塑料橡胶制品塑料改性方法.docx

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塑料橡胶制品塑料改性方法

（塑料橡胶材料）塑料改性方法

降低塑料的密度

降低塑料的密度是指通过适当的办法，使塑料原有的相对密度下降，以适应不同应用场合的需要。

降低塑料的密度方法有发泡改性、添加轻质填料及共混轻质树脂三种。

发泡降低塑料的密度

塑料制品的发泡成型是降低其密度的最有效方法。

而添加轻质添料和共混轻质树脂两种改性方法，只能小幅度地降低密度，其降幅一般只有50%左右，最低相对密度只能达到0.5左右。

塑料发泡制品的密度变化范围很广范，相对密度最低可达到10-3。

添加轻质填料降低塑料的密度

这种方法使密度降低幅度比较小，一般最低可下降到相对密度0.4—0.5左右。

填料的相对密度大都比塑料大，比塑料相对密度小的填料品种只有如下几种。

（1）微珠类

a、玻璃中空微球（漂珠）相对密度为0.4—0.7，主要用于热固性树脂；

b、酚醛微珠相对密度为0.1。

（2）有机填料类

a、软木粉相对密度0.5，表观密度0.05—0.06；

b、纤维粉屑、棉屑相对密度0.2—0.3；

c、果壳农作物如稻草粉、花生粉及椰壳粉等。

轻质填料的加入量一般在50%以下，以不严重影响其原有性能为原则。

共混轻质树脂降低塑料的密度

这种方法的降低幅度更小，一般只适合于相对密度较大的塑料选用，如氟塑料、POM、PPS、HPVC、PA66、PI及热固性塑料等。

可选用的轻质塑料指相对密度为1以下的几种树脂，如聚4-甲基戊烯-1、EPR（乙丙共聚物）、PE类、PP类、EVA等。

加入量以不影响塑料的其它性能为主中，一般为20%—40%左右。

提高塑料的密度

提高塑料的密度是使原树脂相对密度升高的一种方法，主要为添加重质填料和共混重质树脂。

添加重质填料提高塑料的密度

（1）金属粉

（2）重质矿物填料

共混重质树脂提高塑料的密度

此种方法提高幅度比较小，一般最高只能达到50%左右。

主要适于一些轻质树脂如PE、PP、PS、EVA、PA1010及PPO等。

常加入的重质树脂有：

PTFE、FEP、PPS及POM等。

改进塑料的透明性

塑料的透明性

衡量一种材料的透明性好坏，有许多性能指标都需要考虑。

常用的指标有：

透光率、雾度、折光指数、双折射及色散等。

在上述指标中，透光率和雾度二个指标主要表征材料的透光性，而折光指数、双折射及色散三个指标主要用于表征材料的透光质量。

一种好的透明性材料，要求上述性能指标优异且均衡。

透明性的分类

按材料的透光率大小，可将其分为如下三类：

透明材料——波长400nm—800nm可见光的透光率在80%以上；

半透明材料——波长400nm—800nm可见光的透光率在50%—80%之间；

不透明材料——波长400nm—800nm可见光的透光率在50%以下。

按上述的分类方法，可将树脂分成如下几类。

（1）透明性树脂

主要包括：

PMMA、PC、PS、PET、PES、J.D系列、CR-39、SAN（又称AS）、TPX、HEMA及BS（又称K树脂）等。

其中PES为聚醚砜，J.D系列光学树脂为PES的共聚衍生物，SAN为苯乙烯/丙烯腈共聚物，TPX为聚甲基戊烯-1，BS为25%丁二烯/75%苯乙烯共聚物，CR-39为双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物，HEMA为聚甲基丙烯酸羟乙酯。

（2）半透明树脂

主要包括PP和PA两种。

（3）不透明树脂

主要包括ABS、POM、PTFE及PF等。

改进塑料透明性的原理

塑料的透明性大小与其制品的结晶度大小和结晶结构有关，因此，通过控制制品的不同形态结构，可以改善其透明性。

控制结晶质量

（1）晶型

（2）球晶含量

（3）晶体尺寸

（4）晶体规整性

提高折射率

主要是通过加入不影响透明性的高折射率有机物或无机物来提高其折射率。

降低双折射

可通过控制加工中的取向，即降低取向度而达到降低双折射的目的。

综上所述，塑料的透明改性即通过控制制品的聚集形态或加入其它物质，来提高制品的透光率、折射率，而降低雾度、色散及双折射。

添加改进塑料的透明性

添加改进塑料的透明性是指在透明树脂中加入小分子物质，从而改善其透明性的方法。

利用这种方法可提高透光率、折射率，降低双折射。

添加成核剂

添加成核剂是增大透明树脂透光率最有效的一种方法。

成核剂是一种可以促进结晶的小分子物质。

它在树脂中可以起到晶核的作用，使原有的均相成核变成异相成核，增加结晶体系内晶核的数目，使微晶的数量增多，球晶数目减少，从而使晶体尺寸变细，树脂的透明性提高。

成核剂的种类很多，可以分为透明成核剂和标准型成核剂两种。

作为透明改性的成核剂，一般要选择透明成核剂；有时也可选用标准型成核剂，但要严格控制加入量。

（1）透明类成核剂。

a、山梨糖醇系

b、磷系

（2）标准型成核剂

a、羧酸类

b、羧酸盐

c、无机物

添加高折射率无机物

添加能降低双折射的物质

添加抗雾剂

改性塑料的硬度和柔性

性进塑料的硬度

概述

（1）硬度的概念及表示方法

硬度是指材料抵抗其它较硬物体压入其表面的能力。

硬度值的大小是表征材料软硬程度的有条件的定量反映，它不是一个单纯而确定的物理量。

硬度值的大小不仅取决于材料的本身，而且取决于测试条件和测定方法，即不同的硬度测量方法，对同一种材料测定的硬度值不尽相同。

因此，要比较材料之间的硬度大小，必须用同一种测量方法测量的硬度值，才有可比性。

常用于表示硬度的方法有如下几种。

a、邵氏硬度

b、洛氏硬度

c、莫氏硬度

添加改进塑料的硬度

添加改进塑料的硬度是指在塑料中加入硬质添加剂的一种改性方法。

常用的硬度填加剂为刚性无机填料及纤维。

（1）添加刚性无机填料

表面处理改进塑料的硬度

塑料的表面硬度改进方法是指只改善塑料制品外表的硬度，而制品内部的硬度不变。

这是一种低成本的硬度改进方法。

这种改性方法主要用于壳体、装饰材料、光学材料及日用品等。

这种改性方法主要包括涂层、镀层及表面处理三种方法。

共混与复合改进塑料的硬度

（1）共混改进塑料的硬度

塑料共混改进方法即在低硬度树脂※※混高硬度树脂，以提高其整体硬度。

常见的共混树脂有：

PS、PMMA、ABS及MF等，需要改性的树脂主要为PE类、PA、PTFE及PP等。

（2）复合改进塑料的硬度

塑料复合改进硬度的方法即在低硬度塑料制品表面上复合一层高硬度树脂。

此方法主要适合于挤出制品，如板、片、膜及管材等。

常用的复合树脂为PS、PMMA、ABS及MF等。

改性塑料的柔性

概述

从直观上讲，塑料的柔性是指塑料制品的柔软程度，即塑料制品越软，其柔性越好。

在高分子物理学中，对柔性的定义为高分子链能够改变其均象的性质。

一种塑料的柔性大小取决于其聚合物的分子链结构。

添加增塑剂改进塑料的柔性

增塑剂的主要作用是改善树脂的加工性，即降低加工温度，改善加工流动性。

但其加入到相关的树脂中，还可以赋予制品以柔性。

适用于增塑剂进行改进柔性的树脂有：

PVC、PVDC、CPE、SBS、PA、ABS、PVA及氯化聚醚等。

改进塑料的加工性能

改进塑料加工性能的原理

塑料的加工过程

塑料的加工过程是由塑料原料（树脂+添加剂）变成具有一定强度制品的过程。

热塑性树脂和热固性树脂其加工过程中所发生的变化不同。

改进塑料加工性能的原理

改进塑料的加工性能主要集中在如下几个方面。

（1）提高树脂的热分解温度

（2）降低树脂的熔融温度

（3）改善树脂的加工流动性

（4）改善树脂的熔体特性

增塑剂的作用机理

增塑剂是指可提高聚合物塑性的一类物质，它主要用于PVC树脂，在PVC中的用量可占整个增塑剂用量的98%以上。

除PVC外，增塑剂还用于PVDC、CPE、SBS、聚乙酸乙烯酯、硝酸纤维素、PA、ABS及PVA等聚合物中。

增塑剂的主要作用如下。

a、降低聚合物熔融温度及熔体粘度，从而降低其成型加工温度。

b、使聚合物制品具有柔软性、弹性及耐低温性能。

增塑剂的具体作用机理如下。

a、体积效应

b、屏蔽效应

润滑剂作用机理

润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的磨擦力，从面降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性，避免熔体与设备的粘附，提高制品表面的光洁度等。

常用润滑剂品种

（1）润滑剂的分类

a、按润滑刘成分分类主要有饱和烃、卤代烃类、脂肪酸类、脂肪酸酯类、脂肪族酰胺类、金属皂类、脂肪醇及多元醇类等。

b、按润滑剂的作用分类可分为内、外润滑剂两种，内、外润滑剂的区分主要依其与树脂的相容性大小。

内润滑剂与树脂亲和力大，其作用是降低大分子间的作用力；外润滑剂与树脂的亲和力小，其作用是降低树脂与加工机械之间的磨擦。

常用润滑剂品种

按润滑剂的组成可分为：

饱各烃类、金属皂类、脂肪族酰胺、脂肪酸类、脂肪酸酯类及脂肪醇类。

降低塑料的成本

填充降低塑料的成本

概述

填充降低塑料的成本是指在树脂中加入成本低廉的填料，或称为填加剂。

常用的填料主要为天然矿物及工业废渣等，此外还有木粉及果壳粉等有机填料及废热固性塑料粉等。

填料是塑料助剂中应用最广泛，消耗量最大的一类助剂。

塑料填充的目的对于热塑性塑料，主要是降低成本；对于热固性塑料是降低成本与改性兼而有之。

填充除降低成本外，不可以改善制品的某些性能。

普遍可以改善的有刚性、耐热性（无机填料）、尺寸稳定性、降低成型收缩率及抗蠕变性等；有的还可以改善绝缘性、阻燃性、消烟性及隔音性等。

常用填料

（1）天然矿物类填料

a、CaCO3类填料

b、滑石粉填料

c、硅灰石填料

d、高岭土填料

e、云母填料

f、硅藻土填料

填充降低塑料成本的配方设计要点

（1）填料的吸油性及吸树脂性

a、填料的吸油性

b、填料的吸树脂性

鉴于填料具有上述两种吸油性和吸树脂性，在填充配方设计时应注意以下几点。

a、配方体系中含有液体助剂时，要选用吸油性小的填料。

b、配方体系中含有液体树脂时，要选用吸树脂性小的填料。

（2）填料的表面处理

填料表面处理的目的在于降低填料的亲水性，提高填料的亲油性，从而增大填料同树脂的相容性。

a、填料的偶联处理

填料的偶联处理是指用偶联剂对添料表面进行活化处理的一种方法。

在具体选用偶联剂时，应注意如下几点。

（a）不同填料品种选择的偶联剂不同

共混降低塑料的成本

共混降低塑料的成本是指在高价位树脂中混入低价位树脂或废旧塑料，以达到降低成本的目的的过程。

与填充降低塑料的成本相比其成本下降幅度不十分大，但具有对其自身性能影响较小的优点。

共混价廉树脂

在所用树脂中，价位相对低的树脂主要为：

PVC、LDPE、LLDPE、HDPE、PP及PS七种，所谓共混价廉树脂即混入这些树脂。

塑料的增强

塑料添加纤维增强方法

这是一种最常用且有效的增强方法。

增强用纤维类材料

增强用纤维类材料是塑料用最主要的增强材料，其用量可占整个增强材料的90%以上。

增强用纤维类材料包括纤维和晶须两大类，具体品种主要有：

无机类（如玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、晶须、石英纤维、石墨纤维及陶瓷纤维等）、有机类（如PAN纤维、聚乙烯纤维、PA纤维、PC纤维、PVC纤维及聚酯纤维等

）、金属类（如硼纤维及铝、钛、钙等金属晶须等）。

（1）玻璃纤维（GF）

（2）碳纤维

（3）晶须

（4）硼纤维

（5）其它超强无机纤维

（6）有机纤维

塑料添加补强填料增强方法

大部分常规填料直接添加到树脂中，会引起塑料的拉伸强度下降。

但有些经过表面独步一时的或直接添加的特殊填料不但不引起拉伸强度的下降，反而会在一定程度上提高拉伸强度，我们称这类填料为补强填料。

补强填补的增强改性远不及增强纤维，只可用于一些强度要求不太高的场合。

塑料的增韧

塑料共混弹性体材料的增韧方法

（1）常用弹性体增韧材料

弹性体类材料有几种分类方法。

a、按玻璃化温度高低分类

高抗冲击树脂——主要有：

CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油树脂（MPR）等；其中，只有MPR的成本低于PVC树脂。

高抗冲击橡胶——主要有：

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。

改变塑料的热学性能

塑料的热学性能

影响塑料制品使用的热学性能主要为耐热温度和耐低温温度。

耐热温度主要可用热变形温度、马丁耐热温度及维卡软化点表示；而耐低温温度一般可用脆化温度表示。

热变形温度

热变形温度是衡量塑料耐热性好坏的主要指标之一，也是一种最常用最重要的指标，已为大多数国家所采用。

热变形温度的定义为：

将一个具有尺寸要求的矩形试样，放在跨距为100mm的支架上，并在两支架中点处，施加规定的负荷（1.81N/mm2和0.45N/mm2两种），将受荷试样浸在导热的液体介质中，以120摄氏度/h的速度升温，当试样中点达到规定的相应标准变形量时，读取相应的温度即为热变形温度。

由于有两种负荷，所以在热变形温度中一般要注明为何种负荷。

但因大负荷一般常用，所以不标注负荷时，即为大负荷。

一般只有热变形温度十分低，比常温高不了多少时，才选用小负荷。

塑料添加改变耐热性

（1）塑料的填充改变耐热性

在所有填料中，除有机填料外，大部分无机矿物填料都可明显提高塑料的耐热温度。

常用的耐热填料有：

碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母、煅烧陶土、铝矾土及石棉等。

例如，云母的最高使用温度可达1000摄氏度，是最有效的耐热改性填料。

（2）塑料的增强改变耐热性

塑料的增强改变耐热性效果比填充还要好，这主要是因为大部分纤维的耐热温度十分高，熔点大都超过1500摄氏度。

常用的耐热纤维主要有：

石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、晶须、聚酰胺纤维及丙烯酸酯纤维等

改性塑料的阻燃性

塑料的燃烧性

大多数塑料的阻燃性都不是十分好，衡量树脂阻燃性的好与否，一般用如下三个指标。

（1）氧指数（OI）

（2）美国UL标准（UL-94）

美国UL标准中测试方法为观察塑料在直接接触火源时的燃烧情况，并对其进行耐燃性分析。

a、V-0级离火后10s内熄灭，并不引燃其下方30cm处药棉

b、V-1级离火后10—30s内熄灭，并不引燃其下方30cm处药棉

c、V-2级离火后30s内熄灭，但可引燃其下方30cm处药棉

塑料添加用阻燃材料及配方设计

（1）塑料添加用阻燃材料

塑料添加阻燃配方中常用的组成为阻燃剂，它是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。

阻燃剂是塑料配方中常用的助剂，其消耗量仅次于填料和增塑剂而成为塑料的第三大助剂品种。

阻燃剂的种类很多，目前已见报道的已达上千种，而且经常使用的已达百余种。

比较常用的阻燃剂按其分子组成可分为：

卤系化合物、磷系化合物、氮系化合物、有机硅化合物及各类无机物，如AI（OH）3、Mg（OH）2及Sb2O3等

其实阻燃等级不止ＶＯＶ１Ｖ２还有两个５ＶＡ５ＶＢ

只是应用相当少，好象也被人们所忽略了．

下面说一下测试要求及判定标准

试样：

１：

试片：

１２５ＭＭ（５＂）＃１３ＭＭ（１／２＂）＃厚度（一般为３ＭＭ（１／８＂）

２：

试板：

１５０ＭＭ（６＂）＃１５０ＭＭ（６＂）＃厚度（一般为３ＭＭ（１／８＂）

试片的测试程序：

１：

每一个厚度总共１０个试片（分为两组）被测试

２：

每一厚度取５个试片为一组在２３度，５０％ＲＨ下放置４８小时后在测试

３：

同一厚度另取５个试片为一组７０度下放置７天后再测试

４：

测试棒试片以长轴垂直地面方式固定．

５：

一个高度４０ＭＭ中心是蓝色火焰总长１２５ＭＭ高的本生灯，放置方式与垂直方向呈２０度角，并使蓝色火焰的顶端接触前试片的底端．燃烧试片底端后在移开火焰５秒，如果操作重复５次．

试板的测试程序：

除了试板以水平方式放置外，其他同试样程序一致，火焰燃烧试板之底面．

９４－５ＶＡ判定标准：

１：

在第５次的火焰燃烧５Ｓ之后，没有任何一试片被点燃或持续燃烧超过６０Ｓ

２：

没有任何试片滴落之火焰分子会点燃放置下面３００ＭＭ（１２＂）之干燥吸收性外科用棉花

３：

没有任何一片试板被火焰穿透．

９４－５ＶＢ判定标准

１：

在第５次的火焰燃烧５Ｓ之后，没有任何一试片被点燃或持续燃烧超过６０Ｓ

２：

没有任何试片滴落之火焰分子会点燃放置下面３００ＭＭ（１２＂）之干燥吸收性外科用棉花

３：

试板可被火焰穿透．