Estado actual y desarrollo de la tecnología de modificación de plásticos.

Estado actual y desarrollo de la tecnología de modificación de plásticos.

Los materiales modificados surgieron en la década de 1990 y su desarrollo a lo largo de los últimos 30 años les ha dotado de ventajas como la sustitución del acero, el cobre, la madera, otros plásticos y materiales más pesados ​​por otros más ligeros. Se han aplicado ampliamente en diversas industrias, incluidas las de electrodomésticos, automoción, trenes de alta velocidad, metro, aeroespacial, barcos, equipos de oficina, dispositivos de comunicación, maquinaria y construcción.

Los datos de la Oficina Nacional de Estadísticas muestran que en 2020, la demanda de plásticos modificados en China alcanzó los 22,5 millones de toneladas, con una tasa de modificación que aumentó al 21,7%. Entre ellos, la proporción de aplicaciones en electrodomésticos llegó al 34%, las aplicaciones automotrices representaron el 19% y otros campos representaron el 47%. A finales de 2022, la producción de plásticos modificados en China era de 28,84 millones de toneladas, con un valor total superior a 415.200 millones de yuanes, lo que hizo que la industria de plásticos modificados de China se convirtiera gradualmente en el mayor mercado de demanda del mundo y en una fuente de impulso de crecimiento.

Los plásticos modificados se han convertido en una industria emergente estratégica y un punto de investigación en el campo de los materiales poliméricos petroquímicos en China. Por lo tanto, estudiar los principios de la modificación del plástico, los equipos y procesos, las materias primas, las formulaciones, los desafíos clave de la tecnología de preparación y las aplicaciones es de gran importancia para promover el desarrollo de toda la industria del plástico.

I. Tecnología y características de modificación de plástico.

La tecnología de modificación de plásticos se refiere al proceso de obtención de nuevos materiales con propiedades deseadas mediante el empleo de métodos de modificación física como relleno, refuerzo y mezcla, métodos de modificación química como copolimerización en bloque y reticulación por radiación, u otros métodos de modificación que incluyen formación de espuma, estiramiento y composición durante el procesamiento de resinas poliméricas en productos plásticos. Esta tecnología mejora significativamente las propiedades de los plásticos, incluida la retardación de llama, la conductividad térmica, la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y el blindaje electromagnético. Sin embargo, también puede reducir ciertas características inherentes del plástico original, como el rendimiento del aislamiento, la resistencia a la corrosión y el brillo. Los técnicos pueden utilizar formulaciones y medidas adecuadas para minimizar estos cambios adversos en las propiedades.

II. Aspectos clave de la tecnología de moldeo por modificación de plástico

La modificación de polímeros implica la mezcla y composición de resina base y diversos agentes modificadores utilizando equipos de mezcla inicial, equipos de mezcla por fusión por lotes, mezcladores de rotor continuo (FCM), extrusoras de mezcla de tornillo alternativo y otros equipos de moldeo.

En el proceso de modificación y moldeo, el diseño de la formulación y la tecnología de preparación son particularmente cruciales. El diseño de la formulación incluye la selección y los principios de los gránulos de resina base y la forma, cantidad y combinación de modificadores. La tecnología de preparación implica determinar un proceso de modificación razonable, seleccionar el equipo de moldeo adecuado y secar los gránulos de plástico. Ambos aspectos pueden prevenir significativamente la reticulación o degradación, mejorando así el rendimiento y la calidad de los productos. Además, se aplica tecnología de pruebas no destructivas, utilizando métodos físicos para evaluar la estructura interna y externa de los plásticos modificados sin comprometer la integridad y el rendimiento del material. Esto garantiza la calidad, la seguridad y la confiabilidad del producto y conduce a mejoras en los procesos y a una extensión de la vida útil del producto.

1. Puntos clave de la formulación de modificación plástica

1.1 Selección de Resina Base:

La resina debe elegirse por su proximidad a las propiedades deseadas, como resistencia al desgaste y resistencia al calor. La selección de marcas y tipos de resina debe realizarse en consecuencia. Las resinas con viscosidades similares garantizan características de flujo consistentes, lo cual es esencial para el procesamiento. Las propiedades de flujo requeridas para diferentes métodos de producción y necesidades de modificación pueden variar.

1.2 Selección de Aditivos:

Los principios para seleccionar aditivos deben apuntar a la sinergia, la contrarrestación, la procesabilidad, el respeto al medio ambiente, la rentabilidad y un impacto negativo mínimo o nulo.

La forma del aditivo influye mucho en la modificación. Por ejemplo, los aditivos en forma de fibra proporcionan un refuerzo excelente, mientras que los aditivos esféricos ofrecen buena tenacidad, fluidez y alto brillo. Cuanto menor sea el tamaño de partícula del aditivo, mejores serán las propiedades mecánicas, el poder colorante y la conductividad, aunque puede provocar una disminución de la dispersión única. Es necesaria una consideración exhaustiva de la forma del aditivo para determinar la cantidad de aditivo que se agregará y el método de tratamiento de la superficie.

2. Puntos clave de la tecnología del proceso de modificación de plástico

2.1 Tratamiento de secado

La humedad y los compuestos volátiles de bajo peso molecular contenidos en los gránulos de plástico pueden provocar reticulación o degradación durante el moldeo a alta temperatura, lo que genera defectos como rayas plateadas y burbujas en los productos, que afectan la calidad del producto. Es necesario precalentar y secar el plástico. La temperatura, el tiempo y el espesor de la capa de material pueden afectar el efecto de secado. En la producción real, la elección entre métodos de secado directo e indirecto debe determinarse en función de las propiedades hidrofílicas, el punto de fusión, el punto de rocío, la humedad, la conductividad térmica y el tamaño del lote de producción del plástico. La combinación de estos dos métodos es una forma eficaz de secar los materiales.

2.2 Combinación de tornillos y tecnología de alimentación

En los equipos de moldeo para plásticos modificados, la estructura de tornillo es el componente central. El ciclo de moldeo consta de etapas como alimentación, fusión, mezcla y desgasificación. Diferentes materiales, formulaciones, propiedades, procesos de moldeo y etapas del proceso requieren diferentes estructuras de tornillos y combinaciones estructurales locales para satisfacer las necesidades, lo que requiere una investigación sistemática y una validación de las prácticas de ingeniería.

2.3 Tecnología de tratamiento de superficies de relleno

Durante el proceso de modificación del plástico se añaden diversas cargas inorgánicas polares. Sin embargo, su compatibilidad con materiales orgánicos apolares es escasa. Se utilizan métodos de modificación, como la intercalación de polvos, la fuerza mecánica y la encapsulación química, para mejorar la compatibilidad y producir productos de alto rendimiento.

2.4 Tecnología de control de diferencia de color y apariencia dimensional

La combinación de instrumentos científicos como computadoras y la experiencia de los operadores se utiliza para igualar el color de los pigmentos, probar la blancura y los puntos negros y emplear técnicas de filtración para eliminar impurezas, lo que da como resultado una amplia gama de productos de alta calidad con colores intensos.

III. Tecnología de modificación de plásticos y pruebas no destructivas y sus aplicaciones

Al entrar en el siglo XXI, la coexistencia armoniosa entre los seres humanos y la naturaleza es un problema global que la humanidad debe afrontar junta. Con la innovación tecnológica y los cambios en los modelos de desarrollo, varias industrias están avanzando hacia un desarrollo ecológico, ahorrador de energía, respetuoso con el medio ambiente, reciclable y reciclable. Continuamente surgen tecnologías de modificación de materiales de alto rendimiento.

1. Tecnología de modificación de grafeno

El grafeno, extraído y preparado a partir de grafito por los premios Nobel de Física André Geim y Konstantin Novoselov, es un nuevo material de cristal de carbono bidimensional compuesto por una sola capa de átomos de carbono. Es el material más delgado jamás descubierto, con un espesor de aproximadamente 0,335 nm. Los plásticos poliméricos modificados con tecnología de grafeno tienen propiedades superiores, como alta resistencia al calor, resistencia a la corrosión, alta dureza, propiedades de barrera y alto rendimiento mecánico y eléctrico. Algunos académicos han realizado investigaciones en profundidad sobre los métodos de procesamiento, el rendimiento y las pruebas no destructivas de los plásticos modificados con grafeno.

Además, algunos académicos creen que hay muchos desafíos que abordar en la tecnología de modificación del grafeno, como la controlabilidad del plegado, apilamiento, agregación de capas, buena compatibilidad y alta calidad, bajo costo y otras cuestiones.

Kamboj, Saurabh y otros académicos han resumido sistemáticamente los últimos resultados de las investigaciones sobre la tecnología del grafeno, incluidos los métodos de preparación de materiales compuestos a base de grafeno y su desarrollo y aplicación en fotocatalizadores, supercondensadores y baterías de iones de litio.

Después de que el grafeno forma compuestos, el rendimiento de los materiales de óxidos nanometálicos mejora significativamente, degradando eficazmente los contaminantes orgánicos en las aguas residuales y encontrando una aplicación más amplia en la fotocatálisis. El grafeno también se considera un material excelente para supercondensadores, ya que ofrece un gran potencial para el desarrollo de vehículos eléctricos de alto rendimiento. Las baterías de iones de litio fabricadas con materiales compuestos de grafeno como materiales anódicos tienen bajas tasas de autodescarga, alta densidad de energía y un buen ciclo de vida.

La tecnología de modificación del grafeno también ha despertado el interés de los investigadores en el almacenamiento de energía, los sensores químicos, la electrónica y las aplicaciones sanitarias.

2. Tecnología de modificación de fibra de carbono

La fibra de carbono, conocida como el 'oro negro' del siglo XXI, posee excelentes propiedades como un alto módulo de elasticidad, resistencia específica, resistencia a la fluencia y resistencia a la fatiga y la corrosión. Sirve como material de refuerzo para matrices de resina modificadas. Los materiales reforzados termoplásticos se caracterizan por su reciclabilidad, moldeo rápido, resistencia al impacto y facilidad de reparación, y tienen perspectivas de aplicación prometedoras en los campos del transporte, el transporte marítimo, el aeroespacial y los equipos médicos.

La resistencia, el módulo, el rendimiento de la unión interfacial y las propiedades integrales de la fibra de carbono varían según el tipo. La superficie de la fibra de carbono presenta características inertes y no polares, y el foco de la investigación tanto a nivel nacional como internacional es mejorar su adhesión a la matriz de resina mediante técnicas de modificación, mejorando así el rendimiento y ampliando sus áreas de aplicación.

Académicos como Zhan Yikai y Li Gang han resumido las técnicas de modificación de la superficie de la fibra de carbono, que se dividen en métodos químicos y físicos.

Los métodos químicos incluyen la oxidación de superficies y el injerto, que ofrecen las ventajas de velocidades de reacción rápidas y efectos significativos. Pueden aumentar la rugosidad de la superficie y las características microscópicas, mejorando así la resistencia de la unión interfacial. Sin embargo, el proceso de modificación química puede dañar fácilmente la estructura interna de la fibra, lo que provoca una disminución de la resistencia, lo cual es un desafío que debe abordarse.

Los métodos físicos incluyen el recubrimiento y el tratamiento con plasma, que tienen las ventajas de ser flexibles, fáciles de controlar y libres de contaminación. Sin embargo, requieren altos estándares para los equipos de producción y no mejoran fundamentalmente las propiedades de la superficie. No se pueden aplicar en situaciones que exijan un alto rendimiento superficial, lo que limita el desarrollo de esta tecnología.

3. Tecnología de pruebas no destructivas para plásticos modificados

La complejidad e inestabilidad de los procesos de fabricación, así como el impacto de los cambios ambientales durante el servicio, pueden provocar diversos tipos de daños como delaminación, porosidad, rotura de fibras y arrugas, que afectan significativamente las propiedades mecánicas de los materiales. La tecnología de pruebas ultrasónicas no destructivas, con sus ventajas de ser portátil, fácil de operar y tener una alta eficiencia de detección, se usa ampliamente en los campos del diseño de productos, detección de daños en productos terminados, evaluación de calidad y evaluación de vida.

Académicos como Yang Hongjuan han resumido sistemáticamente tecnologías de pruebas ultrasónicas no destructivas basadas en ondas masivas u ondas guiadas, como C-scan, Phased Array, ultrasonido láser, acoplamiento de aire y ultrasonido de fibra óptica, así como algoritmos de diagnóstico por imágenes de daños para lograr Imágenes de morfología del daño. El método de prueba no destructivo apropiado se selecciona de acuerdo con la densidad, el espesor, las constantes elásticas y los parámetros del transductor de la muestra a probar. Las perspectivas de investigación incluyen la construcción de modelos de campo acústico de matriz para materiales modificados con fibra de carbono, algoritmos de imágenes de daños, sistemas inteligentes de monitoreo de imágenes, estándares de evaluación cuantitativa de daños, evaluación de diagnóstico y predicción de vida.

IV. Recomendaciones para el desarrollo de plásticos modificados y tecnología de ensayos no destructivos

(1) Mejorar el sistema industrial, el sistema de normas y el sistema de derechos de propiedad intelectual para plásticos modificados.

(2) La investigación teórica y la investigación de aplicaciones prácticas de la modificación plástica deben promoverse y mejorarse mutuamente. Actualmente, los materiales modificados se centran principalmente en la investigación teórica y los campos de productos generales, mientras que aún es necesario fortalecer la investigación de aplicaciones involucradas en el proceso de práctica de producción, como la capacitación de talentos, la fabricación de equipos, el diseño de fórmulas y el desarrollo de procesos.

Para mejorar aún más la tasa de conversión de los resultados de la investigación científica en propiedad intelectual y guiar la producción real, es necesario fortalecer la investigación, el desarrollo y el procesamiento de producción de modificadores de alto rendimiento, nuevos materiales y productos. Esto promoverá el desarrollo de la industria de modificación de plástico de China hacia la seguridad, el medio ambiente, la protección del medio ambiente, la funcionalidad liviana y la inteligencia ecológica.

(3) En términos de tecnología de pruebas no destructivas y algoritmos de imágenes, es necesario seguir construyendo modelos de campo acústico de matriz y algoritmos de imágenes de daños para materiales modificados con fibra de carbono. Establecer estándares para la evaluación cuantitativa de daños, evaluación de diagnóstico y predicción de vida, y desarrollar sistemas inteligentes de monitoreo de imágenes para hacer que los equipos de pruebas no destructivos sean más portátiles, más fáciles de operar y más precisos y eficientes.

v. Conclusión

El vigoroso desarrollo de los plásticos modificados proporciona un fuerte apoyo técnico para el desarrollo diverso de industrias como la de electrodomésticos, automóviles, aeroespacial, ferrocarriles de alta velocidad, barcos, equipos de oficina, herramientas eléctricas y construcción mecánica. Sin embargo, estas industrias también establecen requisitos técnicos más altos para el diseño de formulaciones, la investigación y el desarrollo, los procesos de moldeo de modificación y los equipos de plásticos modificados. Por lo tanto, el estudio de la tecnología de moldeo por modificación de plástico tiene una importancia positiva para promover el desarrollo, la transformación y la mejora de toda la industria del plástico.

Con el rápido desarrollo de los plásticos modificados y las crecientes necesidades tecnológicas de diversas industrias, YINSU Flame Retardant Company se compromete a avanzar en el campo del retardo de llama en plásticos modificados. Reconocemos la importancia de trabajar con la industria para promover una funcionalidad segura, ecológica, respetuosa con el medio ambiente, liviana y ecointeligente.

YINSU se compromete a invertir en investigación y desarrollo para crear soluciones retardantes de llama innovadoras que cumplan con los estrictos estándares de las aplicaciones modernas. Nuestro objetivo es desarrollar retardantes de llama respetuosos con el medio ambiente y libres de halógenos que mejoren el rendimiento de los plásticos modificados sin comprometer la seguridad ni la sostenibilidad medioambiental.

Al proporcionar soluciones retardantes de llama de alto rendimiento, YINSU hará una contribución significativa a la industria de modificación de plásticos y apoyará la transición hacia materiales más sostenibles y eficientes. Nuestro compromiso con la innovación y la excelencia nos impulsará a desarrollar productos que no sólo cumplan sino que superen las expectativas de un mercado en evolución.