一、前言

　　對于任何設計者來說最大的夢想就是生產一種能從原料到產品以及產品的包裝整個過程只需要一個連續的加工工藝的設備。塑料加工工藝和機器人技術的創新是不可避免的創新之路。從而使得從原料到產品的包裝能實現一步連續生產的過程。

　　這方面的工藝創新及機器人技術的發展是很迅速的，不僅僅是為了體現出智慧，也不是為了時尚，而是為了在加工的過程中能達到更高地自由度，并能達到省時間、省費用和省能量等效果。所有的領域都將或多或少地從中得到收益，如：汽車行業、包裝、電子電器、日用品、醫療、工業、商業、鐵路等等。零部件的應用領域為：安全氣囊蓋、甲板、亭、瓶子、計算機配件、管道、蓋子、門、膜、管材等等。所有的聚合物都將與這種新的生產工藝相關，從普通的塑料到高性能的塑料如：PEEK及橡膠和熱塑性彈性體等等。

　　二、為什么要采用這種工藝?

　　直接在加工的過程中進行物料的混合（見圖2）具有如下的優點：

　　1、中間的存儲過程和一些常見的混料后的后處理過程都可以省略。

　　2、可以減少廠房的空間。

　　3、不需要進行二次加工，從而降低物料在加工過程中的熱降解。

　　4、加工過程中的二次剪切也沒必要進行，這樣就能減少物料的熱、機械降解。

　　5、可以減少易水解聚合物的水解，在線混合是很均勻，也適合PET和低硬度熱塑性聚氨酯的混合。

　　6、可以根據生產量的變化隨時調整產品的配方。

　　7、物料的流變性能也能在真實的時間，真實的溫度和壓力條件下進行控制。

　　很多時候，這種工藝的首批投資是比一般的多步加工工藝要高得多，但是總而言之，這種工藝具有如下的特點：

　　1、如果加工工程與真實的產量相匹配的話就能降低產品的相對成本

　　2、能夠節約時間和勞動力

　　3、能提高終端產品的性能

　　三、值得深思的一些數據

　　如果生產工藝和生產量比較匹配的話，節約成本就不是一個理論的問題而是一件很重要的事情。例如：對于高產出量的汽車配件而言，采用熱塑性玻璃長纖進行連續的在線混合生產的話，每公斤物料將節約成本約0.25到0.35美元。

　　而相反的是，對于低產量的產品來進行在線的配色的話就能最大程度地節約成本。因為如果要去購買預先處理好的母粒的話，需要更多的成本。

　　CompositeProductsInc.(CPI)公司獲得了“直接喂料熱塑性塑料”(DFT)加工工藝的許可，在整個加工過程中，混合速率和注模速率是完全一致的。對于小質量的制件，CPI公司聲稱，相對與普通的加工工藝而言成本大約能節約30％左右，而相對于LFT預混合的產品加工來說成本能節約50％左右。

　　對聚合物來說，甚至對于低熔點的聚合物而言，加工過程中的熱及剪切速率以及伴隨的熱降解等都是不可忽略的。舉例說，X.ALMERAS和Al.(ProgressinRubber,PlasticsandRecyclingTechnology,20,1,2004,p.25)研究了聚丙烯和聚酰胺合金的循環加工過程，其中的一些性能的改變數據如下：

　　成功的關鍵點:根據聚合物加工過程中采用的助劑種類、產品的生產量以及性能的需求做策略性的一些加工過程的改變，助劑和相應設備的選擇必須以常用的助劑為基礎進行考慮，如需要考慮如下幾個因素：

　　1、常用助劑的正規尺寸

　　2、很高的各向異性現象，如纖維

　　3、直接進行吹膜的氣體

　　4、影響聚合物結構和流變性能的反應型助劑

　　接下來的這些陳述在有些情況下是不適用的。但是，不管怎么樣，必須對實際的助劑、設備、加工工藝進行研究才能做出最后的決定。在通常的情況，常用助劑是不需要進行太多的考慮，比如說這些助劑在加工條件下的熱性能，增強性能等等。

　　四、通用助劑的使用策略

　　對于粒子較小，尺寸比較規整而且沒有化學活性的助劑而言，在線或直接添加到物料的加工過程中是一件相對來說較簡單的事情。但是，這也要求我們必須考慮到助劑的存在形態。目前用的三種比較有競爭力的助劑形態為：

　　1、粉末狀,如果粉末與聚合物具有很好的相容性的話，這是一種公認的助劑存在形態以適合于一步法加工

　　2、濃縮產品或母粒，如果他們的聚合物載體于所添加到的聚合物具有很號的相容性的話，這也是一種不錯的方法

　　3、如果助劑于聚合物具有很好的相容性的話，助劑可以是液體的，也可以是糊狀的

　　也許關于這方面的研究做的最早的實驗就是聚合物的著色一步法加工工藝，但是，時至今天，這種一步法的加工工藝以及適用于所有的助劑。例如：

　　1、加工改性劑和潤滑劑

　　2、穩定劑：

　　①抗氧劑

　　②UV和光穩定劑、引發劑、吸收劑

　　3、填料，如木質纖維

　　4、有機或無機的阻燃劑

　　5、抗沖擊改性劑

　　6、交聯劑

　　7、抗靜電劑

　　8、抗菌劑

　　9、吹塑劑

　　10、澄清劑

　　11、成核劑

　　12、熒光增白劑

　　13、防滑劑，防團劑等等

　　粉末狀的著色劑和塑料助劑直接和粒狀的塑料進行混合的話，使得聚合物配方即使是很小量的生產，也具有相對較低的成本。當然，在塑料的加工過程中，需要根據應用領域的需求來進行相應的一些助劑選擇的試驗。

　　顏料或助劑母粒或濃縮產品分散到聚合物載體樹脂里在現在的成型中是一種很普遍的加工方法。在注塑或擠出的喂料過程中，預先按比例制成的母粒可以分散到待加工的聚合物中以獲得預期的顏色或效果。然后再熔融、混合、在螺桿、熱和剪切的作用下進行塑化。一般的，濃縮的產品都需要進行很大量的定購，相對于小批量的購買來說，其價格遠遠要高得多。因此，濃縮產品或母粒對于大部分小批量生產來說是不經濟的，但是這種方法卻適用于中等批量或大批量產品的生產。

　　液體的或糊狀的顏料相對于母粒或濃縮的產品應用到塑料樹脂或聚合物的加工過程中而言具有更高的經濟價值。采用液體顏料的優點是：可以節約成本，同時可以很容易地在聚合物中進行分散。如果有配套的簡單設備，如“PumpinaDrum”，液體顏料是很有經濟效益而且很容易使用的。

　　關于在線混合生產方法在工業上的應用目前已經有很多，下面我們舉幾個例子：

　　1、一條完整的醫療試管生產線以生產具有組織紫外線進入的試管

　　ORGANDO(PlasticsTechnology:May,1994issue)描敘了一種完整的預料試管生產線以生產具有防止紫外線輻射的石蠟醫療導管。HDPE,LDPE和鋇或者鉍的混合物一起進行混合，然后在由18mm的異向雙螺桿以一定的角度將料輸送到12mm、長徑比為10:1的單螺桿段進行擠出（RandcastleExtrusion）。然后由VersaMachinery提供的牽引機和切割機對擠出的產品進行處理，最后得到醫用導管的生產效率為1-3kg/小時。

　　2、用“長纖”對熱塑性塑料的增強

　　玻璃長纖增強熱塑性塑料（LFT或LFRT）因為其結構性能與易加工之間的獨特的平衡而成為現在的熱點。熱塑性塑料生產商采用在線加工成型方法（一步法）推出的玻纖增強熱塑性塑料給汽車配件帶來了革命性的變化，從而導致了消耗量的大大增加。

　　對于長纖增強熱塑性產品惹眼，最主要的問題是如何控制長纖在終端產品里的預期的長度。產品的機械性能與玻纖的長度具有很直接的關系。

　　1、氣體直接擠出或注塑加工工藝

　　與其他傳統的發泡成型工藝不同的是，熱塑性發泡材料可以直接通過高壓氣體的作用將熔融狀態的物料進行注塑而加工成型而成。

　　在這個加工過程中，不含有發泡劑的熱塑性塑料喂料到擠出機中，在經過物料的熔融段之間就直接輸送到含有高壓氣體的擠出機段。

　　當物料輸送到模具中，而模具中的壓力就是外界大氣壓，這時熔融的物料就會在模具中進行發泡，然后冷卻定型。

　　最終產品的性能將受到氣體的量、泡孔的尺寸和泡孔分布的影響。例如，MuCell加工工藝中采用的氣體時CO2，在CO2的超臨界狀態，可以使熱塑性泡沫塑料性能微孔，而且這些孔分布得很均勻，微孔得尺寸也比較均勻，尺寸得大小微5-50微米。