Применение смазочных материалов в пластиковых изделиях

Смазочные вещества являются важнейшими функциональными добавками в производстве пластмасс. Снижая трение внутри расплава пластмассы и между расплавом и оборудованием, они улучшают текучесть, предотвращают прилипание расплава к оборудованию и образование поверхностных дефектов (таких как царапины и раковины) на изделии. Кроме того, они оптимизируют блеск поверхности и улучшают извлекаемость изделия из формы. В процессе переработки пластмасс (литье под давлением, экструзия, выдувное формование) смазочные вещества могут снизить температуру обработки и энергопотребление, повысить эффективность производства и подходят практически для всех видов пластмасс, таких как ПЭ, ПП, ПВХ, ПЭТ, АБС и др. По механизму действия они подразделяются на внутренние смазочные вещества (улучшающие внутреннюю текучесть расплава) и внешние смазочные вещества (снижающие трение между расплавом и оборудованием). В настоящее время они развиваются в направлении высокой эффективности, низкой миграции, экологической безопасности и многофункциональности, что является ключевым фактором, обеспечивающим баланс между обрабатываемостью пластмасс и качеством продукции.

1. Основной механизм действия смазочных материалов: двунаправленная оптимизация обработки и производительности.

1. Функция внутренней смазки: снижение вязкости расплава и улучшение текучести.

Внутренние смазки хорошо совместимы с пластиковыми смолами, могут проникать между молекулярными цепями, ослаблять межмолекулярные силы, уменьшать трение сегментов и снижать вязкость расплава:

Эффект: облегчает течение пластика во время обработки, более полно заполняет формы (например, для сложных литьевых деталей без пропусков материала), снижает крутящий момент шнека экструдера и давление впрыска;

Представительные продукты: бутилстеарат, диоктиладипат, полиэтиленгликоль;

Сценарии адаптации: экструзия профилей из ПВХ, литье тонкостенных изделий из ПП под давлением, чтобы избежать деформации изделия, вызванной плохой текучестью расплава.

2. Функция внешней смазки: образует изолирующую пленку, улучшает извлечение из формы и поверхность

Внешние смазочные материалы плохо совместимы с пластмассами и в процессе переработки мигрируют на поверхность расплава, образуя смазочную пленку, которая изолирует прямой контакт расплава с оборудованием (шнеками, формами).

Эффект: предотвращает прилипание расплавленного оборудования (например, валков экструзионной пленки, форм для литья под давлением), уменьшает царапины и заусенцы на поверхности изделий, а также улучшает глянцевитость поверхности;

Типичные продукты: стеариновая кислота, стеарат кальция, парафин, микрокристаллический парафин;

Сценарии адаптации: выдувная пленка из ПЭ, литье под давлением корпусов бытовой техники из АБС, экструзия труб из ПВХ, обеспечение непрерывной и плавной обработки и улучшение внешнего вида продукции.

3. Совместная помощь: баланс между множественными потребностями

Некоторые смазочные материалы выполняют и другие функции, например, стеарат кальция и стеарат цинка, которые одновременно являются внешними смазочными материалами и вспомогательными компонентами термостабилизаторов ПВХ; смазочные материалы на основе полиэтиленгликоля могут усиливать антистатические свойства пластмасс, достигая синергетического эффекта "смазка+стабильность/антистатика:

Типичное применение: при производстве кабельных материалов из ПВХ стеарат кальция одновременно решает проблемы смазки и термостабильности, упрощая формулу; полиэтиленгликолевая смазка используется для пищевой полиэтиленовой упаковочной пленки, обеспечивая баланс между требованиями к текучестью и антистатичностью.

2. Основные типы смазочных материалов и совместимые пластмассы: точное соответствие характеристик и сценариев

Различные смазочные материалы существенно различаются по совместимости, термостойкости и эффективности смазывания, поэтому их следует выбирать с учетом типа пластика, технологии обработки и назначения продукта:

1. Жирные кислоты и их производные (стеариновая кислота, соли стеариновой кислоты): универсальные смазочные вещества.

Основные преимущества: низкая стоимость, сбалансированный смазочный эффект, с функциями как внутренней, так и внешней смазки, а некоторые могут способствовать термостабильности;

Представительные продукты: стеариновая кислота (СА), стеарат кальция (Бросать ₂), стеарат цинка (ZnSt ₂), стеарат магния (MgSt ₂);

Подходит для пластиков: ПЭ, ПП, ПВХ, АБС;

Типичные области применения: ланч-боксы, изготовленные методом литья под давлением из полипропилена (для облегчения извлечения из формы), трубы из ПВХ (антипригарные формы + дополнительная термостабильность), игрушки из АБС (для улучшения блеска поверхности) с типичным количеством добавки 0,1% -1,0%.

2. Эфирные смазочные вещества (бутилстеарат, диоктиладипат): основная внутренняя смазка

Основные преимущества: хорошая совместимость со смолой, высокая эффективность внутренней смазки и отсутствие влияния на прозрачность продукта;

Совместимые пластики: ПВХ, ПЭТ, ПК, прозрачный ПП;

Типичные области применения: прозрачная пленка из ПВХ, преформы для бутылок из ПЭТ для напитков, кожухи ламп из ПК, для предотвращения запотевания, вызванного осаждением внутренних смазочных материалов, с добавлением 0,3% -2,0%.

3. Парафин (парафин, микрокристаллический парафин, полиэтиленовый воск): основной смазочный материал для наружного смазывания.

Основные преимущества: сильный внешний смазывающий эффект, умеренная термостойкость (температура обработки ≤ 200 ℃), могут значительно улучшить поверхностный блеск изделий;

Представительная продукция: полностью очищенный парафин, микрокристаллический парафин (МПВ), полиэтиленовый воск (ПЭ-воск);

Совместимые пластики: ПЭ, ПП, АБС, ПС;

Типичные области применения: выдувная пленка для полиэтиленовых пакетов для покупок (противоприлипающий ролик), волочение проволоки для плетеных мешков из полипропилена (улучшает нитепригодность), корпуса бытовых приборов из АБС-пластика (повышает гладкость поверхности) с добавлением 0,2% -1,5%.

4. Полиэфир (полиэтиленгликоль ПЭГ): специальный функциональный тип

Основные преимущества: Регулируемая совместимость, сочетание смазывающих и антистатических функций, низкая миграция, экологичность, соответствует стандартам контакта с пищевыми продуктами;

Совместимые пластики: ПЭ, ПП, ПЭТ, пищевой ПВХ;

Типичные области применения: пищевая пленка из ПЭ, ланч-боксы из ПП для микроволновых печей, бутылки из ПЭТ для пищевой упаковки, для предотвращения миграции смазки и загрязнения пищевых продуктов, с добавлением 0,2% -0,8%.

3. Практика применения смазочных материалов в ключевых пластиковых изделиях: разработка формулы на основе сценария

1. Полиолефиновые изделия (ПЭ, ПП): баланс между эффективностью переработки и качеством поверхности

ПЭ и ПП обладают хорошей текучестью, но для оптимизации извлечения из формы и придания поверхности блеска необходимы смазочные материалы. Обычно используется состав на основе стеаратпарафина (дддххх):

Выдувное формование сельскохозяйственной полиэтиленовой пленки:

Формула: сырье ПЭ+0,3% микрокристаллический парафин+0,2% стеарат кальция+0,15% антиоксидант 1076;

Процесс: температура выдувной пленки 150-180 ℃, кратность выдува 2,5-3,0;

Эффект: Пленка не имеет эффекта прилипания ролика, поверхность гладкая без царапин, светопропускание более 85%, намотка гладкая без прилипания.

Тонкостенные литьевые детали из полипропилена (например, держатель телефона):

Формула: сырье ПП + 0,5% полиэтиленовый воск + 0,3% бутилстеарат + 0,2% антиоксидант 168;

Процесс: Температура литья под давлением 180-200 ℃, давление литья под давлением 80-100 МПа;

Эффект: Расплавленная форма быстро и полностью заполняется, без следов нехватки или усадки, легко извлекается из формы, а степень блеска поверхности изделия составляет ≥ 90.

2. Изделия из ПВХ: смазка и термостабильность в синергии

Температура переработки ПВХ близка к температуре разложения, поэтому для её снижения требуется смазка. Кроме того, используется термостабилизатор, обычно представляющий собой комбинацию внутренней смазки на основе дддххххестер и внешней смазки на основе стеарата":

Экструзия дверных и оконных профилей из ПВХ:

Формула: ПВХ-смола + 0,8% бутилстеарата (внутренняя смазка) + 0,5% стеарата кальция (внешняя смазка + вспомогательная термостабильность) + 2,0% термостабилизатора композита кальция и цинка;

Процесс: Температура экструзии 150-170 ℃, скорость вытяжки 5-8 м/мин;

Эффект: Поверхность профиля гладкая и без изъянов, размер стабилен, в шнеке экструдера не происходит скопления материала, а эффективность производства увеличивается на 15%.

Экструзия прозрачного шланга из ПВХ:

Формула: ПВХ-смола + 1,0% диоктиладипината (внутренняя смазка) + 0,3% стеариновой кислоты (внешняя смазка) + 1,5% эпоксидного соевого масла (пластификация + смазка)

Процесс: Температура экструзии 140-160 ℃, температура охлаждения 40-50 ℃;

Эффект: Шланг прозрачный и незапотевающий, с гладкой поверхностью, без складок и слипаний при изгибе.

3. Изделия из инженерных пластиков (ПЭТ, ПК, АБС): термостойкость и точный контроль поверхности

Температура переработки инженерных пластиков высокая (ПЭТ: 260–280 ℃, ПК: 280–320 ℃), поэтому для предотвращения разложения и ухудшения эксплуатационных характеристик продукта требуются смазочные материалы, устойчивые к высоким температурам:

Литье под давлением преформ для ПЭТ-бутылок для напитков:

Формула: сырье ПЭТ+0,4% полиэтиленгликоль (ПЭГ-6000)+0,2% гипофосфит 168;

Процесс: температура сушки 160 ℃, температура литья под давлением 270-280 ℃;

Эффект: Поверхность заготовки бутылки гладкая и без литников. После выдувного формования корпус бутылки становится прозрачным, без пожелтения и царапин, а эффективность извлечения из формы повышается на 20%.

Литье под давлением корпусов бытовой техники из АБС-пластика:

Формула: АБС-смола + 0,6% микрокристаллический парафин + 0,4% стеарат цинка + 0,3% антиоксидант 1010;

Процесс: Температура литья под давлением 220-240 ℃, температура формы 60-80 ℃;

Эффект: Поверхность корпуса имеет равномерный блеск, без царапин и заусенцев, а показатель сохранения ударной вязкости составляет более 95%, что соответствует требованиям к внешнему виду и эксплуатационным характеристикам бытовой техники.

4. Пластик, контактирующий с пищевыми продуктами: низкая миграция, экологический приоритет

Пластиковые изделия, контактирующие с пищевыми продуктами, имеют строгие требования к токсичности и миграции смазочных материалов, поэтому необходимо выбирать продукцию, соответствующую стандартам ГБ 9685 и Евросоюз Нет. 10/2011.

Литье под давлением полипропиленовых ланч-боксов для микроволновых печей:

Формула: сырье ПП + 0,3% полиэтиленгликоль (ПЭГ-4000) + 0,1% стеарат кальция + 0,1% антиоксидант 1010;

Эффект: количество скользящей смазки составляет менее 0,01 мг/кг, что соответствует стандартам качества для пищевых продуктов. Поверхность ланч-бокса гладкая и легко моется, а также выдерживает нагрев в микроволновой печи при температуре 130 °C без появления запаха.

ПЭ-пленка для консервирования пищевых продуктов, полученная методом экструзии с раздувом:

Формула: сырье ПЭ+0,2% полиэтиленгликоля (ПЭГ-2000)+0,15% бутилстеарата;

Эффект: Пленка не прилипает, имеет гладкую поверхность и не подвержена риску миграции при контакте с пищевыми продуктами, что обеспечивает свежесть продуктов.

4. Проблемы применения и тенденции развития

1. Существующие проблемы

Сложный баланс совместимости: избыток внутренней смазки может легко выпасть в осадок и сделать продукт липким, в то время как избыток внешней смазки может легко мигрировать и повлиять на адгезию к поверхности (например, при печати и покраске);

Адаптация к температуре обработки: инженерные пластики имеют высокие температуры обработки, а обычные смазочные материалы склонны к разложению и выходу из строя, что требует применения специализированных продуктов, устойчивых к высоким температурам;

Требования по соблюдению экологических норм: некоторые традиционные смазочные материалы (например, стеарат тяжелых металлов) не соответствуют директиве ЕС RoHS и стандартам контакта с пищевыми продуктами, что ограничивает возможности применения в сложных условиях.

2. Тенденции развития

Эффективность и низкая миграция: разработка смазочных материалов с высокой молекулярной массой (таких как модифицированный полиэтиленовый воск), снижение миграции за счет запутывания молекулярных цепей и адаптация для упаковки пищевых продуктов и фармацевтических препаратов;

Экологичность и многофункциональность: разработка смазочных материалов на биологической основе (например, производных касторового масла и растительного воска), которые являются нетоксичными и биоразлагаемыми, а также обладают смазывающими, антиоксидантными и антистатическими функциями;

Прецизионная адаптация: разработка специализированных смазочных материалов, устойчивых к высоким температурам, для определенных видов пластика (например, ПК и ПЭТ, обрабатываемых при высоких температурах), а также разработка незапотевающих смазочных материалов для прозрачных изделий;

Композитная интеграция: разработка композитных присадок "hсмазка+термическая стабильность+антиоксидант, упрощение формул, снижение затрат на обработку, таких как сложные продукты солей стеариновой кислоты и антиоксидантов.

5. Резюме: Смазочные материалы – связующее звено между переработкой пластмасс и качеством.

От плавного выдувного формования полиэтиленовой пленки до стабильной экструзии ПВХ-профилей и изысканного внешнего вида корпусов бытовой техники из АБС-пластика – смазочные материалы стали ключом к достижению баланса эффективности и качества в производстве пластика, оптимизируя текучесть процесса, улучшая извлечение из формы и улучшая качество поверхности. Они не только способствуют процессу обработки, но и напрямую влияют на качество пластиковых изделий (например, уменьшая количество поверхностных дефектов), производственные затраты (например, снижение энергопотребления) и сферы применения (например, соответствие требованиям к контакту с пищевыми продуктами). В будущем, благодаря прорывам в исследованиях и разработках эффективных, низкомиграционных и экологически безопасных многофункциональных смазочных материалов, пластмассовая промышленность будет и дальше продвигаться в сторону высокотехнологичного и экологичного развития, обеспечивая поддержку производства более востребованных пластиковых изделий.