I. Introduzione
Nel campo dell'ingegneria esterna, le prestazioni e il costo dei materiali sono sempre fattori chiave che devono essere bilanciati. Copolimero acrilonitrile-stirene-acrilato (ASA), con la sua eccellente resistenza alle intemperie, resistenza all'invecchiamento UV e stabilità a lungo termine, è diventato un materiale ideale per la costruzione esterna. Tuttavia, il suo costo di materia prima relativamente elevata ha limitato la sua diffusa applicazione in una certa misura. Il copolimero acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) ha un vantaggio in termini di costi, ma la sua resistenza alle intemperie è insufficiente. Al fine di bilanciare il rapporto costo-efficacia e le prestazioni dei materiali, il composto Jiangsu utilizza una tecnologia di co-estrusione avanzata per co-estrusione di ASA e ABS per preparare i fogli funzionali con i vantaggi di entrambi i materiali e ottimizza il rapporto attraverso un modello matematico per raggiungere il miglior equilibrio tra costi e prestazioni.
Ii. Confronto delle proprietà dei materiali e dei vantaggi del composito
(1) Caratteristiche del materiale ASA
Il copolimero acrilonitrile-stirene-acrilato (ASA) è un copolimero ternario ottenuto mediante copolimerizzazione di emulsione o copolimerizzazione sfusa di tre monomeri: acrilonitrile (A), stirene (S) e acrilato (A). Nella sua struttura molecolare, il gruppo di acrilato conferisce il materiale con eccellente resistenza alle intemperie. Sotto l'irradiazione ultravioletta, i materiali polimerici ordinari sono soggetti a rottura della catena molecolare e reazioni di ossidazione. Le unità di acrilato in ASA possono assorbire efficacemente l'energia ultravioletta, dissipare l'energia attraverso i propri cambiamenti strutturali e quindi rallentare il processo di invecchiamento del materiale. Ricerche pertinenti mostrano che in un ambiente di esposizione naturale all'aperto, dopo 5 anni di utilizzo, il tasso di ritenzione della proprietà meccanica del materiale ASA può ancora raggiungere più dell'80%, il che è significativamente migliore di molti altri materiali polimerici. Inoltre, ASA ha anche una buona resistenza alla corrosione chimica, che può resistere all'erosione di ambienti duri come la pioggia acida e la nebbia salina. Allo stesso tempo, ha un'elevata durezza superficiale e buone prestazioni di elaborazione, soddisfacendo i requisiti dell'ingegneria esterna per l'aspetto e l'uso a lungo termine dei materiali.
(2) Caratteristiche del materiale ABS
Il copolimero acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) è un copolimerizzato in plastica termoplastica da tre monomeri: acrilonitrile, butadiene e stirene. La presenza della fase di gomma del butadiene fa sì che gli addominali abbiano un'eccellente dimora di impatto, che può assorbire energia se sottoposta a impatto esterno e ridurre la generazione e l'espansione delle fessure. Inoltre, l'ABS ha anche buone prestazioni di modanatura e lavorazione e può essere trasformato in varie forme di prodotti attraverso processi come lo stampaggio di iniezione e l'estrusione. Inoltre, il costo delle materie prime è relativamente basso ed è stato ampiamente applicato in molti campi. Tuttavia, la resistenza alle intemperie degli addominali è scarsa. Sotto l'irradiazione ultravioletta, è soggetto a ingiallimento e abbraccio e le sue proprietà meccaniche diminuiranno rapidamente quando esposte all'ambiente esterno per lungo tempo, limitando il suo uso indipendente nell'ingegneria esterna.
(3) Vantaggi dei fogli compositi
Co-estrusione di ASA e ABS per preparare i fogli funzionali può realizzare i vantaggi complementari delle prestazioni dei due materiali. Come materiale dello strato superficiale, ASA può esercitare completamente la sua resistenza alle intemperie e la resistenza all'invecchiamento delle UV, proteggendo i fogli dall'erosione dell'ambiente esterno. Come materiale a strato centrale, gli ABS possono utilizzare le sue buone proprietà meccaniche e i vantaggi dei costi per fornire resistenza e rigidità sufficienti per i fogli, riducendo al contempo il costo del materiale complessivo. Questa struttura composita non solo può soddisfare i requisiti dell'ingegneria esterna per la stabilità a lungo termine e le prestazioni dei materiali, ma anche controllare i costi in una certa misura, con benefici economici significativi e valore dell'applicazione.
Iii. Attrezzatura di co-estrusione e professionistaControllo cess
(1) Introduzione all'apparecchiatura di co-estrusione
L'attrezzatura di co-estrusione utilizzata in questo studio ha la caratteristica di una larghezza di elaborazione massima di 2,75 metri, che può soddisfare le esigenze della produzione su larga scala. L'apparecchiatura è composta principalmente da un estrusore, un dado, un sistema di raffreddamento, un sistema di trazione e un sistema di controllo. L'estrusore adotta una struttura a doppia vite, che ha buone prestazioni di miscelazione e trasporto, garantendo che i due materiali di ASA e ABS siano completamente miscelati e plastificati durante il processo di co-estrusione. Il dado è progettato con una struttura aerodinamica, che può rendere uniformemente distribuiti i materiali, garantendo l'uniformità dello spessore e la qualità della superficie dei fogli. Il sistema di raffreddamento adotta un metodo di raffreddamento a spruzzo, che può rapidamente raffreddare e modellare i fogli estrusi, migliorare l'efficienza della produzione. Il sistema di trazione adotta la tecnologia di regolazione della velocità di frequenza variabile, che può controllare accuratamente la velocità di trazione dei fogli, garantendo l'accuratezza dimensionale dei fogli.
(2) controllo preciso del processo di co-estrusione
Durante il processo di co-estrusione, il controllo con precisione dei parametri di processo è la chiave per preparare fogli compositi ad alte prestazioni. I principali parametri di controllo includono la temperatura di estrusione, la velocità di estrusione, il rapporto materiale, la pressione del dado, ecc. La temperatura di estrusione influisce direttamente sull'effetto di plastificazione e la fluidità dei materiali. Per i due materiali di ASA e ABS, in base alle loro temperature di fusione e proprietà di lavorazione, le temperature di ciascuna sezione dell'estrusore devono essere ragionevolmente fissate. In generale, la temperatura di fusione di ASA è relativamente alta, circa 220-250 grado, e la temperatura di fusione di ABS è circa 200-230 grado. Pertanto, durante il processo di co-estrusione, le temperature di ciascuna sezione dell'estrusore devono essere impostate in modo gradiente per garantire che entrambi i materiali siano completamente plastificati e non si decompongono.
La velocità di estrusione non solo influisce sull'efficienza di produzione, ma influisce anche sulla qualità dei fogli. La velocità di estrusione troppo veloce può portare a una miscelazione irregolare di materiali e difetti come bolle e delaminazione nei fogli; La velocità di estrusione troppo lenta ridurrà l'efficienza della produzione e aumenterà il consumo di energia. Attraverso esperimenti e pratiche di produzione, determinare la gamma di velocità di estrusione appropriata e apportare regolazioni in tempo reale in base al rapporto materiale e alle prestazioni dell'attrezzatura.
Il rapporto materiale è un fattore chiave che influenza le prestazioni e il costo dei fogli compositi. Maggiore è il contenuto di ASA, migliore è la resistenza alle intemperie e la resistenza all'invecchiamento UV dei fogli, ma anche il costo aumenterà di conseguenza; Maggiore è il contenuto di ABS, minore è il costo, ma la resistenza alle intemperie diminuirà. Pertanto, attraverso l'analisi del modello matematico, determinare il miglior rapporto di ASA e ABS sotto la premessa di soddisfare i requisiti di uso esterno.
La pressione del dado ha un'influenza importante sull'uniformità dello spessore e sulla qualità della superficie dei fogli. Il controllo ragionevolmente la pressione della matrice può far fluire uniformemente i materiali nella matrice, evitando la deviazione dello spessore e i difetti superficiali. Monitorare e regolare la pressione del dado in tempo reale attraverso il sistema di controllo per garantire la qualità stabile dei fogli.
IV. Prospettiva di applicazione e analisi dei benefici economici
(1) Prospettiva di applicazione
I fogli funzionali compositi ASA\/ABS preparati hanno eccellenti prestazioni complete e possono essere ampiamente applicati in campi come cartelloni pubblicitari esterni, costruzione di pannelli decorativi per pareti esterne, parti automobilistiche e mobili per esterni. Nel campo dei cartelloni pubblicitari esterni, la resistenza alle intemperie e la resistenza all'invecchiamento delle UV dei fogli possono garantire che i cartelloni pubblicitari mantengano colori vivaci e motivi chiari per lungo tempo, riducendo i costi di manutenzione; Nel campo dell'edificio dei pannelli decorativi delle pareti esterne, le buone proprietà meccaniche e la resistenza alle intemperie dei fogli possono soddisfare i requisiti delle pareti esterne di costruzione per i materiali, arricchindo l'effetto di aspetto degli edifici; Nel campo delle parti automobilistiche, può essere utilizzato per produrre parti esterne automobilistiche come paraurti e alloggiamenti di specchio retrovisore, migliorando la resistenza alle intemperie e la durata dei veicoli.
(2) Analisi dei benefici economici
Utilizzando la tecnologia di co-estrusione e ottimizzando il rapporto attraverso un modello matematico, il costo del materiale è significativamente ridotto sulla premessa di garantire le prestazioni dei fogli. Rispetto ai fogli ASA puri, il costo dei fogli compositi può essere ridotto del 30%-50%, mantenendo una buona resistenza alle intemperie e proprietà meccaniche. Con la continua espansione del mercato dell'ingegneria esterna, la domanda di materiali ad alte prestazioni e a basso costo sta aumentando di giorno in giorno. Questo foglio composito ha ampie prospettive di mercato e significativi benefici economici.
Conclusione
Diversamente dall'acquisto diretto di particelle miscelate per l'estrusione, il foglio ASA\/ABS appositamente sviluppato dal composto Jiangsu è preparato mediante estrusione composita di ASA e ABS per produrre fogli funzionali che combinano i vantaggi di entrambi i materiali riducendo i costi. Usando l'attrezzatura avanzata di co-estrusione e il controllo preciso dei processi, la qualità e le prestazioni dei fogli sono garantiti. Attraverso l'analisi del modello matematico, il rapporto tra ABS e ASA è ottimizzato, raggiungendo il miglior equilibrio tra costo e prestazioni. Questo studio fornisce una soluzione materiale conveniente per l'ingegneria esterna, che ha un importante valore pratico dell'applicazione e significato promozionale. In futuro, è possibile effettuare ulteriori ricerche approfondite sulla tecnologia di elaborazione e l'ottimizzazione delle prestazioni dei fogli compositi per espandere i loro campi di applicazione e dare maggiori contributi allo sviluppo di materiali ingegneristici esterni.