塑料共挤工艺技术及其发展趋势简析

用多种方法可以制取多组分的复合材料制品，采用共挤出工艺是最简便易行的一种方法。它已成为当代最先进的塑料成型加工方法之一。高聚物共挤出工艺是一种使用数台挤出机分别供给不同的熔融料流，在一个复合机头内汇合共挤出得到多层复合制品的加工过程。它能够使多层具有不同特性的物料在挤出过程中彼此复合在一起，使制品兼有几种不同材料的优良特性，在特性上进行互补，从而得到特殊要求的性能和外观，如防氧和防湿的阻隔能力、着色性、保温性、热成型和热粘合能力，及强度、刚度、硬度等机械性能。这些具有综合性能的多层复合材料在许多领域中有极其广泛的应用价值。此外，它可以大幅度的降低制品成本、简化流程、减少设备投资，复合过程不用溶剂、不产生三废物质。因此共挤出技术被广泛用于复合薄膜、板材、管材、异型材和电线电缆的生产。　　

　　下面着重讨论近年来得到广泛应用的复合管材、复合薄膜、平膜和流延膜、PVC芯层发泡复合管、板、异型材共挤出技术。　　

　　复合管材共挤出　　

　　铝塑复合管集塑料和金属优点为一体，具有无毒、平滑、耐腐蚀、质地轻、强度高、耐热性能好、脆化温度低、安装方便、外观大方、使用寿命长等优点，可用于冷热水及饮用水管道、地面及地下暖气管道、煤气管道、石油化学工业中的腐蚀液体和腐蚀气体的输送，压缩空气输送以及食品工业中饮料、酒和牛奶等液体的输送等，在近期内有可能逐步取代镀锌管、铜管、塑胶管。在工业发达国家，铝塑复合管在管材中的占有率约为15%。该项技术1974年由英国工程师ItzhakBarnoach提出申请专利，而后荷兰Kitech公司、德国Unicor公司和克劳勃公司等对管材结构、加工设备和制造技术等方面进行了改进，使其性能不断得到完善，在20世纪90年代初开始在欧洲和澳洲进行商品化应用。我国在20世纪90年代中期开始引进铝塑复合管生产线的技术，开始进行铝塑复合管的生产和应用。　　

　　铝塑复合管由5层（聚乙烯、热熔胶、铝箔、热熔胶、聚乙烯）组成，以交联聚乙烯（XLPE）为内外层，中间层为焊接铝管以增加管材的强度，在铝管的内外表面涂以胶粘剂与塑料层粘接，通过共挤工艺成型。

　　平膜和流延膜共挤出　　

　　流延膜成型原理是将在挤出机中塑料熔体经T型模头挤出，直接进入水溶液或骤冷辊经冷却、牵引后制得流延膜。这种加工方法能够充分的发挥被加工材料的性能，而同时又能保持最佳的尺寸精度。大多数热塑性塑料薄膜都可以用流延法生产。尤其对半结晶型热塑性塑料更为合适。　　

　　平膜挤出的成型原理是：将在挤出机中已经塑化均匀的塑料熔体从平膜机头挤出，经冷却辊接触而冷却固化，最后剪裁成一定宽度的膜，卷取成卷。共挤膜各层的结构可以是对称的或不对称的，当两层膜之间的粘附性能不佳时，就需要在两层之间加入一层很薄的粘结层，以提高热封性能和边界粘附性能。　　

　　用于平膜和流延膜的共挤出机头有三种型式，即多流道共挤出机头、带喂料块共挤出机头以及多流道机头和喂料块组合的共挤出机头。　　

　　（1）多流道共挤出机头：由数台挤出机挤出的熔体从一个拥有多流道的机头进料端分别流入设定宽度及厚度的分流道中，各层熔体在机头口型内复合成型。　　

　　采用这种方法人们可以选择流动性和熔点相差较大的塑料原料制取复合制品。但复合层数不能太多，否则共挤出机头过于庞大。　　

　　（2）带共挤出喂料块的机头：由数台挤出机挤出的熔体经喂料块分流道，通过其内设置的熔体流率比调节阀和厚度调节栓调节，然后汇合进入衣架机头挤出成型。这种方法允许人们生产较多层数的复合薄膜，共挤出机头小巧而精密。其缺点是只有流动性和加工温度相近的塑料才能彼此复合，加工范围较窄。　　

　　（3）流道机头和喂料块组合的共挤出机头。它是由德国Reifenh妘ser公司开发的专门用来加工五层以上热敏性物料的共挤出机头。　　

　　异型材共挤出　　

　　塑料异型材共挤出的目的就是要将不同性质的高聚物挤到同一型材的不同部位从而赋予型材特殊功能要求或是获得最佳的性能、价格比，从而使产品多样化或多功能化，以提高产品档次，并降低成本。　　

　　异型材共挤工艺按共挤材料的成型状态可以分为前共挤和后共挤两类。前共挤是指两种材料在未完全成型的过程中实现复合成型；后共挤是指一种材料已完全成型之后，再与另一种材料实现复合成型。后共挤的优点在于能够利用废料，经济性较好。　　

　　按挤出材质不同可以分为有机共挤和无机共挤两类。有机共挤包含同材质前共挤（如精细料与掺加回收料的前共挤）和不同材质前共挤（如PMMA与PVC前共挤）以及软硬PVC的后共挤；无机共挤可以分为铝塑复合共挤和钢塑复合共挤。　　

　　在此重点介绍后共挤挤出、铝塑复合异型材共挤出、钢塑复合异型材共挤出以及双色共挤出技术。　　

　　后共挤（以下简称PCE）技术是20世纪80年代末期由奥地利人开发的一项具有革新性的先进成型技术，是共挤技术的最新发展。与传统的前共挤（以下简称FCE）技术比较，具有工艺简单、应用灵活、废品率低、易于回收、粘接强度可控等显著特点。目前该技术主要应用于制造带密封条的门窗用异型材。　　

　　传统的FCE技术是一次成型技术。由两台以上的挤出机向同一成型模具挤出具有不同流变行为或不同颜色的熔融物料，这些熔体在成型模具中各自的流道内流动，然后在口模处汇合挤出，并在定型套中抽真空，冷却定型。在此过程中，由于熔体粘度和压力不同及流速的差异，各层物料在口模中汇合时，易产生不稳定层流，造成复合界面不规则、不均匀，出模后各层容易分离。此外，熔体粘度的差异还会使挤出熔体在真空冷却定型时，产生定型困难（如进入定型套时容易堵塞），使得工艺过程较为复杂和难以控制。因此，如果要保证成型质量，就需要设计制造复杂的模具和熟练的操作技术。