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塑料改性配方中的四個關鍵點

塑料改性是通過添加助劑、填料等改變塑料性能,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。塑料改性中配方主要包括:選材、復配、用量以及混合方式,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、低成本的配方絕非易事。

樹脂的選擇

1、樹脂的品種與牌號

所選擇的目標樹脂與需要改性的目標性能具有最接近的性能:首先是在樹脂的品種上進行主題篩選,如:改善樹脂的韌性,優選ABS、SBS等樹脂;透明改性,樹脂首先要考慮選擇三大透明樹脂PS、PMMA、PC。

確定目標樹脂后,選擇樹脂的牌號。具體的牌號樹脂具有更具體的性能指標,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,確保后期采購樹脂更方便。

2、樹脂的復合性

所選擇的目標樹脂與主體樹脂的復合性,即所選擇的目標樹脂與主體樹脂具備相容性,能夠形成一體,不出現相分離。目標樹脂能夠發揮出改性的性能目標。

3、樹脂的黏度以及復合樹脂的流動性

配方中,所選擇的目標樹脂的黏度與主體樹脂在黏度上要接近。選擇的目標樹脂黏度過大,會導致復合樹脂黏度大,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,阻燃配方重加入HDPE作為改性劑。

黏度的變化會影響其流動性變化,從而最終影響加工方式的變化,如:注塑級、擠出級、吹塑級、壓延級等。而同一樹脂影響其流動性的主要原因在于分子量大小、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:PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA等;低流動性樹脂:PC、MPPO、PPS等;不流動樹脂:聚四氟乙烯、UHMWPE、PPO等。

不同加工方法與熔體流動指數的關系

加工方法

熔體流動指數(g/10min)

壓制、擠出、壓延

0.2~8

流延、吹塑

0.3~15

涂覆、滾塑

1~8

注塑

1~60

助劑的選擇

1、目的性選擇助劑

不同類型的助劑具有不同的目標性能,所加入體系中的助劑能夠充分其預計功能,并達到目標規定指標。其中,規定指標一般為國家標準、國際標準,或客戶提出的性能要求。常見的目標樹脂改性的性能如下:

1)阻燃性:無機磷、有機鹵化物、有機磷化物、有機硅及氮化物等;

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、鈣等金屬晶須等

3)增韌:高抗沖擊樹脂,如:CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油樹脂(MPR)等;高抗沖擊橡膠,如:乙丙橡膠(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、二氧化硅等;

5)可降解性:淀粉填充、降解添加劑等;

2、助劑的形態對復合性能影響

同樣的助劑,其形態分布也有不同,相對于改性作用的影響也不一樣。對于粉末性助劑,關鍵的影響因素是其的粒度。

1)粒度越小,對填充材料的拉伸強度和沖擊強度越有益,如,就沖擊強度而言, 三氧化二銻的粒徑每減少1μm,沖擊強度就會增加1倍;

2)阻燃劑的粒度越小,阻燃效果就越好,如,ABS中加入4%粒度為45μm的三氧化二銻與加入1%粒度為0.03μm的三氧化二銻阻燃效果相同;

3)著色劑的粒度越小,著色力越高、遮蓋力越強、色澤越均勻。但,著色劑的粒度不是越小越好,存在一個極限值,而且對不同性能的極限值不同;

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,粒度也有一個極限值,粒度太小易于聚集而難于分散,效果反倒不好。

目數

μm

20

833

80

175

100

147

150

104

200

74

325

43

400

38

625

20

1250

10

2500

5

12500

1

注:目數為每平方英寸篩網上的篩孔數目。

對于纖維性助劑,助劑的纖維程度越高,增強效果越好。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于保持長徑比,減小斷纖幾率,因而也是較好的加入方式。

3、助劑與樹脂的相容性

樹脂和助劑之間良好的相容性是保證助劑性能良好發揮的重要基礎,保證其在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助劑在樹脂中層狀分布。提高樹脂相容性的主要方法:

1)相容性助劑的加入,如:表面活性劑,添加量以發揮其最佳功效為佳。

2)表面處理:以相容劑或偶聯劑為表面處理劑,提高樹脂與助劑的相容性。常見偶聯劑包括:硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類;相容劑包括:樹脂對應的馬來酸酐接枝聚合物。需經表面處理的助劑包括:無機類添加劑和纖維類助劑。

4、助劑加入的量

合適的助劑添加量既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。對于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,性能角度雖然添加量越多越好,但是,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,表面形成泄電荷層即可;3)、偶聯劑,形成表面包覆即可。

5、樹脂與助劑的關系

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不能用三氧化銻,這些都可導致解聚;同時,助劑的酸堿性,應與樹脂的酸堿性要一致,否則會起兩者的反應。

6、助劑與其他組分的關系

一個配方中,為了同時兼顧多個目的,需要加入多種不同的助劑。助劑的相互作用就非常復雜,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,使總體效果高于單個助劑的平均值;

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于其單獨加入的平均值,如:防老塑料配方中,硫醚類輔抗氧劑與HALS類光穩定劑不同時使用,因為硫醚類滋生的酸性成分抑制了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,也是要求助劑在樹脂的形成均勻分布。助劑分布不均勻不僅不能提高原有樹脂的性能,還可能因為填料分布不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,分散不均勻,不僅力學性能大幅度降低,加工性能也會受影響。提高助劑的均勻混合常用方式:

1)合理排序所加入的填料,如:偶聯處理過程中,填料先進,升溫脫水后,再加入偶聯劑;

2)組分要分主次次序加入體系中,大批量的填料可以分成多批次加入,便于混合均勻。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,是滿足成型塑料改性后兼具制品成型的保重。對于配方可加工性的主要體現:助劑耐熱性好,不發生蒸發流失、分解失活;形成的配方對設備的磨損和腐蝕小,無毒性氣體釋放,均可以作為考核的標準。

1、改性后塑料的流動性

塑料的流動性是影響塑料加工性能的主要方面,也是選擇采用何種塑料加工方式的重要依據。一般而言,無機填料加入都會導致流動性能降低,需要補加流動改性型進行優化。常見的有機助劑包括:十溴二苯醚、四溴雙酚A。

2、耐熱性

耐熱性按照兩個方面考量:

  • 降低樹脂的加工溫度,加工溫度不超過助劑的分解溫度,確保助劑的穩定存在,體現改性性能;

  • 加入一定量的抗氧化劑助劑,防止熱分解發生,影響樹脂的性能。一般而言,大部分有機染料分解溫度低,不適合高溫加工的工程塑料;香料的分解溫度都低,一般在150℃以下,只能用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:對人體、設備、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,或其含量控制在規定的范圍內。對環境污染--所選組分不能污染環境。

4、成本價格和來源

塑料改性配方追求價格越低越好,實施過程中對于助劑的使用按以下原則:

  • 優先使用低價格原料;

  • 優先使用已有的原料:無需采購、來源穩定、性能清楚;

  • 優先使用國內原料:價格波動受外匯、貿易政策等影響小;

  • 優先使用附近原料:減少庫存所需要的花費;

  • 優先選用通用原料:來源廣泛、性能比較穩定。


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