Estado actual y desarrollo de la tecnología de modificación plástica

Estado actual y desarrollo de la tecnología de modificación plástica

Los materiales modificados surgieron en la década de 1990, y su desarrollo en los últimos 30 años los ha dotado de ventajas como reemplazar el acero, el cobre, la madera, los otros plásticos y los materiales más pesados ​​con otros más ligeros. Se han aplicado ampliamente en varias industrias, incluidos electrodomésticos, automotriz, ferrocarril 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 para 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 esto, la proporción de la aplicación en los electrodomésticos fue tan alta como 34%, las aplicaciones automotrices representaron el 19%y otros campos representaban el 47%. A finales de 2022, la producción de plásticos modificados en China fue de 28.84 millones de toneladas, con un valor total superior a 415.2 mil millones de yuanes, lo que hace que la industria de plásticos modificados de China se convierta gradualmente en el mercado más grande del mundo para la demanda y una fuente de impulso de crecimiento.

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

I. Tecnología y características de modificación de plástico

La tecnología de modificación plástica se refiere al proceso de obtención de nuevos materiales con las propiedades deseadas mediante el empleo de métodos de modificación física, como el llenado, el refuerzo y la combinación de métodos de modificación química, como la copolimerización de bloques y la reticulación de radiación, u otros métodos de modificación, incluidos la espuma, el estiramiento y la composición durante el procesamiento de las resinas de polímeros en productos de plástico. Esta tecnología mejora significativamente las propiedades de los plásticos, como retraso de la llama, conductividad térmica, resistencia mecánica, resistencia al desgaste y blindaje electromagnético. Sin embargo, también puede reducir ciertas características inherentes del plástico original, como el rendimiento de aislamiento, la resistencia a la corrosión y el brillo. Los técnicos pueden usar formulaciones y medidas apropiadas para minimizar estos cambios adversos en las propiedades.

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

La modificación del polímero implica la mezcla y la composición de la resina base y varios agentes modificadores que utilizan equipos de mezcla iniciales, equipos de mezcla de fusión de tipo lotes, mezcladores de rotor continuo (FCM), extrusores de composición de tornillos alternativos y otros equipos de moldeo.

En el proceso de modificación y moldeo, el diseño de 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, la cantidad y la combinación de modificadores. La tecnología de preparación implica determinar un proceso de modificación razonable, seleccionar el equipo de moldeo apropiado y secar los gránulos de plástico. Ambos aspectos pueden prevenir significativamente la reticulación o la degradación, mejorando así el rendimiento y la calidad de los productos. Además, se aplica tecnología de prueba no destructiva, 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 del producto, la seguridad, la confiabilidad y conduce a mejoras de procesos y una extensión de 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 la resistencia al desgaste y la resistencia al calor. La selección de marcas y tipos de resina debe realizarse en consecuencia. Las resinas con viscosidades similares aseguran 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 contraacción, la procesabilidad, la amistad ambiental, la rentabilidad y el impacto mínimo o nulo negativo.

La forma del aditivo influye en gran medida en la modificación. Por ejemplo, los aditivos en forma de fibra proporcionan un excelente refuerzo, mientras que los aditivos esféricos ofrecen buena resistencia, flujo y alto brillo. Cuanto más pequeño sea el tamaño de partícula del aditivo, mejores serán las propiedades mecánicas, la potencia de color y la conductividad, aunque puede conducir a una disminución en la dispersión única. Es necesaria una consideración integral de la forma del aditivo para determinar la cantidad de aditivo a agregar y el método de tratamiento de superficie.

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

2.1 Tratamiento de secado

La humedad y los compuestos volátiles de bajo peso molecular contenidos en gránulos de plástico pueden provocar reticulación o degradación durante el moldeo de alta temperatura, lo que resulta en defectos como rayas de plata y burbujas en los productos, que afectan la calidad del producto. Es necesario precalentar y secar el plástico. La temperatura, el tiempo y el grosor de la capa de material pueden afectar el efecto de secado. En la producción real, la elección entre los 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 efectiva de secar los materiales.

2.2 Combinación de tornillo y tecnología de alimentación

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

2.3 Tecnología de tratamiento de superficie de relleno

Durante el proceso de modificación de plástico, se agregan varios rellenos inorgánicos polares. Sin embargo, su compatibilidad con materiales orgánicos no polares es deficiente. Los métodos de modificación, como la intercalación de polvos, fuerza mecánica y encapsulación química, se utilizan para mejorar la compatibilidad, para producir productos de alto rendimiento.

2.4 Diferencia de color y tecnología de control de apariencia dimensional

La combinación de instrumentos científicos como las computadoras y la experiencia de los operadores se utiliza para la coincidencia de color de los pigmentos, probar la blancura y los puntos negros, y emplear técnicas de filtración para eliminar las impurezas, lo que resulta en una amplia gama de productos de alta calidad con colores ricos.

Iii. Modificación de plástico y tecnología de prueba no destructiva y sus aplicaciones

Al entrar en el siglo XXI, la coexistencia armoniosa entre humanos y la naturaleza es un problema global que la humanidad debe enfrentar juntos. Con la innovación tecnológica y los cambios en los modelos de desarrollo, diversas industrias se están moviendo hacia el desarrollo verde, ahorrador, ecológico, ecológico, reciclable y reciclable. Las tecnologías de modificación de material de alto rendimiento están surgiendo continuamente.

1. Tecnología de modificación de grafeno

El grafeno, extraído y preparado a partir de grafito por los ganadores del Premio Nobel en Física Andre 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 grosor de aproximadamente 0.335 nm. Los plásticos de polímeros modificados con la 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 se abordarán en la tecnología de modificación de grafeno, como la capacidad de control del plegamiento, apilamiento, agregación, buena compatibilidad y alta calidad, bajo costo y otros problemas.

Kamboj, Saurabh y otros académicos han resumido sistemáticamente los últimos resultados de investigación de la tecnología de grafeno, incluidos los métodos de preparación de los materiales compuestos basados ​​en 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 óxido nano-metal se mejora significativamente, degradando efectivamente los contaminantes orgánicos en las aguas residuales y encontrando una aplicación más amplia en la fotocatálisis. El grafeno también se considera un excelente material para los supercondensadores, que ofrece un gran potencial para el desarrollo de vehículos eléctricos de alto rendimiento. Las baterías de iones de litio hechas con materiales compuestos de grafeno, ya que los materiales de ánodo tienen bajas tasas de autolargo, alta densidad de energía y buena vida útil del ciclo.

La tecnología de modificación de grafeno también ha provocado el interés de los investigadores en almacenamiento de energía, sensores químicos, electrónica y aplicaciones de atención médica.

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 a 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 prometedoras de aplicaciones en el transporte, el envío, los campos de equipos aeroespaciales y médicos.

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

Scholars 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 oxidación en la superficie e injerto, que ofrecen las ventajas de las velocidades de reacción rápidas y los efectos significativos. Pueden aumentar la rugosidad de la superficie y las características microscópicas, mejorando así la resistencia al enlace interfacial. Sin embargo, el proceso de modificación química puede dañar fácilmente la estructura interna de la fibra, lo que lleva a una disminución de la resistencia, que es un desafío que debe abordarse.

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

3. Tecnología de prueba no destructiva para plásticos modificados

La complejidad e inestabilidad de los procesos de fabricación, así como el impacto de los cambios ambientales durante el servicio, puede provocar varios tipos de daños, como la delaminación, la porosidad, la rotura de la fibra y las arrugas, que afectan significativamente las propiedades mecánicas de los materiales. La tecnología de prueba no destructiva ultrasónica, con sus ventajas de ser portátil, fácil de operar y tener una alta eficiencia de detección, se usa ampliamente en los campos del diseño del producto, la detección de daños por productos terminados, la evaluación de calidad y la evaluación de la vida.

Los académicos como Yang Hongjuan han resumido sistemáticamente las tecnologías de pruebas no destructivas ultrasónicas basadas en ondas a granel o ondas guiadas, como C-SCAN, una matriz gradual, ultrasonido láser, acoplamiento de aire y ultrasonido de fibra óptica, así como dañan algoritmos de imágenes diagnósticas para lograr una morfología de daño. El método de prueba no destructivo apropiado se selecciona de acuerdo con la densidad, el grosor, 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 de imágenes de monitoreo inteligente, estándares de evaluación cuantitativa para daños, evaluación diagnóstica y predicción de la vida.

IV. Recomendaciones para el desarrollo de plásticos modificados y tecnología de prueba no destructiva

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

(2) La investigación teórica y la investigación práctica de la modificación plástica deben promover y mejorar entre sí. Actualmente, los materiales modificados se centran principalmente en la investigación teórica y los campos de productos generales, mientras que la investigación de la aplicación involucrada en el proceso de práctica de producción, como capacitación en talento, fabricación de equipos, diseño de fórmulas y desarrollo de procesos, aún debe fortalecerse.

Para mejorar aún más la tasa de conversión de los resultados de la investigación científica en la propiedad intelectual y guiar la producción real, es necesario fortalecer la investigación y 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 plástica de China hacia la seguridad, la protección verde, el medio ambiente, la funcionalidad liviana e inteligencia ecológica.

(3) En términos de tecnología de prueba no destructiva y algoritmos de imagen, es necesario construir aún más modelos de campo acústico de matriz y algoritmos de imagen de daño para materiales modificados con fibra de carbono. Establezca estándares para la evaluación cuantitativa de daños, evaluación de diagnóstico y predicción de la vida, y desarrolle sistemas de imágenes de monitoreo inteligentes para hacer que los equipos de prueba no destructivos sean más portátiles, más fáciles de operar y más precisos y eficientes.

V. Conclusión

El desarrollo vigoroso de plásticos modificados proporciona un fuerte soporte técnico para el desarrollo diverso de industrias como electrodomésticos, automóviles, aeroespaciales, ferrocarril 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 la formulación, la investigación y el desarrollo, los procesos de moldeo de modificación y el equipo de plásticos modificados. Por lo tanto, el estudio de la tecnología de moldeo de modificación plástica es de importancia positiva para promover el desarrollo y la transformación y la actualización de toda la industria plástica.

Con el rápido desarrollo de plásticos modificados y las crecientes necesidades tecnológicas de varias industrias, Yinsu Flame Retardant Company se compromete a avanzar en el campo del retraso de la llama en plásticos modificados. Reconocemos la importancia de trabajar con la industria para promover una funcionalidad segura, ecológica, ecológica y liviana y eco-inteligente.

Yinsu se compromete a invertir en investigación y desarrollo para crear soluciones innovadoras de retardantes de llama que cumplan con los estrictos estándares de aplicaciones modernas. Nuestro enfoque está en desarrollar retardantes de llama sin halógenos y respetuosos con el medio ambiente que mejoren el rendimiento de los plásticos modificados sin comprometer la seguridad y la sostenibilidad ambiental.

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