2015年9月1日，由“同時(shí)具備上游聚合、下游改性技術(shù)平臺(tái)”的佳易容®主辦的2015(第三屆)聚合物相容化技術(shù)國(guó)際高峰論壇在上海虹橋元一希爾頓酒店順利落幕。
舉辦此次會(huì)議的主要目的是促進(jìn)相容劑領(lǐng)域的技術(shù)交流，加強(qiáng)下游改性行業(yè)對(duì)這一領(lǐng)域的理解和認(rèn)識(shí)，從而推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)創(chuàng)新。
主講人：酒井忠基先生，靜岡大學(xué)客座教授，日本制鋼所社友，塑料成型加工學(xué)會(huì)名譽(yù)會(huì)員，高分子學(xué)會(huì)合作伙伴，美國(guó)SPE合作伙伴，合成樹脂技術(shù)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。曾獲得化學(xué)工學(xué)會(huì)技術(shù)獎(jiǎng)、塑料成型加工學(xué)會(huì)技術(shù)醬、科學(xué)技術(shù)廳長(zhǎng)管獎(jiǎng)、美國(guó)SPE協(xié)會(huì)技術(shù)獎(jiǎng)等
以下內(nèi)容根據(jù)會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)本人審閱，僅供參考。
中國(guó)是全球增長(zhǎng)最快的塑料市場(chǎng)
目前塑料合金方面有很多原創(chuàng)的技術(shù)，酒井忠基先生關(guān)于塑料合金方面做了近50年的研究，當(dāng)前的塑料制品已經(jīng)應(yīng)用在生活各方面，這是全世界塑料制品使用的趨勢(shì)。塑料制品主要使用市場(chǎng)是美國(guó)、歐洲、日本，但是最近日本的塑料制品市場(chǎng)有所下降，其中一個(gè)理由是日本目前正推進(jìn)塑料回收。在世界其他地方，塑料的消費(fèi)量還在不斷增長(zhǎng)，特別是亞洲、尤其是中國(guó)，將來要大力發(fā)展回收價(jià)值比較高的塑料。整個(gè)塑料的加工工廠是各個(gè)形狀的，主要是從原料廠生產(chǎn)出來的原料然后經(jīng)過擠塑機(jī)之后再形成各種制品。關(guān)于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈分成兩個(gè)方面，一方面是大量的大型工廠，每年都有幾十噸的生產(chǎn)。還有一種是做高價(jià)的塑料，主要是利用塑料合金的技術(shù)，為了使用這種技術(shù)有各種各樣的擠塑機(jī)，當(dāng)中是關(guān)于脫硅的機(jī)器，五個(gè)機(jī)器連在一起，機(jī)器也越來越大了，最近長(zhǎng)度達(dá)10米的機(jī)器也已經(jīng)出現(xiàn)，一個(gè)小時(shí)可以做出幾百米的規(guī)模。為了生產(chǎn)出高性能的塑料，類似的擠塑機(jī)也在不斷地開發(fā)當(dāng)中。汽車制品用的注塑機(jī)，使用4個(gè)軸，主要是做汽車的玻璃窗。我們看到汽車的生產(chǎn)量、消費(fèi)量在逐年增長(zhǎng)，特別是中國(guó)的市場(chǎng)成長(zhǎng)非常的快。汽車的零部件也有這些零部件組成，塑料的使用量隨著年份逐年增長(zhǎng)，現(xiàn)在大約汽車10%的部件是用的塑料，汽車的零部件雖然注塑機(jī)用得比較多，高分子合金也是用得比較多。在合金的方面，特別是工程塑料方面它的市場(chǎng)前景比較大。中國(guó)市場(chǎng)可能是世界所有市場(chǎng)中成長(zhǎng)最快的。
新需求催生新型注塑機(jī)
汽車的使用，一個(gè)趨勢(shì)是關(guān)于二氧化碳的排放要減少，然后是節(jié)省能量的方向，關(guān)于安全性的需求也在極速成長(zhǎng)。關(guān)于對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)是使用天然的原料，與信息相關(guān)的技術(shù)也在發(fā)展當(dāng)中，比如說蘋果的電子設(shè)備。最近有做小型汽車的趨勢(shì)，這種小型汽車主要是用電動(dòng)力的。比如說在日本市場(chǎng)，日本老齡化比較嚴(yán)重，老齡人需要開簡(jiǎn)單操作的汽車，就是不會(huì)排放太多二氧化碳，使用燃料電池的汽車也在發(fā)展當(dāng)中。這個(gè)汽車在停車的時(shí)候按一下按鍵，人離開汽車，汽車就會(huì)自己停在停車場(chǎng)。從塑料使用的加工方法當(dāng)中看，大部分的塑料制品都是使用擠塑機(jī)成型的。在共同使用注塑機(jī)的情況下，里面再增加一些薄膜的技術(shù)，從基礎(chǔ)目標(biāo)來看，主要是為了節(jié)省能源，二是而且安全性，三是為了回收利用。從注塑機(jī)的角度看，技術(shù)在逐漸發(fā)展，最近流行用超能二氧化碳對(duì)塑料進(jìn)行刮炮的技術(shù)。注塑有兩個(gè)發(fā)展方向，一個(gè)是越做越大，另外一個(gè)在保持現(xiàn)在的規(guī)模上在精度有所提高。比如在屏幕上面，液晶屏幕有越做越大的技術(shù)。在計(jì)算機(jī)模擬方面，流動(dòng)模擬技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟。除了流動(dòng)之外還能夠模擬其他很多方面，比如說溫度。這種使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬擠塑機(jī)，包括高分子合金方面，技術(shù)在逐漸的發(fā)展。關(guān)于注塑機(jī)本身技術(shù)也在發(fā)展，以前都是用液壓的，現(xiàn)在逐漸向電的方面發(fā)展。除了消費(fèi)能量降低之外，用電子進(jìn)行控制，保養(yǎng)能力也在提高，又能夠制作出漂亮的制品，應(yīng)用于醫(yī)療電子等方面。
關(guān)于注塑機(jī)的技術(shù)，目前能做出相當(dāng)復(fù)雜的注塑。這個(gè)工藝叫DSI process，原料的使用是Nyhon6+GF30%，能夠減少他的成本。還有一個(gè)趨勢(shì)，現(xiàn)在汽車制品使用纖維的制品多了。這個(gè)制品使用的是含有玻纖的，使用含纖維的技術(shù)，汽車的重量會(huì)下降，成本也會(huì)降低。使用這種玻纖的技術(shù)還在逐漸的發(fā)展，最近比較引人關(guān)注的是使用碳纖維的技術(shù)，現(xiàn)在使用碳纖維的制品汽車部件、零部件逐漸變多了。本來碳纖維主要是用在飛機(jī)上降低飛機(jī)的重量，可以減少20%的燃料使用，現(xiàn)在到汽車上使用碳纖維，他能夠比玻纖的重量降低，也可以節(jié)省能源。豐田公司的汽車使用碳纖維的技術(shù)，它的重量只有850公斤。豐田公司新開發(fā)的氫氣作為燃料，雖然成本很高，但是是未來的發(fā)展趨勢(shì)。因?yàn)槭褂脷錃庾鳛樵系脑挘呐欧攀橇悖蕴祭w維主要為了降低重量，減少流量消耗在日本非常受重視。還有可以直接使用擠塑機(jī)在里面加入碳纖維，然后再擠壓成型。另一個(gè)現(xiàn)在比較受到矚目的新技術(shù)，除了碳纖維之外使用蜘蛛絲作為填料的改進(jìn)方法，這種蜘蛛絲是人工做的，他是使用基因操作的方法生成的。它可以用在很多的地方。關(guān)于高分子復(fù)合物未來的使用量，預(yù)測(cè)2035年使用會(huì)達(dá)到20%，將來高分子聚合物將會(huì)發(fā)揮很大的作用。
雙螺桿擠塑機(jī)發(fā)展迅猛
這是做出來的高分子合金，他主要應(yīng)用方面還是汽車、家電。高分子復(fù)合物制作流程，先放入燃料熔融，再加入相容劑反應(yīng)，再成型的過程。然后做出來的塑料粒子再經(jīng)過注塑等，然后制成復(fù)制品。為了做出具有特性的材料，最重要是他的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，為此要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加他的相容性。制作成這樣的產(chǎn)品，最主要是在雙螺桿的擠出技術(shù)，要想做成這樣的制品，如果沒有在擠塑機(jī)里面很好地混合，就很難制成符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，制作這樣的高分子合金，以前開發(fā)了很多的機(jī)器。現(xiàn)在做高分子的機(jī)器主要是1970年開發(fā)的機(jī)器，雙螺桿咬合同方向旋轉(zhuǎn)的擠塑機(jī)。從機(jī)器的生產(chǎn)量來看，1998年只能生產(chǎn)200公斤，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到10倍的生產(chǎn)量，其理由主要是因?yàn)閿D塑機(jī)螺桿的螺紋逐漸變深了，還有螺桿的轉(zhuǎn)速原來是100轉(zhuǎn)、200轉(zhuǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到800轉(zhuǎn)。現(xiàn)在螺桿的長(zhǎng)度也變化了，以前是20，現(xiàn)在是40。螺桿使用的螺面原件也在逐漸開發(fā)新的螺面原件。擠塑機(jī)的材料原始的分析也能夠分析出來。這是螺桿的開發(fā)歷史，以前主要是三頭的螺紋原件，現(xiàn)在是兩頭的螺紋原件作為樞紐，螺紋的深度逐漸變深了。螺桿軸的厚度越變?cè)秸鞣N變窄的螺桿讓他保持同樣的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，非常很重要。扭矩的密度越來越高了，以前只有3.7，現(xiàn)在是1.22，扭矩的密度逐漸增大，為了保持一定的制冷時(shí)間，達(dá)到一定的程度的扭矩方能成功。
關(guān)于螺紋原件有很多，比如說單頭，兩頭、三頭，對(duì)使用水的總體進(jìn)行共混的可容技術(shù)，在銅體里面再增加其他的溝槽的技術(shù)。使用這個(gè)技術(shù)之后，在同樣生產(chǎn)量的情況下，他的沖擊長(zhǎng)度會(huì)明顯地提高。最近這種復(fù)雜的共混可以用計(jì)算機(jī)模擬出來，使用這個(gè)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)就做了這樣一個(gè)數(shù)據(jù)。通過計(jì)算機(jī)用普通的銅體做出來的粒子沒有溝槽做出來的粒子共混程度高。還有一個(gè)數(shù)據(jù)他的溫度控制也比較好，特別是低溫共混。紅色的技術(shù)是高溫的部分，普通的銅體保溫的部分比較多，上面寫普通螺桿344度，下面的螺桿是324度，使用這個(gè)計(jì)算方法還做了三頭起螺原件與圓形螺桿對(duì)比的模擬計(jì)算，使用的是玻纖的材料。通過計(jì)算可以看到，普通三頭的螺原件粒子分散不是特別均勻，兩頭分散粒子就比較均勻。粒子分布方面，三頭的分布強(qiáng)的地方很強(qiáng)，弱的地方很弱，不是很均勻。于此相比圓形的壓力分散比較好。三頭的螺桿原件開始是很高的，之后就不行了。于此相比圓形的螺桿分布比較均勻。也就是說比較強(qiáng)的情況下，玻纖在里面會(huì)被切斷的。剛才那個(gè)例子就是使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。PC/ABS的變性尺寸比較大，現(xiàn)在逐漸向納米結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)的改變，現(xiàn)在做出來的材料比以前強(qiáng)度更強(qiáng)。這個(gè)狀態(tài)可以通過擠塑機(jī)各種封閉程度的條件來控制。如果能夠很好地控制封閉的話，粒子可以做得更小。原先是使用相容劑可以進(jìn)行相互連接，即螺桿已經(jīng)打碎的高分子通過相容劑進(jìn)行重新連接，這樣就能夠把分散的狀態(tài)固定下來。關(guān)于這方面新方面的技術(shù)就是在里面添加無機(jī)的納米填料，可以促進(jìn)相容性，加入炭黑的話已經(jīng)能達(dá)到比較好的效果。在有機(jī)的體系里面加入無機(jī)材料是將來非常好的研究方向，比如在天然橡膠里面加入黏土。
生物塑料和納米纖維素已成趨勢(shì)
關(guān)于電動(dòng)車對(duì)塑料的趨勢(shì)發(fā)展，主要是關(guān)于一個(gè)生物塑料的發(fā)展，預(yù)測(cè)2025年會(huì)有更多的需求。現(xiàn)在日本聚乳酸大概是一年5000噸的使用量，他可以應(yīng)用在很多材料里面，對(duì)核心的材料產(chǎn)生很多的作用。豐田公司有一輛已經(jīng)在市場(chǎng)銷售的汽車，他60%使用生物塑料制作的，這個(gè)是幾年前做出來的一個(gè)汽車，這是一輛生物塑料制作的汽車。最新還有一個(gè)趨勢(shì)使用納米纖維素的例子，這是一個(gè)天然橡膠的例子，這個(gè)里面加入3%的納米纖維素，這是最近納米纖維素的應(yīng)用，用在電池里面薄膜。這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在還在開發(fā)當(dāng)中，市場(chǎng)還沒有銷售，也就是說這只是另外一個(gè)可能性。關(guān)于各個(gè)主體廠的發(fā)展，這是關(guān)于福特公司的想法，福特公司要求比玻纖還要輕的材料。還有一個(gè)方面是關(guān)于著色、染色方面，是否納米纖維素纖維他的染色性比較好。這個(gè)例子是金讀大學(xué)發(fā)表的，使用納米纖維素的染料相比普通染料，染色性比較好，他不止是一個(gè)單體的問題，后面的納米纖維素也是可以應(yīng)用。不管是納米纖維素還是碳納米管，他們的共同尺寸的時(shí)候比較容易共聚在一起，這個(gè)是一個(gè)分散技術(shù)，原來是使用水進(jìn)行分散。這個(gè)例子是使用碳納米管的例子，側(cè)面是設(shè)的碳納米管，這樣的技術(shù)分散比較好。納米纖維素也有類似的問題，如果是很緊湊的話，就很容易聚合在一起，先用水混合再聚合比較好。這是金讀大學(xué)發(fā)表新的納米纖維素分散的方法，在共同體素之前先進(jìn)行一個(gè)前席處理。長(zhǎng)時(shí)間固體化，就能做出一樣分散化的材料，強(qiáng)度也跟以前差不多。相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了一邊做納米纖維，一邊做納米共混。
未來屬于“技能型”塑料
做新技術(shù)的趨勢(shì)主要是附加價(jià)值的增加，成本也要下降，然后是能量的節(jié)省，包括排放量的減少。還有盡量地自動(dòng)化，因?yàn)橹袊?guó)這樣的發(fā)展趨勢(shì)出租車的司機(jī)會(huì)越來越少，所以自動(dòng)化也是一個(gè)趨勢(shì)。接著就是可持續(xù)的材料的廣泛應(yīng)用，零排放的材料，比如說生物材料，還有纖維素納米材料。關(guān)于擠塑機(jī)有擠塑技能的分析，比如說有化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。關(guān)于計(jì)算機(jī)模擬的技術(shù)會(huì)變得更加重要。關(guān)于擠塑機(jī)的監(jiān)視技術(shù)，目前相當(dāng)于進(jìn)入了一個(gè)黑匣子，所以擠塑機(jī)的監(jiān)控也很重要。也就是說擠塑機(jī)里面到底發(fā)生了什么事越來越重要，通過各種技術(shù)的發(fā)展，比如說通過光學(xué)分子技術(shù)，總的來說擠塑機(jī)的分析技術(shù)，計(jì)算機(jī)的模擬技術(shù)越來越重要的時(shí)代就要來了。關(guān)于全世界材料提供量的趨勢(shì)，美國(guó)一所大學(xué)給出的數(shù)據(jù)，隨著時(shí)代的發(fā)展木材的使用量會(huì)逐漸減少，然后鋁和鎂的金屬使用量會(huì)更多。關(guān)于塑料的使用量，它不僅是一個(gè)量的增長(zhǎng)還發(fā)展出新的技能型的塑料。未來的塑料行業(yè)將更加壯大!
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