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塑料改性是通過添(tiān)加助劑、填料等改變塑料性能,提高質量的方法。同時,塑料改(gǎi)性也是降低塑料成本的最有效(xiào)方法。塑料(liào)改性中配方主要(yào)主要包括:選材、複配、用量以及混合方式。雖然塑料(liào)改性(xìng)的(de)過程(chéng)操作,但是其中背後蘊含的機理值得我們(men)研究探討。四個要素相互作用(yòng)、既可以是相互(hù)輔助,也(yě)可以是相互抵消,因(yīn)此,設計一個高性能(néng)、易加工(gōng)、低成本的配(pèi)方絕非易事。
樹 脂 的(de) 選 擇
1、樹脂的品種與牌(pái)號
所選擇的目標樹脂與需(xū)要改性的目標性能具有最接近的性能:首(shǒu)先是在樹脂(zhī)的品種上進行主題篩選,如:改善樹脂的韌性(xìng),優(yōu)選ABS、SBS等樹脂;透(tòu)明改性,樹脂首先要考慮選擇三(sān)大透明(míng)樹(shù)脂PS、PMMA、PC。
確定目標樹脂後,選擇樹脂的牌號。具(jù)體(tǐ)的牌號樹脂具有更具體(tǐ)的性能指標,會讓目標(biāo)選擇(zé)具有更確定性。選擇樹(shù)脂:優選大品牌(pái),通用樹脂(zhī),確保後(hòu)期采購樹脂更方便。
2、樹脂的複合(hé)性
所選擇的目標樹脂與主體樹脂的複合性,即所選擇的目標樹脂與(yǔ)主體樹脂具備相容(róng)性,能夠形成(chéng)一體,不出現相分離(lí)。目標(biāo)樹脂能夠發揮出改性的性能目標。
3、樹脂的黏度以及(jí)複合樹(shù)脂的流動性
配方中,所選擇的目(mù)標樹(shù)脂的黏度與主體樹脂在黏度上要接近。選擇的目標(biāo)樹脂黏度過大,會導致複合樹脂黏度大,需要添加改性劑,以減少黏度梯度。如:PA66增韌改性,阻燃配方中添加PA6為改性劑;PA6增韌改性,阻燃配方(fāng)重加(jiā)入HDPE作為改性劑(jì)。
黏度的變化會影響(xiǎng)其流動性變(biàn)化,從而最終影(yǐng)響(xiǎng)加工(gōng)方式的變化,如:注塑級、擠(jǐ)出級、吹塑級、壓延級(jí)等。而同一樹脂影響其流動性的主要原因在於分子量大小、分子鏈的排布如(rú):線型分子、體型分子等。其中,高流(liú)動(dòng)性樹(shù)脂包括:PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA等;低流動性樹脂:PC、MPPO、PPS等;不流動樹脂(zhī):聚四氟乙(yǐ)烯、UHMWPE、PPO等。
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助(zhù) 劑 的 選 擇
1、目的(de)性選擇助劑
不同類型的助劑具有不同的目標性能,所加入(rù)體係中的助劑能夠充分其預計功能,並達到目標規定指標。其中,規(guī)定指(zhǐ)標一般為國家(jiā)標準、國際(jì)標準,或客戶提出的性能要求。常見的(de)目標樹脂改性的性能如下:
1) 阻燃(rán)性:
無機磷、有機(jī)鹵化物、有機磷化物、有機矽及氮化物等;
2) 增強:
纖維和晶須兩大類:玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、晶須、石英纖(xiān)維、石墨纖維及陶瓷纖維等;PAN纖維、聚(jù)乙烯纖維(wéi)、PA纖維、PC纖維、PVC纖維及(jí)聚酯纖維等;硼纖維及(jí)鋁(lǚ)、鈦、鈣等(děng)金屬晶須等
3) 增韌:
高抗衝擊樹脂,如:CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油樹脂(MPR)等;
高抗衝擊橡(xiàng)膠,如:乙(yǐ)丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈膠(NBR)、丁苯膠、天然膠、順丁膠、氯丁膠、聚異丁烯及丁二烯膠等。
4) 耐磨性:
石墨、MoS2、二氧化矽等;
5) 可降(jiàng)解性:
澱粉填充、降解添加(jiā)劑等;
2、助劑的(de)形態對複合性能影響
同樣的助劑,其形態分布也有不同,相對於改性作用的影響(xiǎng)也(yě)不一樣。對於粉末性(xìng)助劑,關鍵的影響因素是其的粒度。1)、粒度越(yuè)小,對(duì)填(tián)充材料的(de)拉伸強度和衝(chōng)擊強度越(yuè)有益,如,就衝擊強度而言, 三氧化二銻的粒徑每減少1μm,衝擊強度就會增加1倍;2)、阻燃劑的粒度越小,阻(zǔ)燃效果就越好,如,ABS中加(jiā)入4%粒度為45μm的三氧(yǎng)化(huà)二銻與加入1%粒度為0.03μm的三(sān)氧化二銻阻燃效果相同;3)、著色劑的粒度越小,著色力越高、遮蓋(gài)力越強(qiáng)、色澤越(yuè)均勻。但,著色劑的粒度不是越(yuè)小越好,存(cún)在一個極限值,而且對不同性能的極限(xiàn)值不同;4)、以炭黑為例,其粒度越小,越易形成網狀導電通路,達到(dào)同樣的(de)導電(diàn)效(xiào)果加入炭黑的量降低。但同著色劑一樣,粒度也(yě)有一個(gè)極限值,粒度太小易於聚集而難於分散,效果反倒不好。
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注:目數為每平方英寸篩網上的篩孔數目。
對於纖維性助劑(jì),助劑(jì)的(de)纖維程度越(yuè)高,增(zēng)強效果越好。其中,助劑的(de)纖維化程度可用長徑比(L/D)表示。熔融狀態比粉末狀有利於保持長徑比,減小斷纖幾率,因而也是較好的加入方式。
3、助(zhù)劑與樹脂的相容性
樹脂和助(zhù)劑之間良好的相容性是(shì)保證助劑(jì)性能良好發揮(huī)的重要基礎,保證(zhèng)其在使用期間(jiān)良好的耐久性(xìng)、耐抽提、耐遷移以(yǐ)及耐析出。良好的相容(róng)性是基本要求,即使是阻(zǔ)隔性配(pèi)方也要求助劑在樹脂中(zhōng)層狀分(fèn)布(bù)。提高(gāo)樹脂相容性的主要方法:1)、相容(róng)性助(zhù)劑的加入,如:表麵活性劑,添加量以發揮其最佳功效(xiào)為佳。
2)、表麵處理:以相容劑或偶聯劑為表麵處理劑,提高樹脂與(yǔ)助劑的相容性。常見偶聯(lián)劑(jì)包(bāo)括:矽烷類、鈦酸(suān)酯(zhǐ)類和(hé)鋁酸(suān)酯類;相(xiàng)容(róng)劑包括:樹脂對應的馬來酸酐(gān)接枝聚合物。需經表麵處理的助劑包括:無機類添加劑和纖維類助劑。
4、助劑(jì)加入的量
合適的助劑(jì)添加(jiā)量既是(shì)提高目標樹脂(zhī)至合適性能,也是立足與經濟基礎的成本低。對(duì)於不同的助劑添加量要求不同:1)、阻燃劑、增韌劑、磁粉、阻隔劑等,性能(néng)角度雖然(rán)添加量越多越好,但是,也要核定(dìng)成本;2)、導電助劑,一般形成電路通路即可;3)、抗(kàng)靜電劑(jì),表麵形成泄電荷層即可;3)、偶(ǒu)聯(lián)劑,形成(chéng)表麵包覆即可。
5、樹脂與助劑的關係
助劑的加入不能導致樹脂的本身性能變質,如:PPS不能加入含鉛和含銅助劑,PC不能用三氧(yǎng)化銻(tī),這些都可(kě)導(dǎo)致解聚;同時(shí),助劑的酸堿性,應與樹脂(zhī)的酸堿性要一致,否(fǒu)則會起兩者的反(fǎn)應。
6、助劑與其他組分的關係
一(yī)個配方中,為了同時兼顧多個目的,需要加入多種不同(tóng)的助劑。助劑的相互作用就非常複雜,主要概(gài)況:1)、相互(hù)獨立沒有影響;2)、協(xié)同作用:配方重的多個助劑互相促進,使總體效果高於單個(gè)助劑的平(píng)均值(zhí);3)、相互消除:兩種或兩種以(yǐ)上的添加劑一起加入時的效果低於(yú)其(qí)單獨加入的平均值,如:防老塑料配方中,硫醚類輔抗氧劑與HALS類(lèi)光穩定劑不同時使用,因為硫醚(mí)類滋生的(de)酸性成分抑(yì)製了HALS的光穩定作用。
混 合 均 勻
混合均勻是塑料配方改性的基本要求,也是要求助劑在(zài)樹脂的形成均勻分布。助劑分布不均勻不僅不能提(tí)高原有樹脂的性能,還可能因為填料分布不(bú)均勻出現性能比純樹脂的性能更差。如:使用填料對材料的力學性能和加工性能,分(fèn)散不均勻,不僅力學(xué)性(xìng)能大幅度(dù)降(jiàng)低,加工性能也會受影響。提高助劑的均(jun1)勻混合常用方式:1)、合理排序所加入的填料,如:偶聯(lián)處理過程中(zhōng),填(tián)料先進(jìn),升溫脫水後,再加入偶聯劑;2)、組分要分主次次序(xù)加入體係中,大批量(liàng)的填(tián)料可以分成多批次(cì)加入,便於混合均勻。偶聯劑處理,一般要分三次噴入方可分散均勻,偶聯(lián)效果好。
配 方 的 選 擇
配方可(kě)加工性(xìng)即改性塑料配方具有可加工性,是滿足成(chéng)型塑料改性後兼具製品成型的保重。對(duì)於配方可加工性的主要體現(xiàn):助劑(jì)耐熱性好(hǎo),不發生蒸發流失、分解失活;形成的配方對設備的磨(mó)損和(hé)腐蝕小,無毒性氣體釋放,均可以作為考核的標(biāo)準。
1、改性後塑(sù)料(liào)的流動性
塑料的流動性是影響塑料加工性能的主要(yào)方麵(miàn),也是(shì)選擇采用(yòng)何種塑料加工方式的(de)重要依據。一般而言,無機填料加入都會導致流動性能(néng)降低(dī),需要補(bǔ)加(jiā)流動改性型進行(háng)優化。常見(jiàn)的有機(jī)助(zhù)劑包(bāo)括:十溴二苯醚、四溴雙酚A。
2、耐熱性
耐熱性按照兩個方麵考量:1)、降低(dī)樹脂的加工溫度,加工溫度不(bú)超過助劑的分解溫度(dù),確保助劑的穩定存(cún)在,體(tǐ)現改性性能;2)、加入一定量的抗氧化劑助劑,防止熱分解發生,影響樹脂(zhī)的性能。一般而言,大部分有機染料分解溫度低,不(bú)適合高溫加工的工程塑料;香料的分解溫度都低(dī),一般在150℃以下,隻能用EVA等低加工溫度的樹脂為載體。
3、配方的環保性
配方的環保性包括:對(duì)人體(tǐ)、設備、環境以及使用者無(wú)害(hài)。人體衛生性--樹脂和(hé)所(suǒ)選助劑應該絕對無毒,或其含量控製在規定的範圍內。對環境汙染--所選組分(fèn)不能汙染環境。
4、成本價格和來源
塑料改性配方追求價格越低越好,實施過程(chéng)中對於助劑的使用按以下原則:
1)、優先使用低價格原料;
2)、優先(xiān)使用已(yǐ)有的原料:無需采購、來(lái)源穩定、性能清楚;
3)、優先使用(yòng)國內原料:價格波動受外匯、貿易政策等(děng)影響小;
4)、優(yōu)先(xiān)使(shǐ)用附近原料:減少(shǎo)庫存所需要的花費;
5)、優先(xiān)選用通用原料:來源(yuán)廣泛(fàn)、性能比(bǐ)較穩定。
資料來源:中塑在線
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