回眸――改变塑料的50项技术革新

回眸——改变塑料的50项技术革新()塑料已经成为重要的科学分支，塑料工业也已经成为国民经济重要的组成部分。今天，我们已经无法想像当一个注塑机没有螺杆、仅仅有一个平滑内膛柱塞时它像什么，很少有人会记起双螺杆挤出机、多层薄膜、片材和瓶子是何时诞生的。本网根据国外2005年底的资料整理了日前由国外同行所评选出的近半个世纪以来对全球塑料工业发展产生重要影响的前50项技术革新。并对这50项技术的来源进行逐一的阐述，以便让大家了解塑料的历史，了解这些重要的技术革新的来龙去脉，同时本网也将在塑料工业概述板块进行未来半个世纪将可能影响塑料工业的重要技术革新进行介绍，希望各位坛友进行积极的讨论。当然，挑选过去半个世纪以来影响塑料工业发展的重大技术革新并非易事，因为有太多的技术涌现。大家可能并不赞同所挑选的这前50项技术革新，欢迎提出并讨论。但是有一点，您必须重视它们的价值，重视这些技术诞生过程中的灿烂直觉、艰苦的工作和很好的运气。声明一点：这50项革新并无进行刻意的排序。影响塑料工业的50项技术革新（1）往复螺杆注塑（2）聚丙烯（3）HDPE（4）聚碳酸酯（5）双螺杆挤出（6）LLDPE（7）片状模塑料（9）拉坯吹塑（10）干燥剂干燥器（11）ABS树脂（12）型坯控制程序（13）结构泡沫（14）屏障螺杆（15）储料缸式模头吹塑（16）耐高温热塑性塑料（17）熔融指数（18）碳纤维（19）注塑模拟（20）热塑性弹性体（21）热流道（22）机械手（23）压力成型（24）回转热成型（25）卤化阻燃剂（26）PET和PBT（27）薄膜/片材共挤（28）多组分注塑（29）多层吹塑（30）受阻酚抗氧剂（31）受阻胺光稳定剂（32）全电动注塑机（33）滚塑（34）气辅模塑（35）模内装饰和贴标（36）模腔压力传感（37）喷附复合材料（38）注塑吹塑（39）聚氨酯绝缘（40）反应注塑（41）挤出发泡（42）水下造粒（43）化学发泡剂（44）管材和吹塑薄膜的螺线机头（45）吹塑薄膜的自动厚度控制（46）平模的自动厚度控制（47）双向拉伸薄膜（48）薄膜/片材厚度传感器（49）混合废弃物的密度分离（50）计算机配色1.往复螺杆注塑注塑机设计的重大变化开始于20世纪50年代往复式螺杆发明之后。在此之前，所有的注塑机均采用柱塞注塑。在美国，WilliamWillert通常被认为是往复式螺杆的先驱。他于1952年开发成功往复式螺杆并于1956年获得专利，当时他是EganMachinery公司的副总裁。有一些人认为应该把这项发明归功于德国BASF公司的HansBeck，他于1943年发明了第一台往复螺杆机器，他提交了一份专利申请，但是往复螺杆机器直到13后的1956年之前没有在欧洲和美国获得商业化生产。往复螺杆与柱塞相比最显著的一个优点是它提高了加热和混合树脂的能力。柱塞机仅仅具有加热和加压的能力并未有有效的混合或者均化的能力。螺杆塑化可以得到混合均匀的熔体，其产率比柱塞机提高了50%。由于树脂在进入模具之前已经混合均匀，因此可以采用很低的注射压力。这些优点在往复螺杆出现之前常常采用一个固定的螺杆塑化器获得，但这种双阶设计结构复杂，并且造价比往复螺杆高出很多。但是往复螺杆的商业化生产也是步履蹒跚。据悉，Reed-Prentice在1953年已经生产了一台600t的往复螺杆式机器，但是直到1958年在NPE上展出的Jetflo机器上才展现出往复式螺杆商业化的一点迹象。根据HPM的消息，1958年公司生产了国内的第一台往复式螺杆机器的合模部分。但是，这种机器可能首次出现在DuPont的研究实验室内．一些资料认为往复式螺杆作为一种标准进行机器的生产可能在１９５６年或者１９５７年出现在德国，来自于Ankerwerk公司、Ｅckert&Ziegler公司和Reifenhauser公司的合作。美国对往复式螺杆的关注在１９６０年之后迅速升温，当时几乎每一家主要的美国机器厂商均采用这种新型螺杆。NewBritainMachineCo.,NationalAutomaticToolCo.VanDornIron均采用了这种螺杆进行机器的生产。今天，往复式螺杆已经成为了商业注塑机的标准选择。2.聚丙烯聚丙烯（PP）的发明几乎在欧洲和美国同步进行。1953年，意大利MilanPolytechnic的GiulioNatta教授对德国MaxPlanckInstituteforCoalChemistry的KarlZiegler教授同一年的研究突破进行了进一步的扩展。Ziegler教授发现四氯化钛能够催化聚乙烯的定向聚合。在一家较大的意大利化学公司，Montecatini（后来的Montedison公司）的财政支持下，Natta教授扩展了Ziegler教授的研究成果，转向去开发等规聚丙烯。Montecatini公司是首家工业规模生产聚丙烯的公司，该公司于1957年在其Ferrara工厂开始了PP的生产。在1956年的NPE上，Montecatini展出了其PP薄膜和单丝。与此同时，在美国，PhilipsPetroleum（现在的ChevronPhilips）公司的PaulHogan和RobertBanks正在用高辛烷的汽油进行试验，他们于1952年发现了高熔融的结晶PP。直到60年代的早期，Philip并没有开始PP的商业化生产。美国首家进行商业化PP生产的公司是HerculesPowderCo.在1958年进行的。PP的商业化应用首先是单丝和纤维等。在60年代早期，PP和其共聚物开始在汽车上得到了应用，在60年代晚期，吹塑容器开始出现3.HDPE生产HDPE的低压工艺的发明几乎同时在美国和欧洲进行，当时的研究焦点集中在开发不同类型的催化剂以促进在更低温度和更低压力（比LDPE低）下进行乙烯聚合。1951年，PhilipsPetroleum公司的RobertBank和JohnHogan发明了这种类型催化剂的首个产品。1953年，德国MaxPlankInstituteforCoalChemistry的KarlZiegler教授开发成功另外一种低压/低温的催化剂体系。到了20世纪50年代后期，这两种方法均被用于生产HDPE。在欧洲，第一个低压HDPE工厂于1955年由FarbwerkeHoechsAG公司建立，产品的密度是0.94g/cc，用于生产薄膜、管材和家用制品。在美国，Phillips公司1956年首家将HDPE进行了商业化生产（密度0.963），商品名为Marlex。在1958年的NPE上，Celanese,Phillips,SpencerChemical,W.R.Garce均推出了商品化的HDPE树脂。这些供应商均聚焦于吹塑HDPE制品以代替玻璃容器的潜力。HDPE最初被用于挤出吹塑洗涤剂的瓶子，婴儿瓶和注塑家庭用品如著名的Tupperware容器。后来，高分子量的HDPE对薄膜市场产生了冲击。在NPE88上，HDPE是一个亮点。4.PC热塑性工程塑料的新纪元开始于1953年，以Bayer公司的HermannSchnell博士和GE塑料的DanielW.Fox博士分别独立开发出工程树脂聚碳酸酯（PC）为标志。Fox博士在开发一种新型的电缆绝缘材料时在烧杯上发现了一种透明的凝固物质,从而开创了GE公司的Lexan聚碳酸酯业务的先河。Schell博士在Bayer的主实验室进行芳香族衍生物研究时发现了聚碳酸酯，从而开创了Bayer的Makrolon聚碳酸酯业务。两家公司均在1958年开始商业化生产PC。聚碳酸酯目前已经是世界上最广泛应用的热塑性工程树脂，在商用设备、汽车和通讯领域有着广泛应用。最初，PC被用于电子电器产品。1980年，PC以其透明性、质量轻和耐冲击而在汽车上用以代替玻璃制作车灯。对于汽车制造商而言，采用PC可以为设计带来很大的柔性。另外一个应用突破是1982年，PC被用于压缩光盘的基材。今天，PC以年均8%的应用速率增长。5.双螺杆双螺杆技术是过去50年来最重要的挤出技术进展。该技术在20世纪50年代才进行了商业化，这一日期比其最初面世缩短了近20年时间。意大利和德国的工程师率先开发成功双螺杆挤出机，包括同向旋转和异向旋转，最初的目的是为了提高PVC管材的生产效率。LMP(LavorazioneMateriePlastiche）公司的奠基人RobertoColombo首次尝试用双螺杆混合醋酸纤维素，以避免使用溶剂。1938年，他设想采用一台啮合的、同向旋转的双螺杆挤出机进行PVC造粒以用于管材挤出。在此之前，PVC管材的制备一直采用压机设备完成。从那时起，同向旋转的双螺杆挤出机就支配了PVC-U的挤出。双螺杆在低得剪切速率下就可以得到高的产量，因此降低了价格昂贵的稳定剂的用量。双螺杆挤出机也用于配混和造粒树脂。在进行填料、纤维的配混种发挥重要的作用。也用于反应加工如聚合、接枝、改性等领域。同向旋转率先推出LMP（后来被OwensCorning公司1996年收购）公司推出了其第一台同向旋转挤出机，由两根或者三根螺杆组成，直径高达109mm，早在1939年它就取得了一个专利。那一年它的第一个客户是德国的I.G.Farbenindustrie，该公司第一个开发PVC。二次世界大战后，LMP授权法国的Creosot-Loire（现在的Clextral）公司、英国的R.H.Windsor和日本的IkegaiIron制造双螺杆挤出机。东芝机器公司（ToshibaMachineCo.）在1955年率先制造成功全啮合的反向旋转双螺杆。安装在同向旋转轴上的带有捏合盘的配混机械也在二次大战中出现在I.G.Farben公司。大战之后，这方面的工作由Bayer公司得以延续，并在1957年授权WernerandPfleiderer公司制造商业化的同向旋转配混机，冠以ZSK商标。除去捏合盘外，这些双螺杆挤出机的另外一项革新——后来成为了一种标准，是采用一些短的螺杆组件，这些组件可以更换或者相互改变组合，以用于不同的配混过程。1981年，德国的Berstorff推出了组合式的啮合、同向旋转双螺杆配混机，这种挤出机带有新型的捏合盘和螺纹，可以提高分布混合能力。在W&P在K95上推出高扭矩、高速的同向双螺杆后，Berstorff也推出了高扭矩的机型。异向旋转紧随其后1940年，Krupp的WilhelmEllermann开发出了据称是当时首台商品化的啮合，向旋转双螺杆挤出机，冠以Knetwolf的称号。Krupp在1941年对其专利保护，并为I.G.Farben提供了设备，螺杆直径高达400mm。二战之后，Knetwolf被Dusseldorf的JosephEck&SohneMaschinenfabrik公司接管，然而它并未得以延续发展，当20世纪50年代当W&P推出了更为有效的配混设备——同向捏合机之后。意大利的CarloPasqueti，曾经与Colombo合作开发首台同向旋转双螺杆挤出机，转向了开发啮合的异向旋转双螺杆挤出机。异向旋转机器转的更慢，挤出的效果比混合更好。但是，CarloPasqueti的机器在欧洲直到1959年左右，在美国直到1969年似乎并未获得太大的商业成功，这在很多程度上是由于Anton和WilhelmAnger的工作所致。在1951-1952年，Anger兄弟采用采用NouvelleMapreSA制备的平行的异向旋转双螺杆挤出机用于橡胶加工,发现这种设备并不适用于PVC管的制备.1955年,兄弟俩开发成功首台具有三段螺杆、长径比12：1的异向旋转双螺杆挤出机，这是将PVC粉料直接加工为管材的首台挤出机。到了1959年，Anger已经是世界上最大的PVC管材生产商，拥有30条挤出生产线。他们的公司，KunststoffwerkGebruderAngerGmbH，位于慕尼黑，制造商双螺杆机器供自己使用。1961年，Rheinstahl集团购买了GebruderAnger公司的控制权。Anger兄弟1959年在维也纳开办了他们的另