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一种新型改性碳酸钙填料的制备及在聚四氟乙烯中的应用
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  • 公布年份:
    2016
  • 中图分类:
    TQ325.4
  • 关键词:
  • 成果简介:
    课题来源:自选项目。背景:重质碳酸钙粉体的生产现状及发展趋势:重质碳酸钙具有原料来源广、白度高、吸油值低、适用性好、价格低廉等特点,用于塑料、橡胶、胶黏剂等领域可以减少树脂使用量,节约成本。用于造纸行业可以节约纸浆并增加纸张的不透明性和吸油墨性。凭借上述特性,重质碳酸钙成为近20年来发展最快的无机非金属矿物材料。中国自20世纪70年代末开始生产重质碳酸钙,20世纪90年代中期产量约为60万t,2000年产量约为300万t;2010年产量达到1000万t以上;2013年全国生产能力已达到约1500万t(不含脱硫和饲料用重质碳酸钙)。中国重质碳酸钙主要产地为广东、广西、安徽、浙江、四川、湖北、江西、湖南、河南、贵州、黑龙江、吉林、辽宁以及新疆。近年来,重质碳酸钙生产经营逐渐由分散型向节约型转变,具有资源优势的地区或企业通过政府引导、资本运作、重组及联盟方式形成了一些地区性的大企业或企业集团。近年来,在广西贺州、广东连州、浙江长兴、浙江建德、浙江湖州、四川石棉以及安徽、湖北等地已经兴起年生产能力50万t以上的大型重质碳酸钙生产企业。重质碳酸钙产业技术的主要发展趋势是大型化、功能化以及智能化,这是重质碳酸钙生产集约化、稳定化、结构优化或专用化以及提高生产效率、降低能耗、磨耗和降低生产成本之必然要求,也是市场需求量显著增大和节约高聚物基复合材料中树脂用量对生产技术发展的必然要求。大型化主要是单条生产线的生产能力将持续增大。生产线大型化将带动大型粉粹设备、大型分级设备(特别是干式精细分级设备)、表面改性设备(特别是连续表面改性设备)以及相应的干燥、包装等设备的发展。从“十二五”末开始,中国将建成越来越多的年产20万t以上的单条重质碳酸钙和超细重质碳酸钙生产线和年产5万t以上的单条干法表面改性活化重质碳酸钙和超细重质碳酸钙生产线。功能化是指产品的应用性能将适应市场的需求不断优化,是提升重质碳酸钙应用性能和价值的增值技术。提升重质碳酸钙产品功能性的主要加工技术是表明改性和精细分级。表面改性降低了产品的吸油值、改善了重质碳酸钙与有机树脂的相容性和在树脂中的分散性,可以增大重质碳酸钙的填充量和减少或节约填充高分子材料中树脂的用量,具有巨大的市场需求,是专用重质碳酸钙产品的主要生产技术之一。精细分级技术可以提高重质碳酸钙在油墨、涂料等领域中的应用性能,是专用重质碳酸钙产品的重要生产技术之一。智能化是指生产管理和控制的优化,生产线控制的智能化将是未来重质碳酸钙生产技术的主要发展趋势之一。大型化生产和产品质量可靠和稳定化要求的提高,人工成本的不断上升和技术工人的稀缺,将推动重质碳酸钙生产控制智能化的持续发展。中国非金属粉体行业相关企业广泛存在以下问题:观念落后,缺乏创新,技术创新方面亟待提高;无序竞争,打价格战;应用技术开发不足(重生产而轻开发);缺乏相关的行业标准;生产工艺流程复杂、环境恶劣、“三废”排放均不达标。针对以上这些问题,湖北天工物新材料科技股份有限公司以技术突破为目标,市场客户需求为目的,联合国内大专院校组建了一支强大的研发团队。公司与清华大学长三角研究院联合开发的两条重质碳酸钙生产线大型化、自动化、智能化程度高,2条生产线只需7名工人(投原矿、包装、入库),年产能却能达到5万吨以上。生产过程科学规范,公司引进先进的设备高效无污染,粉体的生产和改性连续进行,打破了传统粉体行业生产和改性相分离且改性过程不彻底的弊端。整个生产过程中产生的废气采用袋式除尘器处理,达标排放,废水可全部循环利用,不外排。固体废弃物大部分可回收利用,少量不可回收的废物集中储存,统一外运填埋,“三废”均能得到有效处理,不会对生态环境造成不良影响,环保水平高。聚四氟乙烯的生产及应用现状:聚四氟乙烯(PTFE)是四氟乙烯单体经自由基聚合而生成的高结晶聚合物,享有“塑料王”之美誉。自1938年Planktt博士发明PTFE后,经过几十年的快速发展,PTFE已成为全球产量最大的氟树脂。20世纪80年代至90年代,全球PTFE呈现迅猛的发展局面,许多公司纷纷新建和扩建PTFE生产装置。1992年全球PTFE的生产能力约为5.5万吨。1995年,全球PTFE生产能力约为6.5万吨左右。20世纪90年代末期,PTFE生产总格局随着全球企业兼并重组的浪潮也进行较大规模的调整,许多企业之间进行了重组、转让和兼并。2002年全球PTFE的生产能力增至约11万吨/年。2005年全球生产能力达到13.5万吨/年左右。2010年全球PTFE产能约16万吨/年。近年来,PTFE产能增长主要集中在中国,产量约9万吨/年。PTFE是一种优良的工程材料,该树脂无色、无毒且具有十分优异的化学稳定性,极小的摩擦系数,极强的耐高低温性能,较好的非粘附性、自润滑性和低温延展性,耐老化性和高度绝缘性等性能。这些优良性能使得其广泛用于航空航天、石油化工、机械电子、建筑和轻纺等诸多领域。但因其机械性能差、线膨胀系数较大,易冷流,耐磨损性差、硬度低,成型和二次加工困难等缺陷,使其实用化和功能化应用受到限制。由于PTFE的特殊分子结构特征,使其具有极高的熔融粘度(380℃时熔融粘度为1×1010Pa s)、剪切敏感(易产生熔体爆裂)、大的收缩性蠕变以及低的摩擦因数(是金属及所有塑料中摩擦因数最低的)等成型特殊性,难以采用常规的熔融挤压、注射成型等普通的成型方法来加工。基于PTFE的特殊成型加工性,经过几十年的发展,人们摸索和发明诸多PTFE的各种特殊加工方法,主要有烧结成型、推压成型、模压成型、压延成型、液压成型、柱塞挤出成型、螺杆挤出成型、注射成型、浸渍成型、复合喷涂成型、二次加工成型、冷拉伸-热收缩成型以及近年出现的超临界CO<,2>成型等方法。在PTFE中加入不同的填料,在保持其原有优点的基础上,可以克服PTFE的缺陷,改善其综合性能。用于PTFE复合材料所用填料的品种有很多,大致可分为金属、金属氧化物及硫化物、无机物、有机物和纳米粒子等。然而,由于PTFE的价格一直居高不下,无论给生产厂家还是下游的应用厂商都带来了巨大的经济压力,这在一定程度上也限制了它的广泛应用。
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