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不可忽視!塑料改性尼龍配方中的四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)!
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發(fā)表時(shí)間:2022-12-30 14:16:09
塑料改性是通過(guò)添加助劑、填料等改變塑料性能,提高質(zhì)量的方法。同時(shí),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:選材、復(fù)配、用量以及混合方式。雖然塑料改性的過(guò)程操作,但是其中背后蘊(yùn)含的機(jī)理值得我們研究探討。四個(gè)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(shè)計(jì)一個(gè)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(hào)
所選擇的目標(biāo)樹脂與需要改性的目標(biāo)性能具有最接近的性能:首先是在樹脂的品種上進(jìn)行主題篩選,如:改善樹脂的韌性,優(yōu)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(biāo)樹脂后,選擇樹脂的牌號(hào)。具體的牌號(hào)樹脂具有更具體的性能指標(biāo),會(huì)讓目標(biāo)選擇具有更確定性。選擇樹脂:優(yōu)選大品牌,通用樹脂,確保后期采購(gòu)樹脂更方便。
2、樹脂的復(fù)合性
所選擇的目標(biāo)樹脂與主體樹脂的復(fù)合性,即所選擇的目標(biāo)樹脂與主體樹脂具備相容性,能夠形成一體,不出現(xiàn)相分離。目標(biāo)樹脂能夠發(fā)揮出改性的性能目標(biāo)。
3、樹脂的黏度以及復(fù)合樹脂的流動(dòng)性
配方中,所選擇的目標(biāo)樹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(guò)大,會(huì)導(dǎo)致復(fù)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(huì)影響其流動(dòng)性變化,從而最終影響加工方式的變化,如:注塑級(jí)、擠出級(jí)、吹塑級(jí)、壓延級(jí)等。而同一樹脂影響其流動(dòng)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(dòng)性樹脂包括:PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA等;低流動(dòng)性樹脂:PC、MPPO、PPS等;不流動(dòng)樹脂:聚四氟乙烯、UHMWPE、PPO等。
不同加工方法與熔體流動(dòng)指數(shù)的關(guān)系 | |
加工方法 | 熔體流動(dòng)指數(shù)(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(biāo)性能,所加入體系中的助劑能夠充分其預(yù)計(jì)功能,并達(dá)到目標(biāo)規(guī)定指標(biāo)。其中,規(guī)定指標(biāo)一般為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),或客戶提出的性能要求。常見的目標(biāo)樹脂改性的性能如下:
1)阻燃 性:
無(wú)機(jī)磷、有機(jī)鹵化物、有機(jī)磷化物、有機(jī)硅及氮化物等;
2)增強(qiáng):
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(tài)對(duì)復(fù)合性能影響
同樣的助劑,其形態(tài)分布也有不同,相對(duì)于改性作用的影響也不一樣。對(duì)于粉末性助劑,關(guān)鍵的影響因素是其的粒度。1)、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)、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(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)、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、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(fā)揮的重要基礎(chǔ),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(fā)揮其最佳功效為佳。
2)、表面處理:以相容劑或偶聯(lián)劑為表面處理劑,提高樹脂與助劑的相容性。常見偶聯(lián)劑包括:硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類;相容劑包括:樹脂對(duì)應(yīng)的馬來(lái)酸酐接枝聚合物。需經(jīng)表面處理的助劑包括:無(wú)機(jī)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(biāo)樹脂至合適性能,也是立足與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的成本低。對(duì)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(dǎo)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(lián)劑,形成表面包覆即可。
5、樹脂與助劑的關(guān)系
助劑的加入不能導(dǎo)致樹脂的本身性能變質(zhì),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)。
6、助劑與其他組分的關(guān)系
一個(gè)配方中,為了同時(shí)兼顧多個(gè)目的,需要加入多種不同的助劑。助劑的相互作用就非常復(fù)雜,主要概況:1)、相互獨(dú)立沒有影響;2)、協(xié)同作用:配方重的多個(gè)助劑互相促進(jìn),使總體效果高于單個(gè)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(shí)的效果低于其單獨(dú)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(wěn)定劑不同時(shí)使用,因?yàn)榱蛎杨愖躺乃嵝猿煞忠种屏薍ALS的光穩(wěn)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?yàn)樘盍戏植疾痪鶆虺霈F(xiàn)性能比純樹脂的性能更差。如:使用填料對(duì)材料的力學(xué)性能和加工性能,分散不均勻,不僅力學(xué)性能大幅度降低,加工性能也會(huì)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(lián)處理過(guò)程中,填料先進(jìn),升溫脫水后,再加入偶聯(lián)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(lián)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(duì)于配方可加工性的主要體現(xiàn):助劑耐熱性好,不發(fā)生蒸發(fā)流失、分解失活;形成的配方對(duì)設(shè)備的磨損和腐蝕小,無(wú)毒性氣體釋放,均可以作為考核的標(biāo)準(zhǔn)。
1、改性后塑料的流動(dòng)性
塑料的流動(dòng)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(jù)。一般而言,無(wú)機(jī)填料加入都會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性能降低,需要補(bǔ)加流動(dòng)改性型進(jìn)行優(yōu)化。常見的有機(jī)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(gè)方面考量:1)、降低樹脂的加工溫度,加工溫度不超過(guò)助劑的分解溫度,確保助劑的穩(wěn)定存在,體現(xiàn)改性性能;2)、加入一定量的抗氧化劑助劑,防止熱分解發(fā)生,影響樹脂的性能。一般而言,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。
3、配方的環(huán)保性
配方的環(huán)保性包括:對(duì)人體、設(shè)備、環(huán)境以及使用者無(wú)害。人體衛(wèi)生性--樹脂和所選助劑應(yīng)該絕對(duì)無(wú)毒,或其含量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)環(huán)境污染--所選組分不能污染環(huán)境。
4、成本價(jià)格和來(lái)源
塑料改性配方追求價(jià)格越低越好,實(shí)施過(guò)程中對(duì)于助劑的使用按以下原則:
1)、優(yōu)先使用低價(jià)格原料;
2)、優(yōu)先使用已有的原料:無(wú)需采購(gòu)、來(lái)源穩(wěn)定、性能清楚;
3)、優(yōu)先使用國(guó)內(nèi)原料:價(jià)格波動(dòng)受外匯、貿(mào)易政策等影響小;
4)、優(yōu)先使用附近原料:減少庫(kù)存所需要的花費(fèi);
5)、優(yōu)先選用通用原料:來(lái)源廣泛、性能比較穩(wěn)定。
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