工程塑料改性配方十大要點(diǎn)
可以這么說凡是塑料，都可以通過改性的方法來提高塑料質(zhì)量。而塑料改性是降低成本，提高性能最有效的方法。而此時(shí)就少不了改性配方的存在。
配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于選材、搭配、用量、混合四大要素，表面看起來簡單，但其實(shí)包含了很多內(nèi)在聯(lián)系，要想設(shè)計(jì)出一個(gè)高性能、易加工、低價(jià)格的配方絕非易事。配方設(shè)計(jì)十大要點(diǎn)，一起來看！
樹脂的選擇
1品種
樹脂要選擇與改性目的性能最接近的品種，以節(jié)省加入助劑的使用量。如透明改性，樹脂首先要考慮選擇三大透明樹脂PS、PMMA、PC。
2牌號(hào)
同一種樹脂的牌號(hào)不同，其性能差別也很大，應(yīng)該選擇與改性目的性能最接近的牌號(hào)。如耐熱改性PP，可在熱變形溫度100~140℃的PP牌號(hào)范圍內(nèi)選擇，我們要選用本身耐熱120℃的PP牌號(hào)。
3流動(dòng)性
配方中各種塑化材料的粘度要接近，以保證加工流動(dòng)性。對(duì)于粘度相差懸殊的材料，要加過渡料，以減小粘度梯度。如PA66增韌、阻燃配方中常加入PA6作為過渡料，PA6增韌、阻燃配方中常加入HDPE作為過渡料。
不同加工方法要求流動(dòng)性不同。不同品種的塑料具有不同的流動(dòng)性。可分為：高流動(dòng)性塑料（PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA）等；低流動(dòng)性塑料（PC、MPPO、PPS）等；不流動(dòng)性塑料（聚四氟乙烯、UHMWPE、PPO）等。
同一品種塑料也具有不同的流動(dòng)性，主要原因?yàn)榉肿恿�、分子鏈分布的不同，所以同一種原料分為不同的牌號(hào)。不同的加工方法所需用的流動(dòng)性不同，所以牌號(hào)分為注塑級(jí)、擠出級(jí)、吹塑級(jí)、壓延級(jí)等。
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不同加工方法與熔體流動(dòng)指數(shù)的關(guān)系 |
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加工方法 |
熔體流動(dòng)指數(shù)（g/10min） |
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壓制、擠出、壓延 |
0.2~8 |
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流延、吹塑 |
0.3~15 |
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涂覆、滾塑 |
1~8 |
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注塑 |
1~60 |
4樹脂對(duì)助劑的選擇性
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(dǎo)致解聚。同時(shí)，助劑的酸堿性，應(yīng)與樹脂的酸堿性要一致，否則會(huì)起兩者的反應(yīng)。
助劑的選擇
1目的
即所加入助劑能充分發(fā)揮其預(yù)計(jì)功效，并達(dá)到規(guī)定指標(biāo)。（注：規(guī)定指標(biāo)一般為產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)，或客戶提出的性能要求。）助劑的具體選擇范圍如下：
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增韌——選彈性體、熱塑性彈性體和剛性增韌材料；
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增強(qiáng)——選玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機(jī)纖維；
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阻燃——溴類（普通溴系和環(huán)保溴系）、磷類、氮類、氮/磷復(fù)合類膨脹型阻燃劑、三氧化二銻、水合金屬氫氧化物；
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抗靜電——各類抗靜電劑；
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導(dǎo)電——碳類（炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管）、金屬纖維和金屬粉、金屬氧化物；
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磁性——鐵氧體磁粉、稀土磁粉包括釤鈷類（SmCo5或Sm2Co17）、釹鐵硼類(NdFeB)、釤鐵氮類(SmFeN)以及鋁鎳鈷類磁粉三大類；
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導(dǎo)熱——金屬纖維和金屬粉末、金屬氧化物、氮化物和碳化物；碳類材料如炭黑、碳纖維、石墨和碳納米管；半導(dǎo)體材料如硅、硼；
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耐熱——玻璃纖維、無機(jī)填料、耐熱劑如取代馬來酰亞胺類和β晶型成核劑；
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透明——成核劑，對(duì)PP而言α晶型成核劑的山梨醇系列Millad 3988效果最好；
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耐磨——石墨、二硫化鉬、銅粉等；
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絕緣——煅燒高嶺土；
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阻隔——云母、蒙脫土、石英等。
2助劑對(duì)樹脂具有選擇性
紅磷阻燃劑對(duì)PA、PBT、PET有效；氮系阻燃劑對(duì)含氧類有效，如PA、PBT、PET等；成核劑對(duì)共聚聚丙烯效果好；玻璃纖維耐熱改性對(duì)結(jié)晶性塑料效果好，對(duì)非晶型塑料效果差；炭黑填充導(dǎo)電塑料，在結(jié)晶性樹脂中效果好。
助劑的形態(tài)
同一種成分的助劑，其形態(tài)不同，對(duì)改性作用的發(fā)揮影響很大。
1形狀
纖維狀助劑的增強(qiáng)效果好。助劑的纖維化程度可用長徑比表示，L/D越大、增強(qiáng)效果越好，這就是為什么我們加玻璃纖維要從排氣孔加入。熔融狀態(tài)比粉末狀有利于保持長徑比，減小斷纖幾率。圓球狀助劑的增韌效果好、光亮度高。硫酸鋇為典型的圓球狀助劑，因此高光澤PP的填充選用硫酸鋇，小幅度剛性增韌也可用硫酸鋇。
2助劑的粒度
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目數(shù) |
μm |
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20 |
833 |
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80 |
175 |
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100 |
147 |
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150 |
104 |
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200 |
74 |
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325 |
43 |
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400 |
38 |
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625 |
20 |
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1250 |
10 |
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2500 |
5 |
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12500 |
1 |
注：目數(shù)為每平方英寸篩網(wǎng)上的篩孔數(shù)目。
1）助劑粒度對(duì)力學(xué)性能的影響
粒度越小，對(duì)填充材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越有益。如，就沖擊強(qiáng)度而言, 三氧化二銻的粒徑每減少1μm，沖擊強(qiáng)度就會(huì)增加1倍。
2）助劑粒度對(duì)阻燃性能的影響
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）助劑粒度對(duì)配色的影響
著色劑的粒度越小，著色力越高、遮蓋力越強(qiáng)、色澤越均勻。但著色劑的粒度不是越小越好，存在一個(gè)極限值，而且對(duì)不同性能的極限值不同。
4）助劑粒度對(duì)導(dǎo)電性能的影響
以炭黑為例，其粒度越小，越易形成網(wǎng)狀導(dǎo)電通路，達(dá)到同樣的導(dǎo)電效果加入炭黑的量降低。但同著色劑一樣，粒度也有一個(gè)極限值，粒度太小易于聚集而難于分散，效果反倒不好。
3表面處理
助劑與樹脂的相容性要好，這樣才能保證助劑與樹脂按預(yù)想的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分散，保證設(shè)計(jì)指標(biāo)的完成，保證在使用壽命內(nèi)其效果持久發(fā)揮，耐抽提、耐遷移、耐析出。大部分配方要求助劑與樹脂均勻分散，對(duì)阻隔性配方則希望助劑在樹脂中層狀分布。
除表面活性劑等少數(shù)助劑外，與樹脂良好的相容性是發(fā)揮其功效和提高添加量的關(guān)鍵。因此，必須設(shè)法提高或改善其相容性，如采用相容劑或偶聯(lián)劑進(jìn)行表面活化處理等。
所有無機(jī)類添加劑的表面經(jīng)過處理后，改性效果都會(huì)提高。尤其以填料最為明顯，其它還有玻璃纖維、無機(jī)阻燃劑等。
表面處理以偶聯(lián)劑和相容劑為主，偶聯(lián)劑具體如硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類，相容劑為樹脂對(duì)應(yīng)的馬來酸酐接枝聚合物。
助劑的加入量
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有的助劑加入量越多越好：如阻燃劑、增韌劑、磁粉、阻隔劑等。
-
有的助劑加入量有最佳值：如導(dǎo)電助劑，形成到電通路后即可，再加入無效果；偶聯(lián)劑，表面包覆即可，再加無用；抗靜電劑，在制品表面形成泄電荷層即可。
助劑與其它組分關(guān)系
在一個(gè)具體配方中，為達(dá)到不同的目的，可能加入很多種類的助劑，這些助劑之間的相互關(guān)系很復(fù)雜。
1協(xié)同作用
協(xié)同作用是指塑料配方中兩種或兩種以上的添加劑一起加入時(shí)的效果高于其單獨(dú)加入的平均值。
2對(duì)抗作用
對(duì)抗作用是指塑料配方中兩種或兩種以上的添加劑一起加入時(shí)的效果低于其單獨(dú)加入的平均值。在防老化塑料配方中，對(duì)抗作用的例子很多，如：HALS類光穩(wěn)定劑不與硫醚類輔抗氧劑并用，原因是硫醚類滋生的酸性成分抑制了HALS的光穩(wěn)定作用。
混合均勻
1有些組分要分次加入
對(duì)于填料加入量太大的配方，填料最好分兩次加入。第一次在加料斗，第二次在中間側(cè)加料口。（注：對(duì)于填料的偶聯(lián)劑處理，一般要分三次噴入方可分散均勻，偶聯(lián)效果好。）
2合理排布加料順序
在PVC或填充母料的配方中，各種料的加料順序很主要。填充母料配方中，要先加填料，混合升溫后可除去其中的水份，有利于后續(xù)的偶聯(lián)處理。在PVC配方中，外潤滑劑要后加，以免影響其它物料的均勻混合。
混合均勻
所設(shè)計(jì)的配方應(yīng)該不劣化或最小限定地影響樹脂的基本物理機(jī)械性能，最起碼要保留原有的性能，最好能順便提高原樹脂的某些性能。如高填充配方對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能影響很大，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都大幅度下降，加工流動(dòng)性變差。如果制品對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有具體要求，在配方中要做具體補(bǔ)償，如加入彈性體材料彌補(bǔ)沖擊性能，加入潤滑劑改善加工性能。
配方應(yīng)具可加工性
配方要保證適當(dāng)?shù)目杉庸ば阅�，以保證制品的成型，并對(duì)加工設(shè)備和使用環(huán)境無不良影響。復(fù)合材料中助劑的耐熱性要好，在加工溫度下不發(fā)生蒸發(fā)、分解（交聯(lián)劑、引發(fā)劑和發(fā)泡劑除外）；助劑的加入對(duì)樹脂的原加工性能影響要小；所加入助劑對(duì)設(shè)備的磨損和腐蝕應(yīng)盡可能小，加工時(shí)不放出有毒氣體，損害加工人員的健康。
1流動(dòng)性
大部分無機(jī)填料都影響加工性，如加入量大，需要相應(yīng)加入加工改性劑以補(bǔ)償損失的流動(dòng)性，如加入潤滑劑等。有機(jī)助劑一般都促進(jìn)加工性，如十溴二苯醚、四溴雙酚A阻燃劑都可促進(jìn)加工流動(dòng)性，尤其四溴雙酚A的效果更明顯。一般的改性配方都需加入適量的潤滑劑。
2耐熱性
保證助劑在加工過程中不要分解，除發(fā)泡劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑因功能要求必須要分解外。還要注意以下幾點(diǎn)：氫氧化鋁因分解溫度低，不適合于PP中使用，只能用于PE中；四溴雙酚A因分解溫度低，不適合于ABS的阻燃；大部分有機(jī)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；改性塑料配方因加工過程中剪切作用強(qiáng)烈，都需要加入抗氧劑，以防止熱分解發(fā)生，而導(dǎo)致原料變黃。
配方的環(huán)保性
具體要求為配方中的各類助劑對(duì)操縱者無害、對(duì)設(shè)備無害、對(duì)使用者無害、對(duì)接觸環(huán)境無害。
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人體衛(wèi)生性——樹脂和所選助劑應(yīng)該絕對(duì)無毒，或其含量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
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對(duì)環(huán)境污染——所選組分不能污染環(huán)境。
助劑的價(jià)格和來源
在滿足配方的上述要求基礎(chǔ)上，配方的價(jià)格當(dāng)然越低越好。具體應(yīng)遵循以下原則：
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盡可能選擇低價(jià)格原料——降低產(chǎn)品成本；
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盡可能選庫存原料——不用購買；
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盡可能選當(dāng)?shù)禺a(chǎn)原料——運(yùn)輸費(fèi)低，可減少庫存量，節(jié)省流動(dòng)資金；
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盡可能選國產(chǎn)原料——進(jìn)口原料受外匯、貿(mào)易政策、運(yùn)輸時(shí)間等因素影響大；
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盡可能選通用原料——新原料經(jīng)銷單位少，不易買到，而且性能不穩(wěn)定。
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