塑料改性配方四个关键要点

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所属分类:塑料文章

塑料改性是通过添加助剂、填料等改变塑料性能,提高质量的方法。同时,塑料改性也是降低塑料成本的最有效方法。塑料改性中配方主要主要包括:选材、复配、用量以及混合方式。塑料改性的过程操作不简单,其中背后蕴含的机理值得我们研究探讨。四个要素相互作用、既可以是相互辅助,也可以是相互抵消,因此,设计一个高性能、易加工、低成本的配方绝非易事。

塑料改性配方四个关键要点

一、树 脂 的 选 择

1、树脂的品种与牌号

所选择的目标树脂与需要改性的目标性能具有最接近的性能:首先是在树脂的品种上进行主题筛选,如:改善树脂的韧性,优选ABS、SBS等树脂;透明改性,树脂首先要考虑选择三大透明树脂PS、PMMA、PC。

确定目标树脂后,选择树脂的牌号。具体的牌号树脂具有更具体的性能指标,会让目标选择具有更确定性。选择树脂:优选大品牌,通用树脂,确保后期采购树脂更方便。

2、树脂的复合性

所选择的目标树脂与主体树脂的复合性,即所选择的目标树脂与主体树脂具备相容性,能够形成一体,不出现相分离。目标树脂能够发挥出改性的性能目标。

3、树脂的黏度以及复合树脂的流动性

配方中,所选择的目标树脂的黏度与主体树脂在黏度上要接近。选择的目标树脂黏度过大,会导致复合树脂黏度大,需要添加改性剂,以减少黏度梯度。如:PA66增韧改性,阻燃配方中添加PA6为改性剂;PA6增韧改性,阻燃配方重加入HDPE作为改性剂。

黏度的变化会影响其流动性变化,从而最终影响加工方式的变化,如:注塑级、挤出级、吹塑级、压延级等。而同一树脂影响其流动性的主要原因在于分子量大小、分子链的排布如:线型分子、体型分子等。其中,高流动性树脂包括:PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA等;低流动性树脂:PC、MPPO、PPS等;不流动树脂:聚四氟乙烯、UHMWPE、PPO等。

不同加工方法与熔体流动指数的关系
加工方法熔体流动指数(g/10min)
压制、挤出、压延0.2~8
流延、吹塑0.3~15
涂覆、滚塑1~8
注塑1~60

二、助 剂 的 选 择

1、目的性选择助剂

不同类型的助剂具有不同的目标性能,所加入体系中的助剂能够充分其预计功能,并达到目标规定指标。其中,规定指标一般为国家标准、国际标准,或客户提出的性能要求。常见的目标树脂改性的性能如下:

1)、阻燃性:无机磷、有机卤化物、有机磷化物、有机硅及氮化物等;

2)、增强:纤维和晶须两大类:玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、晶须、石英纤维、石墨纤维及陶瓷纤维等;PAN纤维、聚乙烯纤维、PA纤维、PC纤维、PVC纤维及聚酯纤维等;硼纤维及铝、钛、钙等金属晶须等

3)、增韧:高抗冲击树脂,如:CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油树脂(MPR)等;高抗冲击橡胶,如:乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈胶(NBR)、丁苯胶、天然胶、顺丁胶、氯丁胶、聚异丁烯及丁二烯胶等。

4)、耐磨性:石墨、MoS2、二氧化硅等;

5)、可降解性:淀粉填充、降解添加剂等;

2、助剂的形态对复合性能影响

同样的助剂,其形态分布也有不同,相对于改性作用的影响也不一样。对于粉末性助剂,关键的影响因素是其的粒度。1)、粒度越小,对填充材料的拉伸强度和冲击强度越有益,如,就冲击强度而言, 三氧化二锑的粒径每减少1μm,冲击强度就会增加1倍;2)、阻燃剂的粒度越小,阻燃效果就越好,如,ABS中加入4%粒度为45μm的三氧化二锑与加入1%粒度为0.03μm的三氧化二锑阻燃效果相同;3)、着色剂的粒度越小,着色力越高、遮盖力越强、色泽越均匀。但,着色剂的粒度不是越小越好,存在一个极限值,而且对不同性能的极限值不同;4)、以炭黑为例,其粒度越小,越易形成网状导电通路,达到同样的导电效果加入炭黑的量降低。但同着色剂一样,粒度也有一个极限值,粒度太小易于聚集而难于分散,效果反倒不好。

目数μm
20833
80175
100147
150104
20074
32543
40038
62520
125010
25005
125001

注:目数为每平方英寸筛网上的筛孔数目。

对于纤维性助剂,助剂的纤维程度越高,增强效果越好。其中,助剂的纤维化程度可用长径比(L/D)表示。熔融状态比粉末状有利于保持长径比,减小断纤几率,因而也是较好的加入方式。

3、助剂与树脂的相容性

树脂和助剂之间良好的相容性是保证助剂性能良好发挥的重要基础,保证其在使用期间良好的耐久性、耐抽提、耐迁移以及耐析出。良好的相容性是基本要求,即使是阻隔性配方也要求助剂在树脂中层状分布。提高树脂相容性的主要方法:1)、相容性助剂的加入,如:表面活性剂,添加量以发挥其最佳功效为佳。

2)、表面处理:以相容剂或偶联剂为表面处理剂,提高树脂与助剂的相容性。常见偶联剂包括:硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类;相容剂包括:树脂对应的马来酸酐接枝聚合物。需经表面处理的助剂包括:无机类添加剂和纤维类助剂。

4、助剂加入的量

合适的助剂添加量既是提高目标树脂至合适性能,也是立足与经济基础的成本低。对于不同的助剂添加量要求不同:1)、阻燃剂、增韧剂、磁粉、阻隔剂等,性能角度虽然添加量越多越好,但是,也要核定成本;2)、导电助剂,一般形成电路通路即可;3)、抗静电剂,表面形成泄电荷层即可;3)、偶联剂,形成表面包覆即可。

5、树脂与助剂的关系

助剂的加入不能导致树脂的本身性能变质,如:PPS不能加入含铅和含铜助剂,PC不能用三氧化锑,这些都可导致解聚;同时,助剂的酸碱性,应与树脂的酸碱性要一致,否则会起两者的反应。

6、助剂与其他组分的关系

一个配方中,为了同时兼顾多个目的,需要加入多种不同的助剂。助剂的相互作用就非常复杂,主要概况:1)、相互独立没有影响;2)、协同作用:配方重的多个助剂互相促进,使总体效果高于单个助剂的平均值;3)、相互消除:两种或两种以上的添加剂一起加入时的效果低于其单独加入的平均值,如:防老塑料配方中,硫醚类辅抗氧剂与HALS类光稳定剂不同时使用,因为硫醚类滋生的酸性成分抑制了HALS的光稳定作用。

三、混 合 均 匀

混合均匀是塑料配方改性的基本要求,也是要求助剂在树脂的形成均匀分布。助剂分布不均匀不仅不能提高原有树脂的性能,还可能因为填料分布不均匀出现性能比纯树脂的性能更差。如:使用填料对材料的力学性能和加工性能,分散不均匀,不仅力学性能大幅度降低,加工性能也会受影响。提高助剂的均匀混合常用方式:1)、合理排序所加入的填料,如:偶联处理过程中,填料先进,升温脱水后,再加入偶联剂;2)、组分要分主次次序加入体系中,大批量的填料可以分成多批次加入,便于混合均匀。偶联剂处理,一般要分三次喷入方可分散均匀,偶联效果好。

四、配 方 的 选 择  

配方可加工性即改性塑料配方具有可加工性,是满足成型塑料改性后兼具制品成型的保重。对于配方可加工性的主要体现:助剂耐热性好,不发生蒸发流失、分解失活;形成的配方对设备的磨损和腐蚀小,无毒性气体释放,均可以作为考核的标准。

1)、改性后塑料的流动性

塑料的流动性是影响塑料加工性能的主要方面,也是选择采用何种塑料加工方式的重要依据。一般而言,无机填料加入都会导致流动性能降低,需要补加流动改性型进行优化。常见的有机助剂包括:十溴二苯醚、四溴双酚A。

2)、耐热性

耐热性按照两个方面考量:1)、降低树脂的加工温度,加工温度不超过助剂的分解温度,确保助剂的稳定存在,体现改性性能;2)、加入一定量的抗氧化剂助剂,防止热分解发生,影响树脂的性能。一般而言,大部分有机染料分解温度低,不适合高温加工的工程塑料;香料的分解温度都低,一般在150℃以下,只能用EVA等低加工温度的树脂为载体。

3)、配方的环保性

配方的环保性包括:对人体、设备、环境以及使用者无害。人体卫生性--树脂和所选助剂应该绝对无毒,或其含量控制在规定的范围内。对环境污染--所选组分不能污染环境。

4)、成本价格和来源

塑料改性配方追求价格越低越好,实施过程中对于助剂的使用按以下原则:1)、优先使用低价格原料;2)、优先使用已有的原料:无需采购、来源稳定、性能清楚;3)、优先使用国内原料:价格波动受外汇、贸易政策等影响小;4)、优先使用附近原料:减少库存所需要的花费;5)、优先选用通用原料:来源广泛、性能比较稳定。

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