塑料配方设计.ppt

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1、塑料配方设计配方设计的重要性n n塑料因其质轻、易加工、美观实用、价格低等特点广泛应用于日常生活、各行各业及高精尖技术领域。塑料的主要成分是树脂，占总质量的40100。绝大多数 塑料制造的第一步是合成树脂的生产，然后根据需要，将树脂（有时加入一定量的助剂）进一步加工成塑料制品。有少数品种（如浇注制品）其树脂的合成和塑料的成型是同时进行的。n n当今，树脂和助剂的种类繁多，若按其功能、品种、等级、牌号等分类可达数万种，因此塑料配方也是千变万化。塑料配方设计通常是指根据试验数据等资料，恰当地确定可满足产品使用性能、加工性能和成本要求的树脂、助剂的种类及其用量等的一项重要工作。配方设计原则n n塑料

2、配方设计有以下注意事项：制品的使用功能；加工性能；加工及使用时的环保问题；成本等。n n总之，配方工作者一般是在考虑制品的物理机械性能、加工性能和成本三者平衡的前提下进行配方设计的。设计的重点是如何保持制品的使用性能及加工性能的平衡，所以说塑料配方设计不仅是一门科学，而且也包含运用成功经验的技巧。塑料制品使用性能n n塑料制品使用性能应包括其本身的力学性能和使用时的特殊性能要求。塑料制品的性能要求一般包括拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、耐热性、电绝缘性、耐化学性、透明性、气密性等。各种制品的使用要求不同，需要的性能亦异。n n以HDPE 瓶而言，装油需要耐油性；装碳酸饮料需要具有阻隔性

3、；装光敏性药品时要有遮光性。n n以PP 注射椅子为例，在北方需要低温抗冲击性强；用于矿井下，需要防静电、阻燃性。n n以聚四氟乙烯为例，用作活塞环、轴承、轴瓦、滑块、密封环等机械零件时，需要具有低的摩擦系数和自润滑性；用作绝缘材料时，需要其不受温度、湿度和频率的影响，具有优异的电绝缘性；用作防腐材料时，需要有优异的化学稳定性。n n以聚苯硫醚为例，用作不粘锅、散热器零件和配油器零件时，需要耐热耐油；用作汽车刹车零件、离合器和机械中的齿轮时，需要有较高的刚性和抗蠕变性。n n再以改性聚酰亚胺为例，用作交通运输包装时，需要耐水性和阻燃性好；用作航空航天工业的高温管和高温涂层时，需要有耐高温、耐湿

4、热和耐辐射性能。加工性能n n配方设计时需考虑加工性能。配方设计时需考虑加工性能。n n例如纯的例如纯的PVCPVC无法塑化加工，必须加入增塑剂、无法塑化加工，必须加入增塑剂、稳定剂等助剂。加入增塑剂，可以削弱分子间的稳定剂等助剂。加入增塑剂，可以削弱分子间的作用力，增加分子间的移动性，从而降低玻璃化作用力，增加分子间的移动性，从而降低玻璃化转变温度使熔融加工温度降低，低于转变温度使熔融加工温度降低，低于PVC PVC 的分解的分解温度。加入热稳定剂，可以抑制温度。加入热稳定剂，可以抑制PVC PVC 脱脱HClHCl 反应，反应，提高提高PVC PVC 热分解温度，使之高于热分解温度，使之高

5、于PVC PVC 的熔融加工的熔融加工温度。又如温度。又如PVC PVC 薄膜的制造中，吹塑法常选用内薄膜的制造中，吹塑法常选用内润滑剂，压延法则选用外润滑剂。润滑剂，压延法则选用外润滑剂。环保要求n n配方设计需适应环保要求。n n一般塑料制品着重评价其使用寿命。实际上应从原材料的生产、加工、物质流通、使用乃至废弃整个过程来全面考虑。延长制品使用寿命对节省资源和节约能源有利，对废弃物的再利用和原材料的安全性也需重视。成本问题n n在配方设计时，除了保证产品能够顺利加工和满在配方设计时，除了保证产品能够顺利加工和满足产品标准要求以外，还必须最大限度降低产品足产品标准要求以外，还必须最大限度降低

6、产品的成本。因此，要充分了解原材料的性能价格比的成本。因此，要充分了解原材料的性能价格比以及相互间的作用与禁忌事项，运用先进的科学以及相互间的作用与禁忌事项，运用先进的科学实验方法选择最佳的性价比。当可以替代使用时，实验方法选择最佳的性价比。当可以替代使用时，尽量使用来源广、采购方便、成本低的助剂。降尽量使用来源广、采购方便、成本低的助剂。降低生产成本要考虑包括原材料成本和加工成本在低生产成本要考虑包括原材料成本和加工成本在内的总成本。内的总成本。n n例如，添加能改善加工性能的助剂虽然提高了原例如，添加能改善加工性能的助剂虽然提高了原材料成本，但能大幅度降低加工成本，那么也就材料成本，但能大

7、幅度降低加工成本，那么也就能降低总成本。能降低总成本。其它因素n n配方设计还包括产品设计、生产工艺设计等在内的产品开发。因此，在深入理解配方设计在整个开发过程中的重要性的基础上，还必要考虑其他的相关因素。有了这些基本的原则作指导，我们在进行配方设计时就能做到全面考虑，综合运用。配方设计要点n n配方设计的关键为选材、搭配、用量、混合四大要素，表面看起来很简单，但其实包含了许多内在联系，要想设计出一个高性能、易加工、低价格的配方也并非易事，需要考虑的因素很多，现提出一些要点供读者参考。树脂的选择n n品种的选择:树脂要选择与改性目标性能最接近的品种，以节省加入助剂的使用量。如耐磨改性，树脂要首

8、先考虑选择三大耐磨树脂：即聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、超高相对分子质量聚乙烯(UHWPE)；透明改性，树脂要首先考虑选择三大透明树脂：聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚碳酸酯(PC)。n n耐热改性，首先考虑选择聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚苯并咪唑和聚芳砜；n n耐低温改性，首先考虑选择低分子量聚乙烯、聚碳酸酯和热塑性弹性体类（聚酯类热塑性弹性体、聚烯类热塑性弹性体、聚氨酯类弹性体）；n n隔热改性，首先考虑选择聚氨酯硬质泡沫塑料、酚醛、脲醛泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料。n n一般要求树脂成本低、性能高，同时还要考虑外观美及耐久性，所以很难选择一种能满足所有性能要求的合适树脂。n

9、 n例如，用注射成型方法生产透明容器时，在一般情况下可选择聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯两种树脂，但如果要求廉价为首要条件，则选用聚苯乙烯；反之，如果强调耐候性能好时，就要选用聚甲基丙烯酸甲酯；如果还要再加上耐冲击性能好，则就要排除上述两种树脂而选择聚碳酸酯，当然成本要提高。n n在选择时还应考虑以下内容：所选择的树脂能否承受住使用环境中最高和最低的温度，在这个温度范围内树脂是否变形、发生龟裂、耐冲击性能如何等。若不符合要求，就要改变现有的树脂品种，另选新的品种，或进行改性处理。n n另外，选择的树脂还需要考虑在使用环境中的其他影响因素。如在要求制品尺寸稳定性能好时，还要考虑到树脂的热膨胀系数、成

10、型初期及成型后期的收缩率变化、吸湿性等因素。n n一般情况下，不可能满足所有的条件，但应尽可能的满足主要条件。只要满足主要条件就可以了。n n关于质量标准的掌握，一般按下述条件而定。（1）能否承受使用环境温度的变化、阳光的影响及使用时负荷的变化；（2）制品是否合乎卫生标准及安全性；（3）弯曲强度、拉伸强度、冲击强度、电绝缘性、阻燃性、耐水性、耐油性能、电学性能是否符合产品标准；（4）尺寸稳定性、光学性能、抗毒抗湿抗菌性能如何；（5）外观上及经济成本、特殊要求是否能达到要求。流动性的选择n n不同品种的树脂具有不同的流动性，按此将塑料不同品种的树脂具有不同的流动性，按此将塑料分成高流动性、中等流

11、动性和低流动性三类，具分成高流动性、中等流动性和低流动性三类，具体如下：体如下：高流动性：聚苯乙烯高流动性：聚苯乙烯(PS)(PS)，高抗冲聚苯乙，高抗冲聚苯乙(HIPS)(HIPS)，ABSABS，聚乙烯，聚乙烯(PE)(PE)、聚丙烯、聚丙烯(PP)(PP)、聚酰胺、聚酰胺PAPA等。等。中等流动性：聚碳酸酯中等流动性：聚碳酸酯(PC)(PC)、改性聚苯醚、改性聚苯醚(mPPOmPPO)、聚苯硫醚聚苯硫醚(PPS)(PPS)等。等。低流动性：聚四氟化碳低流动性：聚四氟化碳(PTFE)(PTFE)、超高相对分子、超高相对分子 质量聚乙烯质量聚乙烯(UHMWPE)(UHMWPE)、聚苯醚、聚苯

12、醚(PPO)(PPO)等。等。n n流动性的选择 配方中各种塑化材料的粘度要接近，以保证加工流动性。对于粘度相差悬殊的材料，要加过渡料，以减小粘度梯度。如阻燃配方中用PA66增韧时，常加入PA6作为过渡料，阻燃配方中用PA6增韧时，常加入HDPE作为过渡料。n n同一品种树脂也具有不同的流动性。主要原因为相对分子质量及其分布的不同，所以同一种树脂有许多不同的牌号。由于不同加工方法要求的树脂流动性不同所以树脂又分为注塑级、挤出级、吹塑级、压延级等牌号，具体如下表所示：助剂的选择n n按改性目标选助剂：按要改性目标选择合适的助剂，加入助剂应能充分发挥其功效，并达到要求的指标。指标一般为产品的国家标

13、准、国际标准，或客户提出的专项指标。以下是为了使塑料具有某种特殊性能需要加入的助剂。助剂选择的参考意见为：助剂选择的参考意见为：n n(1)(1)增韧增韧 添加弹性体、热塑性弹性体和刚性增韧添加弹性体、热塑性弹性体和刚性增韧材料；材料；n n(2)(2)增强增强 添加玻璃纤维、碳纤维、晶须和有机纤添加玻璃纤维、碳纤维、晶须和有机纤维；维；n n(3)(3)阻燃阻燃 添加溴类添加溴类(普通溴系和环保溴系普通溴系和环保溴系)、磷类、磷类、氮类、氮氮类、氮/磷复合类膨胀型阻燃剂、三氧化二锑、磷复合类膨胀型阻燃剂、三氧化二锑、水合金属氧化物等各类阻燃剂；水合金属氧化物等各类阻燃剂；n n(4)(4)抗

14、静电抗静电 添加各类抗静电剂；添加各类抗静电剂；n n(5)(5)导电导电 添加碳类添加碳类(炭黑、石墨、碳纤维、碳纳炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管米管)、金属纤维和粉，金属氧化物；、金属纤维和粉，金属氧化物；n n(6)磁性 添加铁氧体磁粉，稀土磁粉包括钐钴类(SmCo5 或Sm2Co17)、钕铁硼类(NdFeB)、钐铁氮类(SmFeN)，铝镍钴类磁粉三大类；n n(7)导热 添加金属纤维和粉末，金属氧化物、氮化物和碳化物，碳类材料如炭黑、碳纤维、石墨和碳纳米管，半导体材料如硅、硼；n n(8)耐热 添加玻璃纤维、无机填料、耐热剂如取代马来酰亚胺类和晶型成核剂；n n(9)透明 添加成核剂，对

15、PP而言，晶型成核剂的山梨醇衍生物系列产品Millad 3988效果最好；n n(10)耐磨 添加PTFE、石墨、二硫化钼、铜粉等；n n(11)电绝缘 添加煅烧高岭土等；n n(12)绝热 添加云母、蒙脱土、石英等。n n助剂与树脂要匹配 助剂选择时，要有针对性应选择对树脂改性效果好的品种。例如：(1)红磷阻燃剂适用于PA、聚对苯二甲酸丁酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙酯(PET)。(2)氮系阻燃剂适用于含氧类工程塑料，如PA、PBT、PET等。(3)玻璃纤维对结晶型塑料的耐热改性效果好，对非结晶型塑料效果差。(4)炭黑在结晶型树脂中效果好。助剂的形态n n助剂的形状 (1)纤维状填料的增强效果

16、好。纤维的形状可用长径比(L/D)表示，L/D越大、增强效果越好。树脂在熔融状态时比在粉末状态时有利于保持长径比。减小断纤几率。这就是为什么不从进料口而从中部加料口加入玻璃纤维的原因。n n(2)球型填料的增韧效果好、并可增加制品的光亮度。硫酸钡为典型的球型填料，因此高光泽PP的填充选用硫酸钡，硫酸钡也可以小幅度提高制品的刚性及韧性。助剂的粒度n n(1)粒状助剂粒度的表示方法 粒状助剂的粒度可用目数或平均粒径表示，通常用的目数与平均粒径的关系见下表。注：目数有多种表示方法本表中的目数为每平方英寸筛网上的筛孔数目n n填料粒度对填充塑料的力学性能的影响 粒度尺寸越小，对填充材料的拉伸强度和冲击

17、强度提高越大。在用20(质量分数)硅灰石填充PA6时，粒度对填充PA6的力学性能的影响见下表：n n粒度对无机阻燃剂阻燃性能的影响粒度对无机阻燃剂阻燃性能的影响 无机阻燃剂的粒度越小，阻燃效果越好。例如水无机阻燃剂的粒度越小，阻燃效果越好。例如水合金属氧化物和三氧化二锑的粒度越小，达到同合金属氧化物和三氧化二锑的粒度越小，达到同等阻燃效果的用量就越少。在等阻燃效果的用量就越少。在LDPELDPE中加入中加入8080份不份不同粒度的氢氧化铝的阻燃效果见下表同粒度的氢氧化铝的阻燃效果见下表 在在ABSABS中加入中加入4%4%粒度为粒度为45m 45m 的三氧化二锑与加的三氧化二锑与加入入1%1%

18、粒度为粒度为0.03m 0.03m 的三氧化二锑阻燃效果相同。的三氧化二锑阻燃效果相同。n n粒度尺寸对着色剂着色力的影响 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，存在一个上限值，而且对不同性能的上限值不同。对着色力而言，偶氮类着色剂的上限粒度为0.1m，酞菁类着色剂的上限粒度尺寸为0.05m。对遮盖力而言，着色剂的上限粒度尺寸为0.05m左右。n n粒度尺寸对导电助剂导电性能的影响 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时加入炭黑的量越低。但同着色剂一样，粒度大小也有一个上限值，粒度太小，导电助剂易于团聚而难于分散，效果反而

19、不好。助剂的表面处理n n与树脂良好的相容性是发挥助剂功效的关键。因与树脂良好的相容性是发挥助剂功效的关键。因此，必须设法提高或改善其与树脂的相容性如此，必须设法提高或改善其与树脂的相容性如采用表面活性剂、偶联剂或相容剂对其进行表面采用表面活性剂、偶联剂或相容剂对其进行表面活化处理。活化处理。n n所有无机类添加剂经过表面处理，效果大都提高。所有无机类添加剂经过表面处理，效果大都提高。尤其以粉末填料最为明显，其他还有玻璃纤维、尤其以粉末填料最为明显，其他还有玻璃纤维、无机阻燃剂等。无机阻燃剂等。n n表面处理以偶联剂和相容剂为主，偶联剂有硅烷表面处理以偶联剂和相容剂为主，偶联剂有硅烷类、钛酸酯

20、类和铝酸酯类，常用相容剂有所用树类、钛酸酯类和铝酸酯类，常用相容剂有所用树脂的马来酸酐接枝聚合物。脂的马来酸酐接枝聚合物。助剂的加入量n n从改性效果看，有的助剂加入量越多越好，如阻燃剂、增韧剂、磁粉、阻隔材料等，有的助剂加入量有最佳值，如导电助剂形成到电通路后即可，再增加无效果；偶联剂，表面包覆即可；抗静电剂，在制品表面形成泄电荷层即可。在设计配方时，应该在能满足改性效果的前提下，添加量最小，以降低成本。保证配方中各组分混合均匀n n配方中各组分的均分布是使配方能达到改性要求配方中各组分的均分布是使配方能达到改性要求的保证，可采取下面的方法保证各组分的均匀分的保证，可采取下面的方法保证各组分

21、的均匀分布：布：(1)(1)分次加入分次加入 对于填料加入量过大的配方。填料最好分两次加对于填料加入量过大的配方。填料最好分两次加入：第一次在加料斗。第二次在中间侧加料口。入：第一次在加料斗。第二次在中间侧加料口。如加如加150150份氢氧化铝的无卤阻燃份氢氧化铝的无卤阻燃PEPE配方，就要分配方，就要分两次加入。否则不能造粒。填料的偶联剂处理，两次加入。否则不能造粒。填料的偶联剂处理，一般以分三次喷入为佳。这样能达到分散均匀，一般以分三次喷入为佳。这样能达到分散均匀，偶联效果好。偶联效果好。n n(2)合理的加料顺序 在PVC或填充母料的配方中，各种料的加料顺序很重要。如填充母料要先加填料。

22、这样有利于在混合后的升温过程中除去其中的水份和后续的偶联处理。外润滑剂要后加，以免影响其他物料的均匀混合。配方中一些组分的负面影响n n设计配方时要全面考虑，加入的助剂在满足塑料的某种性能同时。应尽可能不影响其他性能。如高填充配方对复合材料的力学性能和加工性能影响很大，使其冲击强度和拉伸强度大幅度下降，加工流动性变差。如果制品对复合材料的某项性能有影响，在配方设计中要考虑补偿措施，如加入弹性体以减少对冲击性能的影响，加入润滑剂以改善加工性能。n n抗冲击性 大部分无机材料和部分有机材料都降低材料的抗冲击性。为了降低对冲击强度的影响，设计配方时可以考虑加入弹性体或增韧剂。n n透明性 大多数无机

23、材料对透明性都有影响，折光指数与树脂相近的无机材料对透明性的影响较小。对主要用于HDPE塑料袋的透明填充母料，可选择对透明性影响较小的特殊品种的滑石粉。有些有机化合物也影响塑料的透明性，如在PVC的增韧剂中，除MBS外，CPE、EVA、ACR都影响制品的透明性。在无机阻燃材料中，只有胶体五氧化二锑不影响制品的透明性。n n颜色 配方设计，一定要注意助剂本身的颜色及其变色性。有些助剂本身颜色很深，这会影响制品的颜色，难以制备浅色制品。如炭黑为黑色，只能制备深色制品；其他如石墨、红磷、二硫化钼、金属粉末及工业矿渣等本身都有颜色，选用时要注意。还有些助剂本身为白色，但在加工中因高温会变色，如硅灰石本

24、身为白色，但填充到树脂中加工后就成浅灰色。n n其他性能 塑料的导热改性一般为加入金属类和碳类导热剂，但此类导热剂又是导电剂，在提高导热性同时会提高导电性，从而影响绝缘性。对于同时要求绝缘和导热的塑料，不能加入具有导电性的导热剂，只能加入绝缘类导热剂，如陶瓷类金属氧化物。配方应考虑加工性n n配方要保证材料适当的加工性，并对加工设备和使用环境无不良影响。助剂必须具有良好的流动性及耐热性。此外，助剂对树脂的加工性影响要小；对设备的磨损和腐蚀应尽可能小，加工时不放出有毒气体，损害加工人员的健康。n n流动性流动性n n(1)(1)大部分无机填料都影响加工性，在加入量大时，大部分无机填料都影响加工性

25、，在加入量大时，需要相应加入加工助剂以补偿损失的流动性，如需要相应加入加工助剂以补偿损失的流动性，如加入润滑剂等。加入润滑剂等。n n(2)(2)有机助剂一般都能改善塑料的加工性，如十溴有机助剂一般都能改善塑料的加工性，如十溴二苯醚、四溴双酚二苯醚、四溴双酚A A阻燃剂都可改善塑料的加工流阻燃剂都可改善塑料的加工流动性，尤其四溴双酚动性，尤其四溴双酚A A的效果更明显。的效果更明显。n n(3)(3)一般的一般的PVCPVC改性配方都需加入适量的润滑剂。改性配方都需加入适量的润滑剂。n n耐热性耐热性 除发泡剂、引发剂、交联剂因功能要求必须分解除发泡剂、引发剂、交联剂因功能要求必须分解外，应保

26、证助剂在加工温度不分解。外，应保证助剂在加工温度不分解。(1)(1)氢氧化铝因分解温度低，不适合用于氢氧化铝因分解温度低，不适合用于PPPP，只能，只能用于用于PEPE中。中。(2)(2)四溴双酚四溴双酚A A因分解温度低，不适合于因分解温度低，不适合于ABSABS的阻的阻燃改性。燃改性。(3)(3)大部分有机染料分解温度低，不适合高温加工大部分有机染料分解温度低，不适合高温加工的工程塑料。的工程塑料。(4)(4)改性塑料配方在加工过程中，都需要加入抗氧改性塑料配方在加工过程中，都需要加入抗氧剂，以防止因螺杆的强烈剪切作用使其热分解而剂，以防止因螺杆的强烈剪切作用使其热分解而导致材料变黄。导致

27、材料变黄。n n卫生及环保要求 配方中的各类助剂应对操作者无害、对设备无害、对使用者无害、对环境无害。卫生性：树脂和所选助剂应该无毒，或有害物含量在控制规定的范围内。n n对环境的影响：所选组分在加工时及在制品中不能污染环境：n n(1)铅盐不能用于上水管和电缆护套；n n(2)玩具、食品包装膜必需用无毒的增塑剂。n n(3)不能用镉、六价铬、汞等重金属；n n(4)不能用目前法规中禁用的助剂如多溴联苯、多溴二苯醚等。塑料配方设计中各组分的相容性n n对于一个好的配方，除了配方组分选择合理、用量搭配得当外，配方中各组分之间还要具有良好的相容性，这样，才能充分发挥不同组分的应尽作用。相容性原则n

28、 n判断不同组分的相容性如何，一条根本的原则，即相似相容，可分为以下几个方面：溶度参数相近原则、极性相近原则、结构相近原则、结晶能力相近原则、表面张力相近原则、粘度相近原则。溶度参数相近原则n n不同组分的混合过程实际上是分子链间相互扩散不同组分的混合过程实际上是分子链间相互扩散的过程，受到分子链之间作用的制约。分子链间的过程，受到分子链之间作用的制约。分子链间相互作用力的大小，可用溶度参数来表示。其数相互作用力的大小，可用溶度参数来表示。其数值为单位体积内聚能密度的平方根。值为单位体积内聚能密度的平方根。n n不同组分之间的相容性好坏，可用其溶度参数之不同组分之间的相容性好坏，可用其溶度参数

29、之差来衡量。差值越小，其相容性越好。对于共混差来衡量。差值越小，其相容性越好。对于共混小分子组分，其溶度参数差小于小分子组分，其溶度参数差小于1.51.5，即视为相容，即视为相容性好；高分子组分之间的相容规律为：溶度参数性好；高分子组分之间的相容规律为：溶度参数之差小于之差小于0.50.5，且分子量越大，对其差值要求越小，且分子量越大，对其差值要求越小，也就是说，高分子量的不同组分更不容易相容。也就是说，高分子量的不同组分更不容易相容。n n对于溶度参数相近原则，需要注意的是，此原则只适用于非极性组分之间和非极性组分之间，而不选用于极性组分之间与结晶组分之间，其原因为溶度参数只表示分子之间的色

30、散力，而不表示极性组分之间 的偶极力及氢键。因此，不能完全表征分子间的作用力大小。极性相近原则n n其原则为不同配方之间的极性越相近，其相容性越好。另外，配方中组分的极性越大，其相容性越好；而非极性组分的相容性大都比较差。n n极性相近原则有些例外，如PVC/CR、PVC/CPE极性相近，但不相容；而PS/PPO两种极性不同组分，相容性反而好。结构相近原则n n其原则为不同配方组分的结构越接近，其相容性越好。n n所谓结构相近，是指各自组分的分子链中含有相同或相近的结构单元。如PS和PPO分子链中都含有芳香基团，因而，其相容性很好。结晶能力相近原则n n其原则为不同配方组分的结晶能力越接近，其

31、相容性越好。结晶能力是指可否结晶结晶难易和最大结晶度。n n两种非晶态配方组分相容性好，而晶态/非晶态、晶态/晶态组分的相容性差，而且只有在混晶时才相容。配方组分在熔融状态互混时，晶态已被破坏，不受结晶能力原则限制。表面张力相近原则n n配方组分的表面张力越接近，其相容性越好。配方中组分熔融时，与乳状液相似，其稳定性及分散度由界面两相的表面张力决定，表面张力越接近，两相间的浸润、接触及扩散越好，界面的结合也越好。提高相容性的方法n n提高相容性的方法有：添加偶联剂、添加相容剂、交联技术和IPN技术。偶联剂n n偶联剂也称为表面处理剂，它是一种在无机材料与有机材料或不同有机材料之间，通过化学作用

32、，使两者亲和性得到 改善的一种有机化合物。n n偶联剂主要用于无机材料和有机材料混合体系中，有时也用于有机材料复合体系中，但很少见。偶联剂的作用机理n n1 1、化学键理论、化学键理论 该理论认为，偶联剂分子含有两种不同性质的基该理论认为，偶联剂分子含有两种不同性质的基团，其中一种基团可与无机材料表面分子作用，团，其中一种基团可与无机材料表面分子作用，形成化学键；而另一种基团可与有机材料分子键形成化学键；而另一种基团可与有机材料分子键合，从而在无机相与有机相之间起到桥梁和连接合，从而在无机相与有机相之间起到桥梁和连接作用，使不相容两相达到相容。作用，使不相容两相达到相容。实际上，偶联剂与两相的

33、作用还有氢键及物理吸实际上，偶联剂与两相的作用还有氢键及物理吸附等。附等。该理论较好地解释了硅烷偶联剂对玻璃纤维复合该理论较好地解释了硅烷偶联剂对玻璃纤维复合体系的作用。体系的作用。n n2、表面浸润理论 该理论的主要论点为液态聚合物对无机填料的表面浸润性，促进了两者的相容性。如果无机填料被完全浸润，则树脂在两相界面上的物理吸附所产生的粘结强度，比树脂本身内聚能还要大。反之，如无机材料浸润不良，则导致相容性差。此理论较好地解释了热固性树脂与无机填料之间的复合。n n3、变层理论 为了缓和复合材料中树脂和填料两相在冷却时不同收缩率而产生的界面应力，希望在树脂与填料之间形成一个柔性变形层，使复合材

34、料的韧性增大。而偶联剂可在树脂与填料之间形成上述的柔性变形层，起到松弛界面应力，阻止界面裂纹扩展的作用。n n4、拘束层理论 复合材料中存在着高模量的填料与低模量树脂之间的界面区，偶联剂是界面区中的一部分，它的模量介于树脂与填料两者中间，可以较好地传递应力。偶联剂的种类n n1 1、硅烷类偶联剂、硅烷类偶联剂n n早期主要用于热固性塑料与玻璃纤维之间，现在早期主要用于热固性塑料与玻璃纤维之间，现在广泛用于热塑性树脂与含硅性填料之间。硅烷类广泛用于热塑性树脂与含硅性填料之间。硅烷类偶联剂的结构通式可以写成：偶联剂的结构通式可以写成：RSiXRSiX3 3.n n其中其中R R为与树脂分子有亲和力

35、或反应能力的活性官为与树脂分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氨基、环氧基、乙烯基等。为能水解能团，如氨基、环氧基、乙烯基等。为能水解基团，如甲氧基、乙酰基氧等。为基团，如甲氧基、乙酰基氧等。为时，为氧化硅烷；为时，称为时，为氧化硅烷；为时，称为多硫化硅烷。多硫化硅烷。、钛酸酯类偶联剂主要用于热塑性塑料与各类填料之间的偶联。主要用于热塑性塑料与各类填料之间的偶联。下表为典型的钛酸酯偶联剂的类型与化学结构。下表为典型的钛酸酯偶联剂的类型与化学结构。n n、锆酸酯类偶联剂主要用于、及聚酯中。、铝酸酯类偶联剂成本低，除偶联功能外，还可以提高复合体系的机械强度及耐热性。、锆铝酸酯偶联剂、铝钛复合偶联

36、剂、有机铬类偶联剂等偶联剂的选用原则n n、硅烷类偶联剂主要适用于玻璃纤维及含硅填料，如石英、硅灰石、滑石粉、云母、二氧化硅、硅酸钙、粘土等，也可用于部分金属的氧化物及氢氧化物，但不用于碳酸钙。树脂主要为热固性树脂。n n、钛酸类偶联剂对填料的适用范围广，如碳酸钙、滑石粉。钛白粉等都可以还可用于玻璃纤维中。树脂主要为等热塑性树脂。n n、酸性填料应使用含碱性官能团的偶联剂，而碱性填料应选择含酸性官能团的偶联剂。n n、偶联剂的加入量：硅烷偶联剂的用量可定为填料的1%左右；钛酸酯类用量一般为填料的0.25%-2%.n n5、一些表面活性剂会影响钛酸酯偶联剂作用的发挥，如ZnO、HSt等必须在填料

37、、偶联剂、树脂充分混合后加入。n n6、大多数钛酸酯类偶联剂易与酯类增塑剂发生酯交换反应，因此，此类增塑剂需待偶联剂加入后方可加入。n n7、钛酸酯类偶联剂不同品种之间复合加入有协同作用；硅烷类偶联剂不同品种之间复合加入也有协同作用；钛酸酯类与硅烷类复合加入协同效果好。相容剂n n相容剂是指借助于分子间的键合力，使不相容的两种聚合物组分结合在一起，从而形成相容共混体系的一类化合物。n n相容剂也称增容剂或助容剂等，与偶联剂不同在于偶联剂主要用于无机材料与有机材料之间，而相容剂则主要用于两种有机材料之间。相容剂的作用原理n n1、非相容的共混物两相之间存在着明显的相界面，且其相界面很小，只有1.

38、0-1.1nm；相容剂加入后，可以存在于两相界面之间，使两相界面增大到2-3倍。n n2、存在于两相界面的相容剂，具有很长的分子链；长分子链之间彼此产生一定的斥力，可以防止同相组分的接近与合并。n n3、相容剂可以降低两相界面之间的界面张力。相容剂的种类n n1 1、按分子量大小分类，可分成高分子相容剂和低、按分子量大小分类，可分成高分子相容剂和低分子相容剂两种。低分子相容剂一般为反应型相分子相容剂两种。低分子相容剂一般为反应型相容剂，如有机过氧化物类。高分子相容剂大都属容剂，如有机过氧化物类。高分子相容剂大都属于非反应相容剂。于非反应相容剂。n n2 2、按作用性质分类，可以分成反应型相容剂

39、和非、按作用性质分类，可以分成反应型相容剂和非反应型相容剂两种。反应型相容剂在发挥相容作反应型相容剂两种。反应型相容剂在发挥相容作用时，伴随化学反应在，可以与共混组分形成化用时，伴随化学反应在，可以与共混组分形成化学键或氢键。反应型相容剂分子上含有可反应基学键或氢键。反应型相容剂分子上含有可反应基团，如羟基、酸酐和环氧基等团，如羟基、酸酐和环氧基等n n反应型相容剂常用品种有：反应型相容剂常用品种有：非反应型相容剂在发挥相容作用时，不发生化学反应，只起到乳化剂作用，降低两相界面的张力。n n3、按结构分类，相容剂主要为共聚物，按其共聚结构可分为嵌段共聚物和接枝共聚物两类。嵌段型相容剂比接枝相容

40、剂效果好，主要是接枝型体积阻力大的原因。交联技术n n交联是指在聚合物大分子链之间产生化学反应，从而形成化学键的过程。n n交联主要可以分为化学交联和辐射交联两种。n n一、化学交联是指交联剂在一定温度下分解产生自由基，引发聚合物大分子之间发生化学反应，从而形成化学键的过程。化学交联需要有交联剂的存在，并在一定温度下进行。常用交联剂品种n n按交联剂种类不同，主要分为：有机过氧化物交按交联剂种类不同，主要分为：有机过氧化物交联、有机硅交联、叠氮化物交联及离子交联等。联、有机硅交联、叠氮化物交联及离子交联等。n n常用有机过氧化物交联剂有：常用有机过氧化物交联剂有：1 1、过氧化二异丙苯（、过氧

41、化二异丙苯（DCPDCP），常与），常与ZnOZnO并用，可并用，可用于用于PEPE、EVAEVA、PVCPVC及不饱和聚酯的交联剂。及不饱和聚酯的交联剂。2 2、过氧化苯甲酰（、过氧化苯甲酰（BPOBPO），极不稳定，不溶于水，），极不稳定，不溶于水，常用于不饱和聚酯的交联。常用于不饱和聚酯的交联。3 3、二叔基过氧化物（、二叔基过氧化物（DTBPDTBP）、过氧化氢二异丙）、过氧化氢二异丙苯、苯、2 2，5-5-二甲基二甲基-2-2，5 5二叔丁过氧基己烷（二叔丁过氧基己烷（ADAD）等等化学交联设计原则n n1 1、为防止交联剂过早发生分解导致交联，交联最、为防止交联剂过早发生分解导致交

42、联，交联最好与成型同步进行，即分解温度要与加工温度相好与成型同步进行，即分解温度要与加工温度相匹配。在匹配。在150150度左右温度范围内，常用度左右温度范围内，常用DCPDCP，加工，加工温度大于温度大于150150度时，常用度时，常用ADAD、二叔丁过氧基二异、二叔丁过氧基二异丙苯等，加工温度更高时，一般选用硅烷类交联丙苯等，加工温度更高时，一般选用硅烷类交联剂。剂。n n2 2、对含有吸附性填料如无水硅酸、粘土等，对交、对含有吸附性填料如无水硅酸、粘土等，对交联剂有吸附作用，使交联效率下降。因而另入二联剂有吸附作用，使交联效率下降。因而另入二苯胍、聚乙二醇、铅和锌的金属皂类等，可以防苯胍

43、、聚乙二醇、铅和锌的金属皂类等，可以防止吸附，保持交联剂不受影响。止吸附，保持交联剂不受影响。n n3、对于酸性填料，如粘土、槽法炭黑等，会导致过氧化物的离子型分解而妨碍交联效果。为此需加入MgO、ZnO及胺类以防止上述副作用发生。n n4、防老剂加入会影响交联效率，需并用二苯基对苯二胺和a-N-苯基萘胺。n n二、辐射交联 辐射交联是指在高辐射能量作用下，于常温常压下，高分子结构发生变化，产生自由基，进而在大分子链之间形成化学键的过程。与化学交联相比，辐射交联不用交联剂，可以不引入其他物质；可在室温中常压进行，因而塑料制品不发生变形。n n在辐射交联反应中，衡量交联反应所占比率大小一般用交联

44、G值（第吸收100辐射能量而形成交联键数）或凝胶率表示，G值一般小于10.n n在辐射交联配方设计中涉及到增敏剂和敏化剂。n n增敏剂又称增感剂，其作用可使交联反应中的非链式转变为链式反应，增大交联反应比例，从而降低降解反应的比例，提高反应的G值，并可适当降低交联剂的用量。n n增敏剂一般为多官能团单体。如二甲基丙烯酸四甘醇酯（TEGDM）、三甲基丙烯酸三羟甲基丙酯（TMPTM）等。n n敏化剂的作用是加速辐射交联反应，其工作原理为进行能量传递，以有效地利用辐射能，从而降低辐射剂量，达到节能目的。n n敏化剂本身一般不参加反应，或参加反应而不成为交联网络的组成部分。常用的敏化剂有S2Cl2、C

45、Cl4、NaF及炭黑等。动态交联和静态交联n n动态交联（硫化）是指不同品种聚合物在熔融共混过程实现的交联，主要用于提高共混物相容性。n n进行动态交联的必要条件如下:1、被分散聚合物的粒径为110-3-210-3 2、两种聚合物的表面张力差应低于0.5-3.0mN；3、树脂结晶度应大于15%-30%n n静态交联是指在模具中完成交联过程的一种交联，由于交联后不受剪切作用，因而共混物为整体网状结构，近似于热固性塑料，性能可大幅提高，但不可再用热塑性方法进行加工。n n静态交联主要用于改性。IPN技术n nIPN技术是指互穿网络技术。它是指含有两种或两种以上聚合物共混时，两种分子在共混体系内互相

46、贯穿，在分子水平上达到“强迫互溶”和“分子协同”的效果。n nIPN技术合成的共混物有：PS和聚丙烯酸乙酯、端羟丁腈聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯、丁腈羟聚氨酯和聚环氧树脂、聚甲基丙烯酸乙酯和聚正丁基丙烯酸酯等。塑料配方中各组分的关系n n大多数塑料配方中都不只含有一种添加剂，而是含有两种或两种以上添加剂。这些不同的添加剂之间往往会产生一定的相互作用，从而影响整个配方的性能发挥。配方中各组分的相互关系有如下三类，即协同作用、对抗作用和加和作用。协同作用n n协同作用是提塑料配方中两种或两种以上的添加剂一起加入时的效果高于其单独加入的平均值。产生协同作用的原因主要是它们之间产生了物理或化学作用。n n

47、如在卤素/锑系复合阻燃体系中，卤系阻燃剂可与Sb2O3发生反应而生成 SbX3、SbX3可以隔离氧气从而达到增大阻燃效果的目的。对抗作用n n对抗作用是指塑料配方中两种或两种以上的添加对抗作用是指塑料配方中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。剂一起加入时的效果低于其单独加入的平均值。n n产生对抗作用的原理同协同作用一样，也是不同产生对抗作用的原理同协同作用一样，也是不同添加剂之间产生物理或化学作用的结果，不同的添加剂之间产生物理或化学作用的结果，不同的是，其作用的结果不但没有促进各自作用的发挥，是，其作用的结果不但没有促进各自作用的发挥，反而削弱了其应有的效果。反而

48、削弱了其应有的效果。n n如常用的抗氧剂与某些含硫化合物，特别是多硫如常用的抗氧剂与某些含硫化合物，特别是多硫化合物之间，存在对抗作用。其原因是多硫化合化合物之间，存在对抗作用。其原因是多硫化合物有助氧化作用。物有助氧化作用。加合作用n n加合作用是指塑料配方中两种或两种以上不同添加剂一起加入的效果等于其单独加入效果的平均值。n n如不同类型防老化剂并用后，可以提供不同类型的防护作用。如抗氧剂可防止热氧化降解，光稳定剂可防止光降解，防霉剂可防止生物降解等。塑料配方设计方法n n一、塑料配方的表示方法一、塑料配方的表示方法n n1 1、以树脂基体为、以树脂基体为100100份的配方表示方法。这种

49、表份的配方表示方法。这种表示方法是以树脂基体示方法是以树脂基体100100份为基准配方中其他组分份为基准配方中其他组分以相对树脂基体的用量份数来表示。由于计量容以相对树脂基体的用量份数来表示。由于计量容易，广泛用于工业生产和科学研究中。易，广泛用于工业生产和科学研究中。n n2 2、以混合料总量为、以混合料总量为100100份的配方表示方法。即以份的配方表示方法。即以配方中组分总用量为配方中组分总用量为100100份，配方中各组分以其所份，配方中各组分以其所占的分数来表示。这种表示方法利于进行原料消占的分数来表示。这种表示方法利于进行原料消耗量和生产成本的核算。耗量和生产成本的核算。n n3.

50、在对配方中各组分用量进行计量时，一般多用质量来表示。当配方中含有少量液体时，配方中含量大的固体组分用质量来表示，而为了配料 方便，液体组分可用体积来表示。如在塑料着色配方中，会用到少量的白油等液体分散剂，一般即用体积来表示。n n4.4.在已知配方中各组分密度时，配方中各组分用在已知配方中各组分密度时，配方中各组分用量也可均用体积来表示，这种表示方法多用于成量也可均用体积来表示，这种表示方法多用于成本核算中。这是由于塑料制品的体积在形状和造本核算中。这是由于塑料制品的体积在形状和造型设计确定下来后即得到确定，以型设计确定下来后即得到确定，以A A和和B B两种不同两种不同密度和成本的塑料为例，