塑料配方設(shè)計(jì)課件

1、塑料配方設(shè)計(jì)配方設(shè)計(jì)的重要性塑料因其質(zhì)輕、易加工、美觀實(shí)用、價(jià)格低等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于日常生活、各行各業(yè)及高精尖技術(shù)領(lǐng)域。塑料的主要成分是樹脂，占總質(zhì)量的40100。絕大多數(shù) 塑料制造的第一步是合成樹脂的生產(chǎn)，然后根據(jù)需要，將樹脂（有時(shí)加入一定量的助劑）進(jìn)一步加工成塑料制品。有少數(shù)品種（如澆注制品）其樹脂的合成和塑料的成型是同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)今，樹脂和助劑的種類繁多，若按其功能、品種、等級(jí)、牌號(hào)等分類可達(dá)數(shù)萬種，因此塑料配方也是千變?nèi)f化。塑料配方設(shè)計(jì)通常是指根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)等資料，恰當(dāng)?shù)卮_定可滿足產(chǎn)品使用性能、加工性能和成本要求的樹脂、助劑的種類及其用量等的一項(xiàng)重要工作。配方設(shè)計(jì)原則塑料配方設(shè)計(jì)有以下注意

2、事項(xiàng)：制品的使用功能；加工性能；加工及使用時(shí)的環(huán)保問題；成本等?？傊浞焦ぷ髡咭话闶窃诳紤]制品的物理機(jī)械性能、加工性能和成本三者平衡的前提下進(jìn)行配方設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何保持制品的使用性能及加工性能的平衡，所以說塑料配方設(shè)計(jì)不僅是一門科學(xué)，而且也包含運(yùn)用成功經(jīng)驗(yàn)的技巧。塑料制品使用性能塑料制品使用性能應(yīng)包括其本身的力學(xué)性能和使用時(shí)的特殊性能要求。塑料制品的性能要求一般包括拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、耐熱性、電絕緣性、耐化學(xué)性、透明性、氣密性等。各種制品的使用要求不同，需要的性能亦異。以HDPE 瓶而言，裝油需要耐油性；裝碳酸飲料需要具有阻隔性；裝光敏性藥品時(shí)要有遮光性。以PP

3、注射椅子為例，在北方需要低溫抗沖擊性強(qiáng)；用于礦井下，需要防靜電、阻燃性。以聚四氟乙烯為例，用作活塞環(huán)、軸承、軸瓦、滑塊、密封環(huán)等機(jī)械零件時(shí)，需要具有低的摩擦系數(shù)和自潤(rùn)滑性；用作絕緣材料時(shí)，需要其不受溫度、濕度和頻率的影響，具有優(yōu)異的電絕緣性；用作防腐材料時(shí)，需要有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。以聚苯硫醚為例，用作不粘鍋、散熱器零件和配油器零件時(shí)，需要耐熱耐油；用作汽車剎車零件、離合器和機(jī)械中的齒輪時(shí)，需要有較高的剛性和抗蠕變性。再以改性聚酰亞胺為例，用作交通運(yùn)輸包裝時(shí)，需要耐水性和阻燃性好；用作航空航天工業(yè)的高溫管和高溫涂層時(shí)，需要有耐高溫、耐濕熱和耐輻射性能。加工性能配方設(shè)計(jì)時(shí)需考慮加工性能。例如純的P

4、VC無法塑化加工，必須加入增塑劑、穩(wěn)定劑等助劑。加入增塑劑，可以削弱分子間的作用力，增加分子間的移動(dòng)性，從而降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使熔融加工溫度降低，低于PVC 的分解溫度。加入熱穩(wěn)定劑，可以抑制PVC 脫HCl 反應(yīng)，提高PVC 熱分解溫度，使之高于PVC 的熔融加工溫度。又如PVC 薄膜的制造中，吹塑法常選用內(nèi)潤(rùn)滑劑，壓延法則選用外潤(rùn)滑劑。環(huán)保要求配方設(shè)計(jì)需適應(yīng)環(huán)保要求。一般塑料制品著重評(píng)價(jià)其使用壽命。實(shí)際上應(yīng)從原材料的生產(chǎn)、加工、物質(zhì)流通、使用乃至廢棄整個(gè)過程來全面考慮。延長(zhǎng)制品使用壽命對(duì)節(jié)省資源和節(jié)約能源有利，對(duì)廢棄物的再利用和原材料的安全性也需重視。成本問題在配方設(shè)計(jì)時(shí)，除了保證產(chǎn)品能夠

5、順利加工和滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求以外，還必須最大限度降低產(chǎn)品的成本。因此，要充分了解原材料的性能價(jià)格比以及相互間的作用與禁忌事項(xiàng)，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法選擇最佳的性價(jià)比。當(dāng)可以替代使用時(shí)，盡量使用來源廣、采購(gòu)方便、成本低的助劑。降低生產(chǎn)成本要考慮包括原材料成本和加工成本在內(nèi)的總成本。例如，添加能改善加工性能的助劑雖然提高了原材料成本，但能大幅度降低加工成本，那么也就能降低總成本。其它因素配方設(shè)計(jì)還包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等在內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)。因此，在深入理解配方設(shè)計(jì)在整個(gè)開發(fā)過程中的重要性的基礎(chǔ)上，還必要考慮其他的相關(guān)因素。有了這些基本的原則作指導(dǎo)，我們?cè)谶M(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)就能做到全面考慮，綜合運(yùn)用。配方

6、設(shè)計(jì)要點(diǎn)配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵為選材、搭配、用量、混合四大要素，表面看起來很簡(jiǎn)單，但其實(shí)包含了許多內(nèi)在聯(lián)系，要想設(shè)計(jì)出一個(gè)高性能、易加工、低價(jià)格的配方也并非易事，需要考慮的因素很多，現(xiàn)提出一些要點(diǎn)供讀者參考。樹脂的選擇品種的選擇: 樹脂要選擇與改性目標(biāo)性能最接近的品種，以節(jié)省加入助劑的使用量。 如耐磨改性，樹脂要首先考慮選擇三大耐磨樹脂：即聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯(UHWPE)； 透明改性，樹脂要首先考慮選擇三大透明樹脂：聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚碳酸酯(PC)。耐熱改性，首先考慮選擇聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚苯并咪唑和聚芳砜；耐低溫改性，首先考慮選

7、擇低分子量聚乙烯、聚碳酸酯和熱塑性彈性體類（聚酯類熱塑性彈性體、聚烯類熱塑性彈性體、聚氨酯類彈性體）；隔熱改性，首先考慮選擇聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料、酚醛、脲醛泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料。一般要求樹脂成本低、性能高，同時(shí)還要考慮外觀美及耐久性，所以很難選擇一種能滿足所有性能要求的合適樹脂。例如，用注射成型方法生產(chǎn)透明容器時(shí)，在一般情況下可選擇聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯兩種樹脂，但如果要求廉價(jià)為首要條件，則選用聚苯乙烯；反之，如果強(qiáng)調(diào)耐候性能好時(shí)，就要選用聚甲基丙烯酸甲酯；如果還要再加上耐沖擊性能好，則就要排除上述兩種樹脂而選擇聚碳酸酯，當(dāng)然成本要提高。在選擇時(shí)還應(yīng)考慮以下內(nèi)容： 所選擇的樹脂能否承受

8、住使用環(huán)境中最高和最低的溫度，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)樹脂是否變形、發(fā)生龜裂、耐沖擊性能如何等。若不符合要求，就要改變現(xiàn)有的樹脂品種，另選新的品種，或進(jìn)行改性處理。另外，選擇的樹脂還需要考慮在使用環(huán)境中的其他影響因素。如在要求制品尺寸穩(wěn)定性能好時(shí)，還要考慮到樹脂的熱膨脹系數(shù)、成型初期及成型后期的收縮率變化、吸濕性等因素。一般情況下，不可能滿足所有的條件，但應(yīng)盡可能的滿足主要條件。只要滿足主要條件就可以了。關(guān)于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的掌握，一般按下述條件而定。（1）能否承受使用環(huán)境溫度的變化、陽光的影響及使用時(shí)負(fù)荷的變化；（2）制品是否合乎衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及安全性；（3）彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、電絕緣性、阻燃性、耐水性

9、、耐油性能、電學(xué)性能是否符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；（4）尺寸穩(wěn)定性、光學(xué)性能、抗毒抗?jié)窨咕阅苋绾危唬?）外觀上及經(jīng)濟(jì)成本、特殊要求是否能達(dá)到要求。流動(dòng)性的選擇不同品種的樹脂具有不同的流動(dòng)性，按此將塑料分成高流動(dòng)性、中等流動(dòng)性和低流動(dòng)性三類，具體如下： 高流動(dòng)性：聚苯乙烯(PS)，高抗沖聚苯乙(HIPS)，ABS，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺PA等。 中等流動(dòng)性：聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚(mPPO)、聚苯硫醚(PPS)等。 低流動(dòng)性：聚四氟化碳(PTFE)、超高相對(duì)分子 質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)、聚苯醚(PPO)等。流動(dòng)性的選擇 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

10、差懸殊的材料，要加過渡料，以減小粘度梯度。如阻燃配方中用PA66增韌時(shí)，常加入PA6作為過渡料，阻燃配方中用PA6增韌時(shí)，常加入HDPE作為過渡料。同一品種樹脂也具有不同的流動(dòng)性。主要原因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量及其分布的不同，所以同一種樹脂有許多不同的牌號(hào)。由于不同加工方法要求的樹脂流動(dòng)性不同所以樹脂又分為注塑級(jí)、擠出級(jí)、吹塑級(jí)、壓延級(jí)等牌號(hào)，具體如下表所示：助劑的選擇按改性目標(biāo)選助劑： 按要改性目標(biāo)選擇合適的助劑，加入助劑應(yīng)能充分發(fā)揮其功效，并達(dá)到要求的指標(biāo)。指標(biāo)一般為產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，或客戶提出的專項(xiàng)指標(biāo)。以下是為了使塑料具有某種特殊性能需要加入的助劑。助劑選擇的參考意見為：(1)增韌 添

11、加彈性體、熱塑性彈性體和剛性增韌材料；(2)增強(qiáng) 添加玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機(jī)纖維；(3)阻燃 添加溴類(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、水合金屬氧化物等各類阻燃劑；(4)抗靜電 添加各類抗靜電劑；(5)導(dǎo)電 添加碳類(炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管)、金屬纖維和粉，金屬氧化物；(6)磁性 添加鐵氧體磁粉，稀土磁粉包括釤鈷類(SmCo5 或Sm2Co17)、釹鐵硼類(NdFeB)、釤鐵氮類(SmFeN)，鋁鎳鈷類磁粉三大類；(7)導(dǎo)熱 添加金屬纖維和粉末，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；(8)耐熱

12、 添加玻璃纖維、無機(jī)填料、耐熱劑如取代馬來酰亞胺類和晶型成核劑；(9)透明 添加成核劑，對(duì)PP而言，晶型成核劑的山梨醇衍生物系列產(chǎn)品Millad 3988效果最好；(10)耐磨 添加PTFE、石墨、二硫化鉬、銅粉等；(11)電絕緣 添加煅燒高嶺土等；(12)絕熱 添加云母、蒙脫土、石英等。助劑與樹脂要匹配 助劑選擇時(shí)，要有針對(duì)性應(yīng)選擇對(duì)樹脂改性效果好的品種。例如： (1)紅磷阻燃劑適用于PA、聚對(duì)苯二甲酸丁酯(PBT)、聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET)。 (2)氮系阻燃劑適用于含氧類工程塑料，如PA、PBT、PET等。 (3)玻璃纖維對(duì)結(jié)晶型塑料的耐熱改性效果好，對(duì)非結(jié)晶型塑料效果差。 (4)炭黑在

13、結(jié)晶型樹脂中效果好。助劑的形態(tài)助劑的形狀 (1)纖維狀填料的增強(qiáng)效果好。纖維的形狀可用長(zhǎng)徑比(L/D)表示，L/D越大、增強(qiáng)效果越好。樹脂在熔融狀態(tài)時(shí)比在粉末狀態(tài)時(shí)有利于保持長(zhǎng)徑比。減小斷纖幾率。這就是為什么不從進(jìn)料口而從中部加料口加入玻璃纖維的原因。(2)球型填料的增韌效果好、并可增加制品的光亮度。硫酸鋇為典型的球型填料，因此高光澤PP的填充選用硫酸鋇，硫酸鋇也可以小幅度提高制品的剛性及韌性。助劑的粒度(1)粒狀助劑粒度的表示方法 粒狀助劑的粒度可用目數(shù)或平均粒徑表示，通常用的目數(shù)與平均粒徑的關(guān)系見下表。 注：目數(shù)有多種表示方法本表中的目數(shù)為每平方英寸篩網(wǎng)上的篩孔數(shù)目填料粒度對(duì)填充塑料的力學(xué)

14、性能的影響 粒度尺寸越小，對(duì)填充材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提高越大。在用20(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硅灰石填充PA6時(shí)，粒度對(duì)填充PA6的力學(xué)性能的影響見下表：粒度對(duì)無機(jī)阻燃劑阻燃性能的影響 無機(jī)阻燃劑的粒度越小，阻燃效果越好。例如水合金屬氧化物和三氧化二銻的粒度越小，達(dá)到同等阻燃效果的用量就越少。在LDPE中加入80份不同粒度的氫氧化鋁的阻燃效果見下表 在ABS中加入4%粒度為45m 的三氧化二銻與加入1%粒度為0.03m 的三氧化二銻阻燃效果相同。粒度尺寸對(duì)著色劑著色力的影響 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)上限值，而且對(duì)不同性能的上限值不同。對(duì)

15、著色力而言，偶氮類著色劑的上限粒度為0.1m，酞菁類著色劑的上限粒度尺寸為0.05m。對(duì)遮蓋力而言，著色劑的上限粒度尺寸為0.05m左右。粒度尺寸對(duì)導(dǎo)電助劑導(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)電效果時(shí)加入炭黑的量越低。但同著色劑一樣，粒度大小也有一個(gè)上限值，粒度太小，導(dǎo)電助劑易于團(tuán)聚而難于分散，效果反而不好。助劑的表面處理與樹脂良好的相容性是發(fā)揮助劑功效的關(guān)鍵。因此，必須設(shè)法提高或改善其與樹脂的相容性如采用表面活性劑、偶聯(lián)劑或相容劑對(duì)其進(jìn)行表面活化處理。所有無機(jī)類添加劑經(jīng)過表面處理，效果大都提高。尤其以粉末填料最為明顯，其他還有玻璃纖維、無機(jī)阻燃劑等。表面

16、處理以偶聯(lián)劑和相容劑為主，偶聯(lián)劑有硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類，常用相容劑有所用樹脂的馬來酸酐接枝聚合物。助劑的加入量從改性效果看，有的助劑加入量越多越好，如阻燃劑、增韌劑、磁粉、阻隔材料等，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，再增加無效果；偶聯(lián)劑，表面包覆即可；抗靜電劑，在制品表面形成泄電荷層即可。在設(shè)計(jì)配方時(shí)，應(yīng)該在能滿足改性效果的前提下，添加量最小，以降低成本。保證配方中各組分混合均勻配方中各組分的均分布是使配方能達(dá)到改性要求的保證，可采取下面的方法保證各組分的均勻分布： (1)分次加入 對(duì)于填料加入量過大的配方。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。

17、如加150份氫氧化鋁的無鹵阻燃PE配方，就要分兩次加入。否則不能造粒。填料的偶聯(lián)劑處理，一般以分三次噴入為佳。這樣能達(dá)到分散均勻，偶聯(lián)效果好。(2)合理的加料順序 在PVC或填充母料的配方中，各種料的加料順序很重要。如填充母料要先加填料。這樣有利于在混合后的升溫過程中除去其中的水份和后續(xù)的偶聯(lián)處理。外潤(rùn)滑劑要后加，以免影響其他物料的均勻混合。配方中一些組分的負(fù)面影響設(shè)計(jì)配方時(shí)要全面考慮，加入的助劑在滿足塑料的某種性能同時(shí)。應(yīng)盡可能不影響其他性能。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，使其沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度大幅度下降，加工流動(dòng)性變差。如果制品對(duì)復(fù)合材料的某項(xiàng)性能有影響，在配方設(shè)計(jì)中

18、要考慮補(bǔ)償措施，如加入彈性體以減少對(duì)沖擊性能的影響，加入潤(rùn)滑劑以改善加工性能。抗沖擊性 大部分無機(jī)材料和部分有機(jī)材料都降低材料的抗沖擊性。為了降低對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響，設(shè)計(jì)配方時(shí)可以考慮加入彈性體或增韌劑。透明性 大多數(shù)無機(jī)材料對(duì)透明性都有影響，折光指數(shù)與樹脂相近的無機(jī)材料對(duì)透明性的影響較小。對(duì)主要用于HDPE塑料袋的透明填充母料，可選擇對(duì)透明性影響較小的特殊品種的滑石粉。有些有機(jī)化合物也影響塑料的透明性，如在PVC的增韌劑中，除MBS外，CPE、EVA、ACR都影響制品的透明性。在無機(jī)阻燃材料中，只有膠體五氧化二銻不影響制品的透明性。顏色 配方設(shè)計(jì)，一定要注意助劑本身的顏色及其變色性。有些助劑本

19、身顏色很深，這會(huì)影響制品的顏色，難以制備淺色制品。如炭黑為黑色，只能制備深色制品；其他如石墨、紅磷、二硫化鉬、金屬粉末及工業(yè)礦渣等本身都有顏色，選用時(shí)要注意。還有些助劑本身為白色，但在加工中因高溫會(huì)變色，如硅灰石本身為白色，但填充到樹脂中加工后就成淺灰色。其他性能 塑料的導(dǎo)熱改性一般為加入金屬類和碳類導(dǎo)熱劑，但此類導(dǎo)熱劑又是導(dǎo)電劑，在提高導(dǎo)熱性同時(shí)會(huì)提高導(dǎo)電性，從而影響絕緣性。對(duì)于同時(shí)要求絕緣和導(dǎo)熱的塑料，不能加入具有導(dǎo)電性的導(dǎo)熱劑，只能加入絕緣類導(dǎo)熱劑，如陶瓷類金屬氧化物。配方應(yīng)考慮加工性配方要保證材料適當(dāng)?shù)募庸ば?，并?duì)加工設(shè)備和使用環(huán)境無不良影響。助劑必須具有良好的流動(dòng)性及耐熱性。此外，助

20、劑對(duì)樹脂的加工性影響要小；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。流動(dòng)性(1)大部分無機(jī)填料都影響加工性，在加入量大時(shí)，需要相應(yīng)加入加工助劑以補(bǔ)償損失的流動(dòng)性，如加入潤(rùn)滑劑等。(2)有機(jī)助劑一般都能改善塑料的加工性，如十溴二苯醚、四溴雙酚A阻燃劑都可改善塑料的加工流動(dòng)性，尤其四溴雙酚A的效果更明顯。(3)一般的PVC改性配方都需加入適量的潤(rùn)滑劑。耐熱性 除發(fā)泡劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑因功能要求必須分解外，應(yīng)保證助劑在加工溫度不分解。 (1)氫氧化鋁因分解溫度低，不適合用于PP，只能用于PE中。 (2)四溴雙酚A因分解溫度低，不適合于ABS的阻燃改性。 (3)大部分有機(jī)

21、染料分解溫度低，不適合高溫加工的工程塑料。 (4)改性塑料配方在加工過程中，都需要加入抗氧劑，以防止因螺桿的強(qiáng)烈剪切作用使其熱分解而導(dǎo)致材料變黃。衛(wèi)生及環(huán)保要求 配方中的各類助劑應(yīng)對(duì)操作者無害、對(duì)設(shè)備無害、對(duì)使用者無害、對(duì)環(huán)境無害。 衛(wèi)生性： 樹脂和所選助劑應(yīng)該無毒，或有害物含量在控制規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)環(huán)境的影響： 所選組分在加工時(shí)及在制品中不能污染環(huán)境：(1)鉛鹽不能用于上水管和電纜護(hù)套；(2)玩具、食品包裝膜必需用無毒的增塑劑。(3)不能用鎘、六價(jià)鉻、汞等重金屬；(4)不能用目前法規(guī)中禁用的助劑如多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等。塑料配方設(shè)計(jì)中各組分的相容性對(duì)于一個(gè)好的配方，除了配方組分選擇合理、用量

22、搭配得當(dāng)外，配方中各組分之間還要具有良好的相容性，這樣，才能充分發(fā)揮不同組分的應(yīng)盡作用。相容性原則判斷不同組分的相容性如何，一條根本的原則，即相似相容，可分為以下幾個(gè)方面： 溶度參數(shù)相近原則、極性相近原則、結(jié)構(gòu)相近原則、結(jié)晶能力相近原則、表面張力相近原則、粘度相近原則。溶度參數(shù)相近原則不同組分的混合過程實(shí)際上是分子鏈間相互擴(kuò)散的過程，受到分子鏈之間作用的制約。分子鏈間相互作用力的大小，可用溶度參數(shù)來表示。其數(shù)值為單位體積內(nèi)聚能密度的平方根。不同組分之間的相容性好壞，可用其溶度參數(shù)之差來衡量。差值越小，其相容性越好。對(duì)于共混小分子組分，其溶度參數(shù)差小于1.5，即視為相容性好；高分子組分之間的相容

23、規(guī)律為：溶度參數(shù)之差小于0.5，且分子量越大，對(duì)其差值要求越小，也就是說，高分子量的不同組分更不容易相容。對(duì)于溶度參數(shù)相近原則，需要注意的是，此原則只適用于非極性組分之間和非極性組分之間，而不選用于極性組分之間與結(jié)晶組分之間，其原因?yàn)槿芏葏?shù)只表示分子之間的色散力，而不表示極性組分之間 的偶極力及氫鍵。因此，不能完全表征分子間的作用力大小。極性相近原則其原則為不同配方之間的極性越相近，其相容性越好。另外，配方中組分的極性越大，其相容性越好；而非極性組分的相容性大都比較差。極性相近原則有些例外，如PVC/CR、PVC/CPE極性相近，但不相容；而PS/PPO兩種極性不同組分，相容性反而好。結(jié)構(gòu)相

24、近原則其原則為不同配方組分的結(jié)構(gòu)越接近，其相容性越好。所謂結(jié)構(gòu)相近，是指各自組分的分子鏈中含有相同或相近的結(jié)構(gòu)單元。如PS和PPO分子鏈中都含有芳香基團(tuán)，因而，其相容性很好。結(jié)晶能力相近原則其原則為不同配方組分的結(jié)晶能力越接近，其相容性越好。結(jié)晶能力是指可否結(jié)晶結(jié)晶難易和最大結(jié)晶度。兩種非晶態(tài)配方組分相容性好，而晶態(tài)/非晶態(tài)、晶態(tài)/晶態(tài)組分的相容性差，而且只有在混晶時(shí)才相容。配方組分在熔融狀態(tài)互混時(shí)，晶態(tài)已被破壞，不受結(jié)晶能力原則限制。表面張力相近原則配方組分的表面張力越接近，其相容性越好。配方中組分熔融時(shí)，與乳狀液相似，其穩(wěn)定性及分散度由界面兩相的表面張力決定，表面張力越接近，兩相間的浸潤(rùn)、

25、接觸及擴(kuò)散越好，界面的結(jié)合也越好。提高相容性的方法提高相容性的方法有：添加偶聯(lián)劑、添加相容劑、交聯(lián)技術(shù)和IPN技術(shù)。偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑也稱為表面處理劑，它是一種在無機(jī)材料與有機(jī)材料或不同有機(jī)材料之間，通過化學(xué)作用，使兩者親和性得到 改善的一種有機(jī)化合物。偶聯(lián)劑主要用于無機(jī)材料和有機(jī)材料混合體系中，有時(shí)也用于有機(jī)材料復(fù)合體系中，但很少見。偶聯(lián)劑的作用機(jī)理1、化學(xué)鍵理論 該理論認(rèn)為，偶聯(lián)劑分子含有兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)，其中一種基團(tuán)可與無機(jī)材料表面分子作用，形成化學(xué)鍵；而另一種基團(tuán)可與有機(jī)材料分子鍵合，從而在無機(jī)相與有機(jī)相之間起到橋梁和連接作用，使不相容兩相達(dá)到相容。 實(shí)際上，偶聯(lián)劑與兩相的作用還有氫鍵及物

26、理吸附等。 該理論較好地解釋了硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維復(fù)合體系的作用。2、表面浸潤(rùn)理論 該理論的主要論點(diǎn)為液態(tài)聚合物對(duì)無機(jī)填料的表面浸潤(rùn)性，促進(jìn)了兩者的相容性。如果無機(jī)填料被完全浸潤(rùn)，則樹脂在兩相界面上的物理吸附所產(chǎn)生的粘結(jié)強(qiáng)度，比樹脂本身內(nèi)聚能還要大。反之，如無機(jī)材料浸潤(rùn)不良，則導(dǎo)致相容性差。 此理論較好地解釋了熱固性樹脂與無機(jī)填料之間的復(fù)合。3、變層理論 為了緩和復(fù)合材料中樹脂和填料兩相在冷卻時(shí)不同收縮率而產(chǎn)生的界面應(yīng)力，希望在樹脂與填料之間形成一個(gè)柔性變形層，使復(fù)合材料的韌性增大。而偶聯(lián)劑可在樹脂與填料之間形成上述的柔性變形層，起到松弛界面應(yīng)力，阻止界面裂紋擴(kuò)展的作用。4、拘束層理論 復(fù)合材

27、料中存在著高模量的填料與低模量樹脂之間的界面區(qū)，偶聯(lián)劑是界面區(qū)中的一部分，它的模量介于樹脂與填料兩者中間，可以較好地傳遞應(yīng)力。偶聯(lián)劑的種類1、硅烷類偶聯(lián)劑早期主要用于熱固性塑料與玻璃纖維之間，現(xiàn)在廣泛用于熱塑性樹脂與含硅性填料之間。硅烷類偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式可以寫成：RSiX3.其中R為與樹脂分子有親和力或反應(yīng)能力的活性官能團(tuán)，如氨基、環(huán)氧基、乙烯基等。為能水解基團(tuán)，如甲氧基、乙?；醯?。為時(shí)，為氧化硅烷；為時(shí)，稱為多硫化硅烷。、鈦酸酯類偶聯(lián)劑主要用于熱塑性塑料與各類填料之間的偶聯(lián)。下表為典型的鈦酸酯偶聯(lián)劑的類型與化學(xué)結(jié)構(gòu)。、鋯酸酯類偶聯(lián)劑主要用于、及聚酯中。、鋁酸酯類偶聯(lián)劑成本低，除偶聯(lián)功能外，

28、還可以提高復(fù)合體系的機(jī)械強(qiáng)度及耐熱性。、鋯鋁酸酯偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑、有機(jī)鉻類偶聯(lián)劑等偶聯(lián)劑的選用原則、硅烷類偶聯(lián)劑主要適用于玻璃纖維及含硅填料，如石英、硅灰石、滑石粉、云母、二氧化硅、硅酸鈣、粘土等，也可用于部分金屬的氧化物及氫氧化物，但不用于碳酸鈣。樹脂主要為熱固性樹脂。、鈦酸類偶聯(lián)劑對(duì)填料的適用范圍廣，如碳酸鈣、滑石粉。鈦白粉等都可以還可用于玻璃纖維中。樹脂主要為等熱塑性樹脂。、酸性填料應(yīng)使用含堿性官能團(tuán)的偶聯(lián)劑，而堿性填料應(yīng)選擇含酸性官能團(tuán)的偶聯(lián)劑。、偶聯(lián)劑的加入量：硅烷偶聯(lián)劑的用量可定為填料的1%左右；鈦酸酯類用量一般為填料的0.25%-2%.5、一些表面活性劑會(huì)影響鈦酸酯偶聯(lián)劑作

29、用的發(fā)揮，如ZnO、HSt等必須在填料、偶聯(lián)劑、樹脂充分混合后加入。6、大多數(shù)鈦酸酯類偶聯(lián)劑易與酯類增塑劑發(fā)生酯交換反應(yīng)，因此，此類增塑劑需待偶聯(lián)劑加入后方可加入。7、鈦酸酯類偶聯(lián)劑不同品種之間復(fù)合加入有協(xié)同作用；硅烷類偶聯(lián)劑不同品種之間復(fù)合加入也有協(xié)同作用；鈦酸酯類與硅烷類復(fù)合加入?yún)f(xié)同效果好。相容劑相容劑是指借助于分子間的鍵合力，使不相容的兩種聚合物組分結(jié)合在一起，從而形成相容共混體系的一類化合物。相容劑也稱增容劑或助容劑等，與偶聯(lián)劑不同在于偶聯(lián)劑主要用于無機(jī)材料與有機(jī)材料之間，而相容劑則主要用于兩種有機(jī)材料之間。相容劑的作用原理1、非相容的共混物兩相之間存在著明顯的相界面，且其相界面很小，

30、只有1.0-1.1nm；相容劑加入后，可以存在于兩相界面之間，使兩相界面增大到2-3倍。2、存在于兩相界面的相容劑，具有很長(zhǎng)的分子鏈；長(zhǎng)分子鏈之間彼此產(chǎn)生一定的斥力，可以防止同相組分的接近與合并。3、相容劑可以降低兩相界面之間的界面張力。相容劑的種類1、按分子量大小分類，可分成高分子相容劑和低分子相容劑兩種。低分子相容劑一般為反應(yīng)型相容劑，如有機(jī)過氧化物類。高分子相容劑大都屬于非反應(yīng)相容劑。2、按作用性質(zhì)分類，可以分成反應(yīng)型相容劑和非反應(yīng)型相容劑兩種。反應(yīng)型相容劑在發(fā)揮相容作用時(shí)，伴隨化學(xué)反應(yīng)在，可以與共混組分形成化學(xué)鍵或氫鍵。反應(yīng)型相容劑分子上含有可反應(yīng)基團(tuán)，如羥基、酸酐和環(huán)氧基等反應(yīng)型相容

31、劑常用品種有： 非反應(yīng)型相容劑在發(fā)揮相容作用時(shí)，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只起到乳化劑作用，降低兩相界面的張力。3、按結(jié)構(gòu)分類，相容劑主要為共聚物，按其共聚結(jié)構(gòu)可分為嵌段共聚物和接枝共聚物兩類。嵌段型相容劑比接枝相容劑效果好，主要是接枝型體積阻力大的原因。交聯(lián)技術(shù)交聯(lián)是指在聚合物大分子鏈之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成化學(xué)鍵的過程。交聯(lián)主要可以分為化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)兩種。一、化學(xué)交聯(lián)是指交聯(lián)劑在一定溫度下分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)聚合物大分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成化學(xué)鍵的過程?；瘜W(xué)交聯(lián)需要有交聯(lián)劑的存在，并在一定溫度下進(jìn)行。常用交聯(lián)劑品種按交聯(lián)劑種類不同，主要分為：有機(jī)過氧化物交聯(lián)、有機(jī)硅交聯(lián)、疊氮化物交聯(lián)及離

32、子交聯(lián)等。常用有機(jī)過氧化物交聯(lián)劑有： 1、過氧化二異丙苯（DCP），常與ZnO并用，可用于PE、EVA、PVC及不飽和聚酯的交聯(lián)劑。 2、過氧化苯甲酰（BPO），極不穩(wěn)定，不溶于水，常用于不飽和聚酯的交聯(lián)。 3、二叔基過氧化物（DTBP）、過氧化氫二異丙苯、2，5-二甲基-2，5二叔丁過氧基己烷（AD）等化學(xué)交聯(lián)設(shè)計(jì)原則1、為防止交聯(lián)劑過早發(fā)生分解導(dǎo)致交聯(lián)，交聯(lián)最好與成型同步進(jìn)行，即分解溫度要與加工溫度相匹配。在150度左右溫度范圍內(nèi)，常用DCP，加工溫度大于150度時(shí)，常用AD、二叔丁過氧基二異丙苯等，加工溫度更高時(shí)，一般選用硅烷類交聯(lián)劑。2、對(duì)含有吸附性填料如無水硅酸、粘土等，對(duì)交聯(lián)劑有吸

33、附作用，使交聯(lián)效率下降。因而另入二苯胍、聚乙二醇、鉛和鋅的金屬皂類等，可以防止吸附，保持交聯(lián)劑不受影響。3、對(duì)于酸性填料，如粘土、槽法炭黑等，會(huì)導(dǎo)致過氧化物的離子型分解而妨礙交聯(lián)效果。為此需加入MgO、ZnO及胺類以防止上述副作用發(fā)生。4、防老劑加入會(huì)影響交聯(lián)效率，需并用二苯基對(duì)苯二胺和a-N-苯基萘胺。二、輻射交聯(lián) 輻射交聯(lián)是指在高輻射能量作用下，于常溫常壓下，高分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生自由基，進(jìn)而在大分子鏈之間形成化學(xué)鍵的過程。 與化學(xué)交聯(lián)相比，輻射交聯(lián)不用交聯(lián)劑，可以不引入其他物質(zhì)；可在室溫中常壓進(jìn)行，因而塑料制品不發(fā)生變形。在輻射交聯(lián)反應(yīng)中，衡量交聯(lián)反應(yīng)所占比率大小一般用交聯(lián)G值（第吸收

34、100輻射能量而形成交聯(lián)鍵數(shù)）或凝膠率表示，G值一般小于10.在輻射交聯(lián)配方設(shè)計(jì)中涉及到增敏劑和敏化劑。增敏劑又稱增感劑，其作用可使交聯(lián)反應(yīng)中的非鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)椒磻?yīng)，增大交聯(lián)反應(yīng)比例，從而降低降解反應(yīng)的比例，提高反應(yīng)的G值，并可適當(dāng)降低交聯(lián)劑的用量。增敏劑一般為多官能團(tuán)單體。如二甲基丙烯酸四甘醇酯（TEGDM）、三甲基丙烯酸三羥甲基丙酯（TMPTM）等。敏化劑的作用是加速輻射交聯(lián)反應(yīng)，其工作原理為進(jìn)行能量傳遞，以有效地利用輻射能，從而降低輻射劑量，達(dá)到節(jié)能目的。敏化劑本身一般不參加反應(yīng)，或參加反應(yīng)而不成為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的組成部分。常用的敏化劑有S2Cl2、CCl4、NaF及炭黑等。動(dòng)態(tài)交聯(lián)和靜態(tài)交聯(lián)

35、動(dòng)態(tài)交聯(lián)（硫化）是指不同品種聚合物在熔融共混過程實(shí)現(xiàn)的交聯(lián)，主要用于提高共混物相容性。進(jìn)行動(dòng)態(tài)交聯(lián)的必要條件如下 : 1、被分散聚合物的粒徑為110-3-210-3 2、兩種聚合物的表面張力差應(yīng)低于0.5-3.0mN； 3、樹脂結(jié)晶度應(yīng)大于15%-30%靜態(tài)交聯(lián)是指在模具中完成交聯(lián)過程的一種交聯(lián)，由于交聯(lián)后不受剪切作用，因而共混物為整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，近似于熱固性塑料，性能可大幅提高，但不可再用熱塑性方法進(jìn)行加工。靜態(tài)交聯(lián)主要用于改性。IPN技術(shù)IPN技術(shù)是指互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是指含有兩種或兩種以上聚合物共混時(shí)，兩種分子在共混體系內(nèi)互相貫穿，在分子水平上達(dá)到“強(qiáng)迫互溶”和“分子協(xié)同”的效果。IPN技術(shù)

36、合成的共混物有：PS和聚丙烯酸乙酯、端羥丁腈聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯、丁腈羥聚氨酯和聚環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸乙酯和聚正丁基丙烯酸酯等。塑料配方中各組分的關(guān)系大多數(shù)塑料配方中都不只含有一種添加劑，而是含有兩種或兩種以上添加劑。這些不同的添加劑之間往往會(huì)產(chǎn)生一定的相互作用，從而影響整個(gè)配方的性能發(fā)揮。配方中各組分的相互關(guān)系有如下三類，即協(xié)同作用、對(duì)抗作用和加和作用。協(xié)同作用協(xié)同作用是提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。產(chǎn)生協(xié)同作用的原因主要是它們之間產(chǎn)生了物理或化學(xué)作用。如在鹵素/銻系復(fù)合阻燃體系中，鹵系阻燃劑可與Sb2O3發(fā)生反應(yīng)而生成 SbX3、SbX3可

37、以隔離氧氣從而達(dá)到增大阻燃效果的目的。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。產(chǎn)生對(duì)抗作用的原理同協(xié)同作用一樣，也是不同添加劑之間產(chǎn)生物理或化學(xué)作用的結(jié)果，不同的是，其作用的結(jié)果不但沒有促進(jìn)各自作用的發(fā)揮，反而削弱了其應(yīng)有的效果。如常用的抗氧劑與某些含硫化合物，特別是多硫化合物之間，存在對(duì)抗作用。其原因是多硫化合物有助氧化作用。加合作用加合作用是指塑料配方中兩種或兩種以上不同添加劑一起加入的效果等于其單獨(dú)加入效果的平均值。如不同類型防老化劑并用后，可以提供不同類型的防護(hù)作用。如抗氧劑可防止熱氧化降解，光穩(wěn)定劑可防止光降解，防霉劑可防止生物降解

38、等。塑料配方設(shè)計(jì)方法一、塑料配方的表示方法1、以樹脂基體為100份的配方表示方法。這種表示方法是以樹脂基體100份為基準(zhǔn)配方中其他組分以相對(duì)樹脂基體的用量份數(shù)來表示。由于計(jì)量容易，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中。2、以混合料總量為100份的配方表示方法。即以配方中組分總用量為100份，配方中各組分以其所占的分?jǐn)?shù)來表示。這種表示方法利于進(jìn)行原料消耗量和生產(chǎn)成本的核算。3.在對(duì)配方中各組分用量進(jìn)行計(jì)量時(shí)，一般多用質(zhì)量來表示。當(dāng)配方中含有少量液體時(shí)，配方中含量大的固體組分用質(zhì)量來表示，而為了配料 方便，液體組分可用體積來表示。如在塑料著色配方中，會(huì)用到少量的白油等液體分散劑，一般即用體積來表示。4.在

39、已知配方中各組分密度時(shí)，配方中各組分用量也可均用體積來表示，這種表示方法多用于成本核算中。這是由于塑料制品的體積在形狀和造型設(shè)計(jì)確定下來后即得到確定，以A和B兩種不同密度和成本的塑料為例，A塑料 的密度為1，單位質(zhì)量成本1.2，B塑料的密度為1.3，單位質(zhì)量成本為1.很明顯B塑料的單位質(zhì)量成本較低，但生產(chǎn)單位體積的塑料制品時(shí)則A塑料 的成本為1.2，而B塑料的成本為1.3.所以在進(jìn)行成本核算時(shí)，要結(jié)合配方中各組分密度，進(jìn)行切實(shí)的考慮。配方設(shè)計(jì)方法一、單因素變量配方設(shè)計(jì)方法。這種方法要找出問題的關(guān)鍵，抓住主要矛盾，在試驗(yàn)中只考慮一個(gè)因素，而將其他因素作為不變量，以期得這一變量的最佳值。然后以此最

40、佳值為該變量的固定值，再考察其他變量，依此類推，直至找到理想的配方。在用此種方法確定配方時(shí)，必須保證生產(chǎn)工藝條件和測(cè)試條件的一致，否則無法取舍。用單因素法來安排試驗(yàn)，常用的方法有以下幾種：逐步提高法、黃金分割法、平分法、分批試驗(yàn)法。1.逐步提高法此法俗稱爬山法，其關(guān)鍵是首先要確定起點(diǎn)位置和試驗(yàn)范圍，起點(diǎn)位置和試驗(yàn)范圍選得好，試驗(yàn)的次數(shù)就會(huì)少一些。起點(diǎn)位置確定后，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，向原料增加和減少方向各選一點(diǎn)，這點(diǎn)距起點(diǎn)的距離稱為步長(zhǎng)，步長(zhǎng)的選擇一般先大后小。試驗(yàn)過程中需經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)和取舍來確定原料用量的增減和步長(zhǎng) 的大小，直至達(dá)到變量的最佳值。這種方法適合于對(duì)配方進(jìn)行微調(diào)，優(yōu)點(diǎn)是比較穩(wěn)妥，缺點(diǎn)是對(duì)經(jīng)

41、驗(yàn)依賴性大，試驗(yàn)次數(shù)較多。2、黃金分割法此法又稱0.618法，只需確定試驗(yàn)范圍，而無須確定起點(diǎn)位置和步長(zhǎng)。在試驗(yàn)過程中先在試驗(yàn)范圍內(nèi)的0.618處及0.382處分別做一次試驗(yàn)，而后比較試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行取舍，縮小試驗(yàn)范圍。在新確定的試驗(yàn)范圍內(nèi)重復(fù)上述過程，直至達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)量相對(duì)較少，但欠穩(wěn)妥。3.平分法此法又稱對(duì)分法，與黃金分割法有些類似，不同在于步長(zhǎng)的選擇固定為0.5，但此法應(yīng)用較少一般要在已知制品所需性能指標(biāo)和所考察的變量對(duì)相關(guān)性能指標(biāo)影響規(guī)律的情況下，才能使用。4、分批試驗(yàn)法可分為均分分批試驗(yàn)法和比例分批試驗(yàn)法兩種，兩者的區(qū)別在于前者先在試驗(yàn)范圍內(nèi)均勻安排一批試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定新的試驗(yàn)范圍，再重復(fù)上述過程 ，直至得到最好的結(jié)果。此法的缺點(diǎn)在于試驗(yàn)次數(shù)較多。而后者是按一定比例一次性把所有可能的試驗(yàn)都安排下去，此法主要適用于原料少量變化就能引起較大的性能指標(biāo)變化的場(chǎng)合。多因素變量配方設(shè)計(jì)方法當(dāng)配方設(shè)計(jì)中同時(shí)存在兩個(gè)以上自變量影響因變量（制品性能）時(shí)，就需采用多因素試驗(yàn)法。多因素試驗(yàn)方法很多，其中以正交試驗(yàn)用得最多。正交設(shè)計(jì)法正交試驗(yàn)法是在優(yōu)選的試驗(yàn)范圍內(nèi)，首先確定試驗(yàn)的因素?cái)?shù)和水平數(shù)，而后一次性布置一批試驗(yàn)