I. Introducción
En el campo de la ingeniería al aire libre, el rendimiento y el costo de los materiales son siempre factores clave que deben equilibrarse. El copolímero de acrilonitrilo-estireno-acrilato (ASA), con su excelente resistencia a la intemperie, resistencia al envejecimiento UV y estabilidad a largo plazo, se ha convertido en un material ideal para la construcción al aire libre. Sin embargo, su costo de materia prima relativamente alta ha limitado su aplicación generalizada hasta cierto punto. El copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) tiene una ventaja de costo, pero su resistencia a la intemperie es insuficiente. Para equilibrar la rentabilidad y el rendimiento del material, Jiangsu Compuesto utiliza tecnología de coextrusión avanzada para coexistir ASA y ABS para preparar hojas funcionales con las ventajas de ambos materiales, y optimiza la relación a través de un modelo matemático para lograr el mejor equilibrio entre el costo y el rendimiento.
II. Comparación de propiedades y ventajas del material del compuesto
(1) Características del material ASA
El copolímero de acrilonitrilo-estireno-acrilato (ASA) es un copolímero ternario obtenido por copolimerización de emulsión o copolimerización a granel de tres monómeros: acrilonitrilo (A), estireno (S) y acrilato (A). En su estructura molecular, el grupo de acrilato dónda el material con excelente resistencia a la intemperie. Bajo irradiación ultravioleta, los materiales de polímeros ordinarios son propensos a la rotura de la cadena molecular y las reacciones de oxidación. Las unidades de acrilato en ASA pueden absorber efectivamente la energía ultravioleta, disipar la energía a través de sus propios cambios estructurales y, por lo tanto, ralentizar el proceso de envejecimiento del material. La investigación relevante muestra que en un entorno de exposición natural al aire libre, después de 5 años de uso, la tasa de retención de propiedades mecánicas del material ASA aún puede alcanzar más del 80%, lo que es significativamente mejor que muchos otros materiales de polímeros. Además, ASA también tiene una buena resistencia a la corrosión química, que puede resistir la erosión de ambientes hostiles como la lluvia ácida y el aerosol de sal. Al mismo tiempo, tiene alta dureza de superficie y buen rendimiento de procesamiento, cumpliendo los requisitos de la ingeniería al aire libre para la apariencia y el uso a largo plazo de los materiales.
(2) Características del material ABS
El copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) es un plástico termoplástico copolimerizado a partir de tres monómeros: acrilonitrilo, butadieno y estireno. La presencia de la fase de caucho de butadieno hace que los AB tengan una excelente resistencia al impacto, lo que puede absorber energía cuando se somete al impacto externo y reducir la generación y la expansión de las grietas. Además, el ABS también tiene un buen rendimiento de moldeo y procesamiento, y se puede convertir en varias formas de productos a través de procesos como moldeo por inyección y extrusión. Además, su costo de materia prima es relativamente bajo, y se ha aplicado ampliamente en muchos campos. Sin embargo, la resistencia a la intemperie de ABS es pobre. Bajo irradiación ultravioleta, es propenso al amarillamiento y la fragilidad, y sus propiedades mecánicas disminuirán rápidamente cuando se exponen al entorno exterior durante mucho tiempo, lo que limita su uso independiente en la ingeniería al aire libre.
(3) Ventajas de hojas compuestas
La coexistencia de ASA y ABS para preparar hojas funcionales puede realizar las ventajas complementarias del rendimiento de los dos materiales. Como material de capa superficial, ASA puede ejercer completamente su resistencia climática y su resistencia al envejecimiento UV, protegiendo las hojas de la erosión del entorno exterior. Como material de capa central, ABS puede utilizar sus buenas propiedades mecánicas y ventajas de costos para proporcionar suficiente resistencia y rigidez para las hojas, al tiempo que reduce el costo general del material. Esta estructura compuesta no solo puede cumplir con los requisitos de la ingeniería al aire libre para la estabilidad y el rendimiento a largo plazo de los materiales, sino también controlar el costo hasta cierto punto, con beneficios económicos significativos y valor de la aplicación.
Iii. Equipo de coextrusión y Process
(1) Introducción al equipo de coextrusión
El equipo de coextrusión utilizado en este estudio tiene la característica de un ancho de procesamiento máximo de 2.75 metros, lo que puede satisfacer las necesidades de producción a gran escala. El equipo se compone principalmente de una extrusora, un troquel, un sistema de enfriamiento, un sistema de tracción y un sistema de control. El extrusor adopta una estructura de doble tornillo, que tiene un buen rendimiento de mezcla y transmisión, asegurando que los dos materiales de ASA y ABS estén completamente mezclados y plastificados durante el proceso de coextrusión. El troquel está diseñado con una estructura simplificada, que puede hacer que los materiales se distribuyan uniformemente, asegurando la uniformidad de espesor y la calidad de la superficie de las sábanas. El sistema de enfriamiento adopta un método de enfriamiento por pulverización, que puede enfriar rápidamente y dar forma a las hojas extruidas, mejorando la eficiencia de producción. El sistema de tracción adopta tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable, que puede controlar con precisión la velocidad de tracción de las hojas, asegurando la precisión dimensional de las sábanas.
(2) Control preciso del proceso de coextrusión
Durante el proceso de coextrusión, controlar con precisión los parámetros del proceso es la clave para preparar hojas compuestas de alto rendimiento. Los principales parámetros de control incluyen la temperatura de extrusión, la velocidad de extrusión, la relación material, la presión del troquel, etc. La temperatura de extrusión afecta directamente el efecto de plastificación y la fluidez de los materiales. Para los dos materiales de ASA y ABS, de acuerdo con sus temperaturas de fusión y propiedades de procesamiento, las temperaturas de cada sección de la extrusora deben establecerse razonablemente. En términos generales, la temperatura de fusión de ASA es relativamente alta, aproximadamente 220-250 grado, y la temperatura de fusión de ABS es aproximadamente 200-230 grado. Por lo tanto, durante el proceso de coextrusión, las temperaturas de cada sección de la extrusora deben establecerse de manera gradiente para garantizar que ambos materiales estén completamente plastificados y no se descomponen.
La velocidad de extrusión no solo afecta la eficiencia de producción, sino que también afecta la calidad de las sábanas. La velocidad de extrusión demasiado rápida puede conducir a una mezcla desigual de materiales, y defectos como burbujas y delaminación en las sábanas; La velocidad de extrusión demasiado lenta reducirá la eficiencia de producción y aumentará el consumo de energía. A través de experimentos y prácticas de producción, determine el rango de velocidad de extrusión adecuado y realice ajustes en tiempo real de acuerdo con la relación material y el rendimiento del equipo.
La relación material es un factor clave que afecta el rendimiento y el costo de las hojas compuestas. Cuanto mayor sea el contenido de ASA, mejor será la resistencia a la intemperie y la resistencia al envejecimiento UV de las sábanas, pero el costo también aumentará en consecuencia; Cuanto mayor sea el contenido de ABS, menor será el costo, pero la resistencia a la intemperie disminuirá. Por lo tanto, a través del análisis del modelo matemático, determine la mejor relación de ASA y ABS bajo la premisa de cumplir con los requisitos de uso al aire libre.
La presión del dado tiene una influencia importante en la uniformidad del grosor y la calidad de la superficie de las sábanas. Controlar razonablemente la presión del troquel puede hacer que los materiales fluyan uniformemente en el dado, evitando la desviación del espesor y los defectos de la superficie. Monitoree y ajuste la presión de la matriz en tiempo real a través del sistema de control para garantizar la calidad estable de las sábanas.
IV. Análisis de perspectivas de aplicación y beneficio económico
(1) perspectiva de la aplicación
Las láminas funcionales compuestas ASA\/ABS preparadas tienen un excelente rendimiento integral y se pueden aplicar ampliamente en campos como vallas publicitarias al aire libre, edificios de paneles decorativos de pared exterior, piezas de automóviles y muebles de exterior. En el campo de las vallas publicitarias al aire libre, la resistencia al clima y la resistencia al envejecimiento UV de las sábanas pueden garantizar que las vallas publicitarias mantengan colores brillantes y patrones claros durante mucho tiempo, reduciendo los costos de mantenimiento; En el campo de la construcción de paneles decorativos de pared exterior, las buenas propiedades mecánicas y la resistencia meteorológica de las sábanas pueden cumplir con los requisitos de la construcción de paredes exteriores para materiales, al tiempo que enriquecen el efecto de apariencia de los edificios; En el campo de las piezas automotrices, se puede utilizar para fabricar piezas exteriores automotrices, como parachoques y carcasas de espejo retrovisores, mejorando la resistencia a la intemperie y la vida útil de los vehículos.
(2) Análisis de beneficios económicos
Al utilizar la tecnología de coextrusión y optimizar la relación a través de un modelo matemático, el costo del material se reduce significativamente en la premisa de garantizar el rendimiento de las sábanas. En comparación con las hojas ASA puras, el costo de las hojas compuestas se puede reducir en un 30%-50%, al tiempo que mantiene una buena resistencia al clima y propiedades mecánicas. Con la expansión continua del mercado de ingeniería al aire libre, la demanda de materiales de alto rendimiento y bajo costo está aumentando día a día. Esta hoja compuesta tiene amplias perspectivas del mercado y importantes beneficios económicos.
Conclusión
A diferencia de la compra directamente de partículas combinadas para la extrusión, la capa ASA\/ABS especialmente desarrollada por el compuesto de Jiangsu se prepara mediante extrusión compuesta de ASA y ABS para producir láminas funcionales que combinan las ventajas de ambos materiales al tiempo que reducen los costos. Usar equipos de coextrusión avanzados y control de procesos precisos, la calidad y el rendimiento de las láminas. A través del análisis del modelo matemático, la proporción de ABS y ASA está optimizada, logrando el mejor equilibrio entre el costo y el rendimiento. Este estudio proporciona una solución de material rentable para la ingeniería al aire libre, que tiene un valor práctico de aplicación y un significado promocional. En el futuro, se puede llevar a cabo una investigación más profunda sobre la tecnología de procesamiento y la optimización del rendimiento de las hojas compuestas para expandir sus campos de aplicación y hacer mayores contribuciones al desarrollo de materiales de ingeniería al aire libre.