塑料改性是通過添加助劑、填料等改變塑料性(xìng)能,提高質量的方法。同時,塑料改性也是降低塑料成本的最有效方法。塑料改性中配方(fāng)主要主要包(bāo)括:選材、複(fù)配、用量以及混合方式。雖然塑料改性的過程操作,但(dàn)是其中背後蘊(yùn)含的機理值得我們研究探討。四個要素相互作用、既可以是相互輔助,也可以是相互抵消,因此,設計一個高性能、易加工、低(dī)成本的配方絕非易事(shì)。
樹 脂 的 選 擇(zé)
1、樹脂的品種與牌號
所選擇的目標樹脂與需要改性的目(mù)標性能具有最接近的性能:首先是(shì)在樹脂的品種上進行主題篩選,如:改(gǎi)善樹脂的韌性,優選ABS、SBS等樹脂;透明改(gǎi)性,樹脂首先要考慮選擇(zé)三大(dà)透明樹脂PS、PMMA、PC。
確定目標(biāo)樹脂後,選擇樹脂的牌號。具體的牌號樹脂具有更(gèng)具體(tǐ)的性能指標,會讓目標選擇具有更確定性。選擇樹脂:優選大品牌,通用樹脂,確保後期采購樹脂更(gèng)方便。
2、樹脂的複合性
所選(xuǎn)擇的目標樹脂與主(zhǔ)體樹脂的複合(hé)性,即所選擇的目標樹脂與(yǔ)主(zhǔ)體樹(shù)脂具備相容性,能夠(gòu)形成一體,不出現(xiàn)相(xiàng)分離。目標樹脂能夠發揮出改性的性能目標。
3、樹脂的黏度以及複合樹脂的流動性
配方(fāng)中,所選擇的目標樹脂的黏度與主體樹脂在黏(nián)度上要接近。選擇的目標樹脂黏度過(guò)大,會導致複合樹(shù)脂黏度大(dà),需要添加改性劑,以減少黏度梯(tī)度。如:PA66增韌改性,阻燃配方中添加PA6為改性劑;PA6增韌改(gǎi)性,阻燃配方(fāng)重加入HDPE作為改性劑。
黏度的變化會影響其流(liú)動性變化,從而(ér)最終影響加工方式的(de)變化,如(rú):注塑(sù)級、擠出級、吹塑級、壓延級等。而(ér)同一樹脂影響(xiǎng)其流動性的主要原因在於分(fèn)子量大小、分子鏈的排布如:線型分子、體型分子等。其中,高流動性樹脂包括(kuò):PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA等;低流動性樹脂:PC、MPPO、PPS等;不流動樹脂:聚四氟(fú)乙烯、UHMWPE、PPO等(děng)。
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助 劑 的 選 擇
1、目的性選擇助劑
不同類(lèi)型的助劑具有不同的目標性(xìng)能,所加入體係中(zhōng)的助劑能夠充分其預計(jì)功能,並達(dá)到目(mù)標規定指標。其中,規定指標一般(bān)為國家標準、國際標準,或客戶提出的性能要求。常見的目(mù)標樹脂改性的性(xìng)能如(rú)下:
1) 阻燃性:
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(qiáng):
纖維和晶須兩大類:玻璃纖維、石棉纖(xiān)維、碳纖維、晶須、石英纖維、石墨纖維及陶瓷纖維等;PAN纖維、聚乙烯纖維、PA纖維、PC纖維、PVC纖維及聚酯纖維等;硼纖維及鋁、鈦、鈣等金屬晶(jīng)須等
3) 增韌:
高抗衝擊樹脂,如(rú):CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油樹脂(MPR)等;
高抗衝擊橡膠(jiāo),如:乙丙橡(xiàng)膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈(jīng)膠(NBR)、丁苯膠、天然膠、順丁膠、氯丁膠、聚異丁(dīng)烯及丁二烯膠等。
4) 耐磨性:
石墨(mò)、MoS2、二氧化矽等;
5) 可降解性:
澱粉填充、降解(jiě)添加劑等;
2、助劑的形態(tài)對(duì)複合(hé)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(yòng)的(de)影響也不一樣。對於粉末性助劑,關鍵(jiàn)的影響(xiǎng)因(yīn)素是其(qí)的粒(lì)度。1)、粒度越小,對填充材料的拉(lā)伸強度和衝擊強度越有益,如,就(jiù)衝擊強度而言, 三氧化二銻的(de)粒徑每減少1μm,衝擊強度就會增(zēng)加1倍;2)、阻燃劑的粒度越小,阻燃效果就越好,如,ABS中加入(rù)4%粒度為45μm的三氧化二銻與(yǔ)加入1%粒度為(wéi)0.03μm的三氧化二銻阻燃(rán)效果相同;3)、著色劑(jì)的粒度(dù)越小,著色力越高、遮蓋力(lì)越強、色澤越均勻。但,著(zhe)色劑的粒度不是越小越好,存在一個極限值(zhí),而且對不同性能的極限值不同(tóng);4)、以炭黑為例,其粒度越小,越易形成網狀導電通路,達到同樣的導電效果加入炭黑的量降低。但同著色劑一樣,粒度也有一個極(jí)限值,粒度(dù)太小(xiǎo)易於聚集而難於分散,效果反倒不好。
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注:目數(shù)為每平(píng)方英寸(cùn)篩網上的篩孔數目。
對於纖維性助劑,助劑的纖維(wéi)程度(dù)越高,增強效(xiào)果(guǒ)越好。其中,助劑的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(jiā)入方式。
3、助劑與樹脂(zhī)的(de)相容性(xìng)
樹脂和助(zhù)劑之(zhī)間良好(hǎo)的相容性是保證助(zhù)劑性能良好發(fā)揮的重要基礎,保證其在(zài)使用期間良好的耐久性、耐抽提、耐遷移以及耐析出。良好的相容性是基本要求,即使是阻隔性配方也要求(qiú)助劑在樹脂(zhī)中層狀分布(bù)。提高樹脂相容性的主要方法(fǎ):1)、相容性助劑的加入,如:表麵活(huó)性劑,添加量以發揮其最佳功效為佳(jiā)。
2)、表麵處(chù)理:以相(xiàng)容劑或偶聯劑為表麵處理劑,提高樹脂與助劑的相(xiàng)容性。常見偶聯劑包括:矽(guī)烷類(lèi)、鈦(tài)酸酯類和鋁酸酯類;相容劑包括:樹脂對應的馬來酸酐接枝聚合物。需經表麵處理的助劑包括:無機類添加劑和纖維(wéi)類助劑。
4、助劑加入的(de)量
合適的助劑添加量既(jì)是提高目標樹脂至合適性能,也是立足與經濟基礎的成本低。對於不同的助劑添(tiān)加量要(yào)求不同:1)、阻燃劑、增韌(rèn)劑、磁粉、阻隔劑等,性能角度雖然添(tiān)加量(liàng)越多越(yuè)好,但是(shì),也要核定成本;2)、導電助劑,一般形成電路通路即可;3)、抗靜電劑,表麵形成(chéng)泄電荷層即可;3)、偶聯劑,形成表(biǎo)麵包覆即可(kě)。
5、樹脂與助劑的關係
助劑(jì)的加入不能導(dǎo)致樹脂的本身(shēn)性能變質,如:PPS不能加入含鉛和含銅(tóng)助劑,PC不能用三氧化銻,這些都可(kě)導致解聚;同時,助劑(jì)的酸堿性,應與樹脂(zhī)的酸堿性要一致,否則會起兩者的反應。
6、助劑與其(qí)他組分的關係
一個配方中,為了同時兼顧多個目的,需(xū)要加入多種不同的助劑。助劑的相互作用就非(fēi)常(cháng)複雜,主要概況:1)、相互獨立沒有影響;2)、協同作用:配方重的多個助劑互相促進,使總體效果高於單個助劑的平均值;3)、相互消除:兩種或兩種以上的添加劑一起加入時的效果低於其單獨加入的平均值,如:防老塑(sù)料配(pèi)方中,硫醚類輔抗氧劑(jì)與HALS類(lèi)光(guāng)穩定劑不同時使用,因為硫醚類滋生的酸性成分抑製了(le)HALS的光穩定作用。
混 合 均 勻
混合均勻是塑(sù)料配方改性的基本要求,也是要求助劑在樹脂的形成均勻分布。助劑分布不(bú)均勻不僅不能提高原有(yǒu)樹脂的性(xìng)能,還可能因為填料分布不均勻出現性能比純樹(shù)脂的性能更差。如:使用填料對材料的力學性能和加(jiā)工(gōng)性能,分散不均勻,不僅力(lì)學性能大幅度降低,加工性能也會受影響。提高助劑(jì)的均勻混合常用方式:1)、合(hé)理排序所加入的填料,如:偶聯處理過程中,填料先進,升溫脫水後,再加入偶聯劑;2)、組分要分主次(cì)次序加入體係中,大批量的填料可以分成(chéng)多批(pī)次(cì)加入,便於混合均勻。偶(ǒu)聯劑處理,一般(bān)要分三次噴入方可分散均勻,偶聯效果好。
配 方 的 選 擇
配方可加工性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。對於配方可加工性的主要體現:助劑耐熱性好,不(bú)發生蒸發流失(shī)、分解失活;形成的配方對設備的磨損和腐蝕小,無毒性氣(qì)體釋放,均可以作為考核的標準(zhǔn)。
1、改性後塑料的流(liú)動性(xìng)
塑料的流動性(xìng)是影響塑(sù)料加工性能的主要方麵,也是(shì)選擇采用何種塑料加工方(fāng)式的重要(yào)依據。一般而言,無機填料加入都(dōu)會導致流動性能降低,需要補加流動改性型進(jìn)行優化(huà)。常(cháng)見的有機助劑包括:十(shí)溴二苯醚、四溴雙(shuāng)酚A。
2、耐熱性
耐熱性(xìng)按照兩個方麵考量:1)、降低樹脂的加工溫度,加工溫(wēn)度不超(chāo)過助劑的分解溫度,確保助劑的穩定(dìng)存在,體現改性性(xìng)能;2)、加入一定(dìng)量的抗氧化劑助劑,防(fáng)止熱分解發生(shēng),影響樹(shù)脂(zhī)的性能。一般而言,大部分有機(jī)染料分(fèn)解溫度(dù)低,不適合高溫加工的工程塑料;香料的(de)分解溫度都低,一般(bān)在(zài)150℃以下(xià),隻能用EVA等低加工(gōng)溫度的樹脂為(wéi)載體。
3、配方的環保性
配方的環保性包括:對人體、設(shè)備、環境以及使用者無害。人體衛生性--樹脂和所選助劑應該絕對無毒,或其含(hán)量(liàng)控製在規(guī)定的(de)範圍(wéi)內。對環(huán)境汙染--所選組分不能汙染環境。
4、成本價格和來源
塑(sù)料改性配方追求價格越低越好,實施過程中對於助劑(jì)的(de)使用按以下原則:
1)、優先使用低價格原料;
2)、優先使用已有的原料:無需采購、來(lái)源穩定、性能清楚;
3)、優先(xiān)使用國內(nèi)原料:價格波動受外匯、貿(mào)易(yì)政策等影響小;
4)、優先使用附近原料:減少庫存所需要的花費;
5)、優先選用通用原料:來源廣泛、性能比較穩定(dìng)。
資料來源:中塑在線
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