摘要

本文论述了ABS生产技术，重点阐述了乳液接枝掺混ABS工艺流程，并对此流程中所用设备的结构特点和性能进行了分析。介绍了我国ABS生产工艺、新产品开发和市场态势。

关键词： ABS树脂    生产工艺   市场态势

前言

ABS是大宗热塑性工程塑料，它是由50%以上的苯乙烯和适量的丁二烯和丙烯腈共聚而成。苯乙烯赋予树脂刚性和易加工性，丙烯腈提供耐化学性和热稳定性，丁二烯提供韧性和抗冲性。ABS树脂的生产方法很多，目前在全世界范围内的工业装置中应用较多的是：乳液接枝掺混法、连续本体法等。乳液接枝掺混法是在ABS树脂的传统生产方法——乳液接枝法的基础上发展起来的，是目前工业上采用的几种ABS生产工艺中最早用于工业生产、技术最成熟、应用最广泛的生产方法。乳液接枝掺混法工艺包括乳液接枝乳液SAN掺混法、乳液接枝悬浮SAN掺混法和乳液接枝本体SAN掺混法三种[1]，经过长期的完善和提高，乳液接枝掺混工艺已日趋完善，生产稳定，产品丰富，性能优良。本文主要对这一方法进行介绍。

第1章 ABS树脂的生产

1.1乳液接枝掺混ABS工艺

乳液接枝掺混工艺是目前应用较多的几种ABS生产工艺中最早工业化的工艺技术，它是在乳液接枝工艺的基础上发展起来的，根据SAN共聚工艺的不同又可分为乳液接枝乳液SAN掺混、乳液接枝悬浮SAN掺混、乳液接枝本体SAN掺混三种，目前乳液接枝掺混工艺仍是全世界范围内的生产装置上应用最为广泛的工艺技术，其主要原因是乳液接枝掺混工艺最成熟、产品范围最宽、实用性最强。

在乳液接枝掺混ABS生产工艺中，要首先生成一种高胶含量的弹性体乳胶，然后用这种乳胶与丙烯腈、苯乙烯进行接枝共聚反应生成ABS接枝共聚物。SAN共聚物可以与接枝共聚反应同时进行，但目前更普遍的做法是单独用乳液、悬浮或本体工艺进行制备。最后将ABS接枝共聚物与SAN共聚物以不同的比例进行掺混可以得到多种ABS树脂牌号。三种乳液接枝掺混工艺一般都包括下面几个中间生产步骤：SAN共聚物的制备、丁二烯胶乳的制备、丁二烯胶乳与苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚、掺混及后处理。但是由于SAN聚合工艺的不同，三种乳液接枝掺混工艺的成本、能耗、产品质量等均有较大差异。乳液接枝本体SAN掺混工艺因工艺合理、有利于大型化和降低成本、产品多、产品质量好等优点，在近十年来取得了很大的工业化进展，近年来新建的大型ABS树脂生产厂基本上都选用这种工艺。乳液接枝悬浮SAN掺混工艺目前在全世界范围内的生产装置上应用也较多，据认为对于中小型ABS装置乳液接枝悬浮SAN掺混工艺的经济性更好。

在乳液接枝掺混ABS树脂的生产中，核心技术是聚丁二烯胶乳的合成和ABS接枝技术，其技术含量高，目前的研究方向是提高乳胶质量、缩短反应时间和增大胶乳粒径。

接枝聚合物橡胶颗粒的数量及颗粒结构与大小对ABS的物理性能有较大的影响。较大的橡胶颗粒有利于改善树脂的冲击强度和加工性能，但却导致模塑制品表面光泽下降。另一方面，较小橡胶颗粒的ABS树脂虽然具有较高的表面光泽，但冲击强度却比相同胶量的大粒径颗粒ABS树脂低。为了使ABS树脂既具有高的表面光泽又有高的刚性，橡胶颗粒通常要求具备两种形态（双峰）橡胶颗粒粒径分布，通常0.2～0.65μm范围的颗粒可获得上述两方面性能平衡的树脂。接枝时将大小粒径乳胶按ABS性能要求按比例掺混使用。

以通常的乳液聚合制备的聚丁二烯胶乳粒径在0.1μm左右，而胶乳接枝ABS要求的聚丁二烯胶乳一般不少于0.25μm，粒子分散性好，且分布窄。

聚丁二烯胶乳在一般聚合过程中实现粒径放大时，粒径每小时增大不足0.01μm，要达到0.3μm，至少需要40h以上，故在缩短胶乳反应时间，增大粒径方面进行了大量的研究工作，概括起来可分为：聚合过程放大（一步法）和聚合后附聚放大（两步法），附聚放大又可分为化学附聚和物理附聚。

1.1.1聚合放大

此生产工艺为物料投入聚合釜中以后在60℃下聚合，当聚合转化率达到50%时补加25份丁二烯，继续反应到转化率达90%，整个反应过程50h，胶乳平均粒径0.29μm，凝聚物在0.01%以下。也可在丁二烯乳聚时加入了0.5～5份丙烯腈，由于丙烯腈的亲水性较强，能与乳化剂共同形成大量胶束，加速了聚合反应。反应开始时乳化剂用量为0.5～1.5份，较少的乳化剂可减少聚合诱导期。在聚合过程中加入附聚剂藻朊酸钠和硫酸镁可制备高固、多分散、大粒径的聚丁二烯胶乳。

1.1.2附聚放大

冷冻附聚  冷冻附聚法是将低固、小粒径（600～700A）的聚丁二烯胶乳送入冷冻转鼓，在胶乳冻点温度下，利用胶乳中水结冰形成的压力使胶乳附聚形成大粒子。冷冻附聚法产品纯净，易于工业化，反应周期短，但放大粒度有局限性，只能得到中等粒度的胶乳。胶乳冷冻时会析出凝胶，动力消耗较大。

机械搅拌附聚  提高搅拌强度，也可得到大粒径胶乳。反应在45～60℃下进行，转化率为40%～50%时，增强搅拌1h，反应转化率65%，粒径0.44μm以下的粒子占74.5%。

化学附聚  向胶乳中加入无机盐、醋酸酐、有机溶剂，如丙酮、苯、甲苯及苯—醇混合物，亲水性聚合物聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚氨酯、聚乙二醇、甲基纤维素和聚乙烯缩醛等化学物质，可进行附聚放大。首先制得小粒径胶乳，然后向胶乳中加入24份10%的食盐水搅拌15min，粒径增大到0.35μm。再加入10%的醋酸酐溶液，可得到粒径为0.8μm的胶乳。附聚法的缺点是附聚后粒子尺寸受，温度、时间影响大，较难控制，不易重复。

第2章 ABS塑料的成型工艺

2.1  ABS塑料成型工艺流程

首先将PVC树脂与适当比例的助剂在釜中捏合，再与ABS树脂混合，经过塑练再用造粒机生产出颗粒状物料，将颗粒状物料经过模压和注塑即得到成型产品。流程图如下：

PVC树脂

助剂

捏合

性能

测试

注塑

模压

造粒

塑练

混合

ABS树脂

图1.   ABS塑料成型工艺流程图

2.2 成型过程设备的结构特点

ABS塑料成型过程中用到的机械有挤塑机、切割机、模压机、造粒机等机械，在此不对其进行一一介绍，重点介绍造粒机的结构性能，并提出改进措施。

2.2.1 塑料造粒机概述

造粒机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成[2]。

（1）挤压系统 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。

① 螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。

②机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15～30倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。

③ 料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。

④ 机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳的导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙，使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理，消除积存塑料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料挤出时压力波动，也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。

（2）.传动系统  传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。

（3）.加热冷却装置  加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。

① 现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。

② 冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。

2.2.2塑料造粒机辅助设备

塑料造粒机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置[3]。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同。如还有切断器、吹干器、印字装置等。

（1）预热装置

缆芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的。对于绝缘层，尤其是薄层绝缘，不能允许气孔的存在，线芯在挤包前通过高温预热可以彻底清除表面的水份、油污。对于护套挤出来讲，其主要作用在于烘干缆芯，防止由于潮气（或绕包垫层的湿气）的作用使护套中出现气孔的可能。预热还可防止挤出中塑料因骤冷而残留内压力的作用。在挤塑料过程中，预热可消除冷线进入高温机头，在模口处与塑胶接触时形成的悬殊温差，避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动，从而稳定挤出量，保证挤出质量。挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置，要求有足够的容量并保证升温迅速，使线芯预热和缆芯烘干效率高。预热温度受放线速度的制约，一般与机头温度相仿即可。

（2）冷却装置

成型的塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却定型，否则会在重力的作用下发生变形。冷却的方式通常采用水冷却，并根据水温不同，分为急冷和缓冷。急冷就是冷水直接冷却，急冷对塑料挤包层定型有利，但对结晶高聚物而言，因骤热冷却，易在挤包层组织内部残留内应力，导致使用过程中产生龟裂，一般PVC塑胶层采用急冷。缓冷则是为了减少制品的内应力，在冷却水槽中分段放置不同温度的水，使制品逐渐降温定型，对PE、PP的挤出就采用缓冷进行，即经过热水、温水、冷水三段冷却。

（3）控制系统

塑料造粒机的控制系统包括加热系统、冷却系统及工艺参数测量系统，主要由电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成。其主要作用是：控制和调节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，并能使主辅机协调工作；检测和调节挤塑机中塑料的温度、压力、流量；实现对整个机组的控制或自动控制。

挤出机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分，实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转数、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径的控制，以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。

①挤塑机主机的温度控制  电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性，使之处于粘流态进行的。除了要求螺杆和机筒外部加热，传到塑料使之融化挤出，还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热，因此要求主机的温度应从整体来考虑，既要考虑加热器加热的开与关，又要考虑螺杆的挤出热量外溢的因素予以冷却，要有有效的冷却设施。并要求正确合理的确定测量元件热电偶的位置和安装方法，能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。以及要求温控仪表的精度与系统配合好，使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度的要求。

②挤塑机的压力控制   为了反映机头的挤出情况，需要检测挤出时的机头压力，由于国产挤塑机没有机头压力传感器，一般是对螺杆挤出后推力的测量替代机头压力的测量，螺杆负荷表（电流表或电压表）能正确反映挤出压力的大小。挤出压力的波动，也是引起挤出质量不稳的重要因素之一，挤出压力的波动与挤出温度、冷却装置的使用，连续运转时间的长短等因素密切相关。当发生异常现象时，能排除的迅速排除，必须重新组织生产的则应果断停机，不但可以避免废品的增多，更能预防事故的发生。通过检测的压力表读数，就可以知道塑料在挤出时的压力状态，一般取后推力极限值报警控制。

 ③螺杆转速的控制   螺杆转速的调节与稳定是主机传动的重要工艺要求之一。螺杆转速直接决定出胶量和挤出速度，正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产，对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时，可供使用的调速范围要大。而且对转速的稳定性要求高，因为转速的波动将导致挤出量的波动，影响挤出质量，所以在牵引线速度没有变化情况下，就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化，螺杆和牵引线速度可通过操作台上相应仪表反映出来，挤出时应密切观察，确保优质高产。

④外径的控制   如上所述为了保证制品线缆外径的尺寸，除要求控制线芯（缆芯）的尺寸公差外，在挤出温度、螺杆转速、牵引装置线速度等方面应有所控制保证，而外径的测量控制则综合反映上述控制的精度和水平。在挤塑机组设备中，特别是高速挤塑生产线上，应配用在线外径检测仪，随时对线缆外径进行检测，并且将超差信号反馈以调整牵引或螺杆的转速，纠正外径超差。

⑤收卷要求的张力控制   为了保证不同线速下的收线，从空盘到满盘工作的恒张力要求，希望收排线装置有贮线张力调整机构，或在电气上考虑恒线速度系统和恒张力系统的收卷等等。

⑥整机的电气自动化控制   这是实现高速挤出生产线应具备的工艺控制要求，主要是：开机温度联锁；工作压力保护与联锁；挤出、牵引两大部件传动的比例同步控制；收线与牵引的同步控制；外径在线检测与反馈控制；根据各种不同需要组成部件的单机与整机跟踪的控制。

第3章 ABS成型工艺流程改进建议

为了进一步提高塑料造粒机的使用性能、平稳行及生产效率，建议在动力设备上加装SAJ塑料造粒机专用变频器，同时也可达到节能降耗，提高经济效益的效果。

SAJ塑料造粒机专用变频器特点[4]：

①低频转矩输出180% ，低频运行特性良好

②输出频率最大600Hz，可控制高速电机

　　③全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动

　　④加速、减速、动转中失速防止等保护功能

　　⑤电机动态参数自动识别功能，保证系统的稳定性和精确性

　　⑥高速停机时响应快

　　⑦丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强

　　⑧采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺，产品稳定度高

结论

多年以来，家电在我国ABS树脂消费中所占比例一直居高不下，但目前这一消费比例呈逐渐下降趋势。近年来，我国ABS树脂消费市场重心正在逐步转移,ABS树脂在大型家电市场的消费量正在减少，而ABS树脂在小家电、办公设备产品和交通运输业等消费市场的应用正在悄然升温。预计ABS树脂在交通运输业领域的应用也将有较大潜力，汽车、摩托车生产和消费的大幅度提速，将使汽车内饰件制品成为ABS树脂市场新的消费亮点，此外，ABS树脂在管材和管件等建材、医疗器械和合金共混物的应用上也有着良好的市场前景。

参考文献

[1]朱炤男. ABS塑料及其加工[J].化学世界，1966（5）.

[2]王淳等.塑料机械设计[M].北京:中国轻工业出版社,1995.

[3]黄锐等.塑料工程手册[J]. 机械工业出版社, 2000(17).

[4]李国臣.变频调速技术在风机、泵类应用中的节能分析［J］.中国新技术新产品，2008（23）.下载本文