如何优化PHA和PHA/PLA共混物的注塑成型

作者：Russell Mullins，是Danimer Scientific 的特殊操作技术顾问，在塑料注射成型和产品设计方面拥有超过45年的经验。

PHA树脂与聚乳酸(PLA)结合可以作为一种生物基和生物制造的家用可堆肥树脂。在其原始形式下，PHA是一种蓬松的白色粉末，对于转化为商业产品不是很有用。然而，当与加工助剂或其他可生物降解的聚酯树脂(如PLA)结合使用时，它变得更适合使用当前的转化工艺制造产品。可生物降解和可堆肥的注塑成型PHA/PLA的最终用途包括但不限于餐具、单杯咖啡胶囊、牙线和儿童玩具。

PHA/PLA混合物中PHA的百分比含量变化很大，这取决于许多因素。这些包括客户的目标最终预期结果(家庭堆肥与海洋可降解)，性能考虑和成本。因此，产品开发团队将根据客户的需求和他们计划如何销售他们的产品来设计一个特定的混合物。

PHA与现有的一些树脂类似，但也具有自己独特的特性。由于其剪切特性，它可以类似于PVC，使其倾向于在螺杆的压缩区导致温度超限，并且其流动特性使其看起来像尼龙，在最小的分型线缺陷处闪光。由于可生物降解的特性，PHA是一种有些脆弱的聚合物，超过400°F（204°C）的高温会导致快速降解。即使长时间暴露在较低的 350°F（170°C）的温度下，材料也会开始降解。

PHA树脂的注塑加工有其自身的规则，但并不过分复杂。密切关注温度和停留时间，保持材料干燥，使用温暖的工具，您应该能够建立一个工艺流程。

加工PHA和共混物的关键考虑因素

以下大多数加工指南旨在使树脂在不降解的情况下进入工艺，其他则旨在减少在熔融温度下的停留时间。以下关于干燥、吹扫和加工的指南不仅涉及 PHA树脂，还涉及PHA共混物，包括PHA/PLA。只要你在混合物中加入哪怕是很小比例的PHA，它的加工特性就开始占据主导地位。

干燥：由于PHA具有吸湿性，加工前需要干燥。建议水分含量低于 0.04% (400 ppm)，以防止加工过程中粘度下降。建议的干燥条件为：4 小时，温度不超过170°F (80°C)，露点为-40°F (-40°C)，气流速率大于0.5 cfm/lb 树脂。

吹扫：在加工PHA 之前，建议使用低熔点LDPE清洗加工设备，以除去任何先前的材料。随后用 PHA 材料完全清除 LDPE。这也将允许 PHA 材料在加工开始之前去除 LDPE。不建议使用PP进行清洗，除非在切换为PHA 材料之前使用 LDPE 去除任何残留的 PP。如果在加热桶中无人看管，PHA 会迅速降解。因此，我们建议使用新鲜材料清除任何残留时间超过五分钟的材料，以确保从过程中去除可能降解了的材料。推荐的吹扫步骤：

▪ 在先前的树脂温度下使用LDPE进行吹扫，以去除任何先前的材料。

a. 425-450°F (215-235°C)

b. 建议使用 MFI 为 10-20 g/10min的LDPE

c. 如果适用，请使用更高 MFI LDPE 吹扫热流道（建议 MFI 目标范围为 18-20）。

▪ 将温度降低至320-350°F (160-170°C)，使温度稳定在设定点。

▪ 使用LDPE 构建工艺来制造完整零件。

a. 使用 LDPE 建立工艺后，用PHA吹扫。

b. 工艺将非常接近LDPE，但固化时间较长。（建议在PHA流程开始时稍微减少注射量，以减少工具溢料或过度填充工具的可能性。)

c. 如果机器停机超过五分钟，请在重新启动之前吹扫 5-8 次以清除可能降解的材料。

d. 如果机器停机时间超过 20-30 分钟，请使用LDPE进行清洗以包括热流道；PHA降解很快，不能长时间留在料筒或热流道中。

机器设置和热流道系统

以下是热流道系统的启动条件和建议。加热模具的能力对于PHA聚合物的正常性能至关重要。无法将工具加热到高于环境温度可能会导致结晶减少和加工速率差。

▪ 起始条件：

进料口：310-330°F (155-165°C)

进料温度：320-340°F (160-170°C)

压缩部分：330-350°F (165-175°C)

计量部分：320-340°F (160-170°C)

喷嘴：310-360°F (155-180°C)

模具温度：105-140°F (40-60°C)

▪ 热流道系统：如果工具使用热流道系统，我们建议将温度设置为喷嘴的延伸部分。热流道应承载材料前进，但不用于增加热量。由于这些系统是针对特定材料和公差而设计的，因此我们始终建议与制造商一起检查温度上限和下限，以避免出现问题。

整体加工

PHA基树脂对温度变化极其敏感，因此在转换为PHA 树脂时应非常小心，确保记录的温度与设定点温度相符。建议从较低的温度曲线范围开始。如果需要加强加工或提高产品质量，可以逐渐升高温度。提高或降低熔体温度的设定点变化应该很小——考虑 2-3度的变化。

注射速度应尽可能慢地填充零件，以避免剪切材料；由于浇口冻结时间较慢，保持时间将比其他常见树脂更长。额外的时间可以从固化时间中减去。在长时间运行期间，材料会像其他树脂一样排出气体，清洁透气口和模具表面的最简单方法是用抹布蘸温水；大多数废气成分是水溶性的。

PHA树脂对剪切敏感，一些高剪切螺杆可能会导致材料性能或粘度降低。对于此转换过程，建议使用具有标准通用设计的低压缩螺钉。在保持循环的同时，螺杆速度应设置得尽可能慢。

聚如如资讯

 

原文始发于微信公众号（可降解可循环中心）：如何优化PHA和PHA/PLA共混物的注塑成型