯化铝和氧化铝，

催化裂解最佳温度应控制在380oC附近，这与文献

E2]报道成果一致。

裂解

图4。

由图4可见：

随裂解温度升高，3种催化剂

裂解时间均缩短，这是由于裂解温度升高，PS

碳链断裂速率加快，自然裂解完全所需时间缩

短；但裂解时间缩短快慢不同，氧化钙和氯化铝

明显快于氧化铝。

裂

2．4反映条件对苯乙烯回收率影响

催化裂解WPS回收苯乙烯单体，是WPS资源

化运用重要课题。

裂解温度和催化剂种类对苯乙

烯回收率影响见图5。

由图5可见，裂解温度和催

化剂种类对苯乙烯回收率均有较大影响。

当裂解温

度低于380℃时，随裂解温度升高，苯乙烯回收

率均呈增大趋势，3种催化剂活性高低顺序为：

氧化钙>氯化铝>氧化铝。

当裂解温度达到380oC

时，苯乙烯回收率均达到最大值，且氧化钙催化裂

解时苯乙烯回收率超过70％。

随裂解温度进一步

升高，3种催化剂催化裂解WPS时，苯乙烯回收率

均急剧下降。

因而，选取裂解温度为380cC。

综合考虑裂解油产率、裂解时间、裂解油产物纯度及苯乙烯单体选取性，得出在本实验条件下，

WPS催化裂解最佳催化剂为氯化铝，在380℃下催化裂解25min时，裂解油产率可达85．48％，裂解油中苯乙烯含量为80．66％（w），且副产物较少。

3结论

a）WPS熔融消泡温度应选取在107℃左右，催化裂解温度应控制在280-430℃范畴内。

b）随裂解温度升高，氯化铝、氧化铝和氧化钙3种催化剂裂解油产率均增长，裂解时间均缩短。

裂解温度升至430时，裂解油产率均在85％以上。

c）当裂解温度低于380℃时，随温度升高，3种催化剂催化裂解苯乙烯回收率均呈增大趋

势；当进一步升高裂解温度时，苯乙烯回收率均急剧下降。

d）裂解温度越高，裂解油中苯乙烯含量越低，副产物含量越高，裂解油成分越复杂，苯乙烯

选取性越低。

e）在本实验条件下，WPS催化裂解最佳催化剂为氯化铝，在380cI=下催化裂解25min时，

裂解产油率可达85．48％，裂解油中苯乙烯含量为80．66％（w），且副产物较少。