成型物料的配制(與“塑料”有關的文檔共86張)

第七章成型物料的配制第一頁，共86頁。概述塑料及制品的成型加工過程第二頁，共86頁。以高分子化合物（樹脂）為主體，配以一定的添加劑，能夠在加熱加壓作用下塑化成型為一定形狀制品，常溫下不再變形的材料。塑料第三頁，共86頁。塑料分類

1.按塑料受熱行為：分為熱塑性塑料和熱固性塑料熱塑性塑料受熱后會從固體狀態(tài)逐步轉變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)。這種轉變理論上可重復無窮多次。熱塑性塑料是可以再生的。例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和滌綸樹脂等。絕大多數高分子化合物為熱塑性高分子。第四頁，共86頁。塑料分類熱固性塑料受熱后先轉變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)，進一步加熱則轉變?yōu)楣腆w狀態(tài)。這種轉變是不可逆的。即熱固性塑料是不可再生的。能通過加入固化劑使流體狀轉變?yōu)楣腆w狀的高分子。例如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、硫化橡膠等。第五頁，共86頁。塑料分類

2.按塑料使用功能：分為通用塑料和工程塑料塑料通用塑料:產量大，價格便宜，原料來源豐富，應用面廣。力學性能和熱性能比較差，作為非結構材料使用。例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯酚醛和氨基塑料等，占塑料總量的80％。第六頁，共86頁。塑料分類

2.按塑料使用功能：分為通用塑料和工程塑料塑料工程塑料:具有優(yōu)異的力學性能、熱性能、尺寸穩(wěn)定性、耐化學腐蝕性或能滿足特殊要求的塑料，作為結構材料使用。例如：

聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯醚、聚砜、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、改性聚丙烯、聚醚醚酮等。第七頁，共86頁。常見熱塑性塑料（P205）第八頁，共86頁。常見熱塑性塑料第九頁，共86頁。1）

結構單元：

聚乙烯（PE－polyethylene）：——CH2—CH2——［］2）種類：（a）HDPE（b）LDPE（c）LLDPE（d）UHMWPE第十頁，共86頁。

3）性質：①耐化學腐蝕；②良好的電絕緣性和高頻介電性能；③韌性、耐寒性好；④較低的摩擦系數；⑤不易吸水；⑥不耐熱，不耐大氣老化。第十一頁，共86頁。

4）應用：

聚乙烯是塑料中產量最大的一類品種，屬于結晶性塑料，外觀乳白，半透明。低密度聚乙烯(LDPE)

：日用制品、薄膜、軟質包裝材料、層壓板、電線電纜包覆等。線性低密度聚乙烯(LLDPE)

：超薄薄膜、農用地膜、拉伸纏繞膜、注塑制品、電纜護套等

高密度聚乙烯(HDPE)：小負荷齒輪和軸承、管材、閥門、高頻電纜絕緣層、硬質包裝材料等。第十二頁，共86頁。UHMWPE分子量100～400萬。北京助劑二廠生產。線型結構，結晶困難，相對密度不超過。與普通PE相比：具有極好的耐磨性、低摩擦性、極高的耐沖擊性、自潤滑性好、耐腐蝕、生理相容性好。硬度低、耐熱性較差、加工困難及抗蠕變性差。應用：耐磨輸送管道，機械零件，醫(yī)用材料。第十三頁，共86頁。1）

結構單元：

聚氯乙烯（PVC－polyvinylchloride

）：2）

性質：具有較高的強度、剛性；良好的電絕緣性、耐化學腐蝕性；能溶于四氫呋喃和環(huán)已酮等有機溶劑；具有阻燃性；但熱穩(wěn)定性較差，使用溫度較低，介電常數、介電損耗較高。——CH2—CH——［］Cl│第十四頁，共86頁。3）應用：

純聚氯乙烯屬無規(guī)立構，無色透明，硬而脆，很少應用。常利用橡膠和增塑劑對其改性處理。

硬聚氯乙烯：用于工業(yè)管道、給排水系統(tǒng)、板件、管件、建筑及家用防火材料，化工防腐設備及各種機械零件。

增塑（軟）聚氯乙烯：用于窗簾、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墻紙；農用薄膜、耐酸堿軟管及電線電纜包覆層等。第十五頁，共86頁。1）

結構單元：

聚丙烯（PP-polypropylene)）：

2）

性質：無毒、無味、無臭、半透明蠟狀固體。密度小，力學性能高于聚乙烯；耐熱性、耐水性良好，化學穩(wěn)定性好；但不耐芳香族和氯化烴溶劑，耐寒性差，易老化。——CH2—CH——［］CH3│第十六頁，共86頁。3）應用：

聚丙烯屬等規(guī)立構，結晶性塑料，外觀乳白半透明。主要用于家庭廚房用具、包裝薄膜、醫(yī)療器械、高頻絕緣材料；化工管道、家用電器部件等，以及汽車及機械零部件，如車門、方向盤、齒輪、接頭等。第十七頁，共86頁。1）

結構單元：

聚苯乙烯（PS-polystyrene

）：2）

性質：

無毒、無味、無色透明狀固體。電絕緣性優(yōu)良，介電損耗極??；耐化學腐蝕性優(yōu)良，但不耐苯、汽油等有機溶劑；強度較低，硬度高，脆性大，不耐沖擊，耐熱性差，易燃。——CH2—CH——［］│第十八頁，共86頁。

3）應用：

聚苯乙烯屬無規(guī)立構，非晶性塑料，高度透明（透光率為88～92％）。

主要用于日用、裝潢、包裝及工業(yè)制品；儀器儀表外殼、燈罩、光學零件、裝飾件、透明模型、玩具、化工儲酸槽，包裝及管道的保溫層，冷凍絕緣層等。第十九頁，共86頁。1）

結構單元：

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-polymethylmethacrylate

）：2）

性質：

較高的強度和韌性、優(yōu)良的光學性能，透光率比普通硅玻璃好（透光率約為91～93％）；優(yōu)良的電絕緣性；耐化學腐蝕性好，熱導率低；但硬度低，表面易擦傷，耐磨性差，耐熱性不高。CH2—C—]—［│CH3COOCH3│第二十頁，共86頁。

3）應用：

聚甲基丙烯酸甲酯又稱有機玻璃，屬無規(guī)立構，非晶性塑料。

主要用于飛機、汽車的窗玻璃和罩蓋，光學鏡片，儀表外殼，裝飾品，廣告牌，燈罩，光學纖維，透明模型，標本，醫(yī)療器械等。

第二十一頁，共86頁。1）

結構單元：

聚四氟乙烯（PTFE）：2）

性質：

出色的耐熱、耐寒能力（-180～+260℃長期使用）；摩擦系數極低，有自潤滑效果；化學穩(wěn)定性極佳，俗稱“塑料王”；極好的電絕緣性和介電性；但強度低，抗蠕變性較差，不易加工成形?！狢F2—CF2——［］第二十二頁，共86頁。

3）應用：

聚四氟乙烯屬結晶性塑料，外觀呈瓷白色，一般在360～380℃燒結成形。

主要用于軸承、墊圈等自潤滑材料；高溫電纜絕緣材料、電器元件；化工管道及零件；不粘鍋涂層等。第二十三頁，共86頁。1）

結構：尼龍的品種很多，如尼龍6、尼龍66、尼龍610等。數字表示基本單元中的碳原子數目。所有尼龍分子結構單元中都有一個相同的特征基團－酰胺基：

聚酰胺（尼龍或錦綸）（PA－polyamides

）：——C—N——［］‖OH│第二十四頁，共86頁。3）應用：纖維增強尼龍主要用于軸承、齒輪、高壓密封圈、閥門、包裝材料、輸油管、汽車杠及絲織品等。

2）

性質：

聚酰胺屬結晶性塑料，半透明，乳白，略帶黃色。

由于酰胺基的存在，分子之間有很強的氫鍵作用，因此聚酰胺的強度高，韌性好；另外耐磨性和自潤滑性好，摩擦系數低；具有良好的耐油、耐溶劑性、阻燃性；但吸水性大，熱膨脹系數大，耐熱性不高。第二十五頁，共86頁。1）

結構單元：

聚甲醛（POM-polyformaldehyde

）：——CH2—O——［］2）

性質：

具有較高的強度、硬度、剛性、韌性、耐磨性和自潤滑性，耐疲勞性能高，吸水性小，摩擦系數小，耐化學品腐蝕性好，電絕緣性能良好，但熱穩(wěn)定性差，易燃。具有較高的綜合性能，可以替代一些金屬和尼龍。第二十六頁，共86頁。

3）均聚甲醛的改性：

工業(yè)上利用共聚反應來生成共聚甲醛，來改善熱穩(wěn)定性。共聚甲醛的結構單元為：

4）應用：

聚甲醛屬結晶性塑料，乳白色。部分取代有色金屬和合金，用于制造低載荷齒輪、軸承，塑料彈簧等?！狢H2—O—［］x—CH2-CH2-CH2-CH2-O—［］y，第二十七頁，共86頁。1）

結構單元：

聚碳酸酯（PC-polycarbonate

）：2）

性質：

①低溫沖擊韌性極佳；②高模量、高強度、抗蠕變，尺寸穩(wěn)定性好；—O—C—O——［］│O———C—││CH3CH3第二十八頁，共86頁。

3）應用：由于聚碳酸酯具有優(yōu)異的綜合力學性能，又高度透明，故俗稱“透明金屬”。纖維增強聚碳酸酯可部分取代鋼、有色金屬等制造儀器儀表的機械傳動部件。未增強聚碳酸酯用于制作車燈罩、護目鏡、安全帽、門窗玻璃甚至防彈玻璃等。③透光率高，約為86～92％；④電絕緣性好。第二十九頁，共86頁。1）

結構單元：丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體（共聚生成）

ABS塑料：2）

性質：丙烯晴能提高強度、硬度、耐熱性和耐腐蝕性，丁二烯能提高韌性，苯乙烯能提高電性能和成型加工性能。ABS塑料具有較好的抗沖擊性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蝕性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烴類溶劑。第三十頁，共86頁。

3）應用：ABS作為“堅韌、質硬且剛性”的材料，是最早被人類認識和使用的“高分子合金”。用于輕載齒輪、軸承，電器外殼，汽車部件，各類容器、管道等。第三十一頁，共86頁。1）

聚砜（PSF）：其他熱塑性塑料：聚砜是含硫的透明樹脂，其耐熱性抗蠕變性突出，長期使用溫度可達150~174℃，脆化溫度-100℃。廣泛用于電器、機械、交通和醫(yī)療領域。2）

聚苯醚（PPO）：

聚苯醚是線性非晶態(tài)工程塑料，綜合性能好，使用溫度寬-190～190℃，耐磨性、電絕緣性和耐水蒸氣性能好。主要用作在較高溫度下工作的齒輪、軸承、凸輪、化工管道、閥門和外科醫(yī)療器械等。第三十二頁，共86頁。3）聚酰亞胺：聚酰亞胺是含氮的環(huán)形結構的耐熱性樹脂，其強度硬度較高，使用溫度可達260℃；但加工性較差，脆性大，成本高。主要用于特殊條件下工作的精密零件，如噴氣發(fā)動機供燃料系統(tǒng)的零件，耐高溫高真空用自潤滑軸承及電氣設備，是航空航天工業(yè)中常用的高分子材料。第三十三頁，共86頁。塑料制品的成型加工過程第三十四頁，共86頁。塑料制品的成型加工過程樹脂的合成樹脂配料或專用料的生產塑料或專用料加工成型制品添加劑后加工處理樹脂的合成塑料制品的加工成型后加工配料及專用料的生產第三十五頁，共86頁。塑料制品的成型加工過程配料及專用料的生產塑料制品的生產●擠出成型●注射成型●二次成型（中空吹塑成型）第三十六頁，共86頁。第七章成型物料的配制及專用料的生產配制：根據配方，通過混合等手段，將高聚物和添加劑等組分制成均勻的復合物，可為粒料或粉料。配制是塑料成型前的準備階段第三十七頁，共86頁。粉狀和粒狀塑料配制工藝流程圖第三十八頁，共86頁。塑料的配制包括：配方的設計，原料的準備，配料，混合，塑化，粉碎或造粒等工序。第三十九頁，共86頁。配方設計根據塑料制品的性能要求及生產工藝、設備的條件，在充分了解原材料（各種樹脂和各種助劑的性質、結構、價格、配伍性、成型加工性、毒性等）性能的基礎上，確定各種原材料的用量配比關系。第四十頁，共86頁。7.1樹脂與添加劑選擇樹脂的選擇添加劑的選擇第四十一頁，共86頁。7.1.1樹脂的選擇塑料的組成：樹脂，添加劑（包括改性材料）在制品中成為均一的連續(xù)相能將各種添加劑粘結在一起，并賦予制品必要的物理機械性能。樹脂（高聚物）的作用第四十二頁，共86頁。7.1.1樹脂的選擇聚合物(樹脂)品種不同，所得制品性能和使用范圍也不一樣。即使同一品種由于合成方法不同，所得產品性能也不相同，成型加工工藝和制品的使用范圍也有差異。例如PVC，懸浮法樹脂雖比乳液法樹脂的分子量低，分散性較大，但電性能好，成本低，多用在擠出和注射等成型中，用以制造電絕緣材料、硬板(管)、日常生活用品等；而乳液樹脂由于粒子細，易于成糊，多用來制糊，生產搪塑制品和人造革，涂料等。第四十三頁，共86頁。7.1.1樹脂的選擇同一品種，同一方法生產的樹脂，由于牌號不同，加工性能和用途都有差異。即使同一牌號樹脂，由于批號不同，批與批間也有差異，因此在配料時需采用不同的工藝條件，才能保證質量和為成型提供方便。然而，聚合物或樹脂本身的性能，對加工性能和產品性能影響很大樹脂本身的性能對加工和產品性能影響極大，首先應選擇合適的樹脂第四十四頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇添加劑的種類：增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、填料、著色劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、抗靜電劑等。添加劑的作用：制品性能的多種要求成型加工性的要求成本的要求第四十五頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇增塑劑：能減少分子間作用力，增加聚合物成型流動性和制品柔性或彈性的助劑。非極性增塑劑作用原理第四十六頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇增塑劑：極性增塑劑作用原理第四十七頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇增塑劑：作用原理：減少分子間作用力使用性能：降低Tg。塑料柔韌性、耐寒性↑強度、硬度、模量↓加工性能：Tf、粘度↓，流動性↑，防止熱分解。要求：與聚合物的相容性好；揮發(fā)性、遷移性、溶浸性??；良好的耐熱、耐光、不燃、無毒性。主要用于PVC樹脂，占總消費量的80％。第四十八頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇增塑劑用量對聚氯乙烯的抗張強度、斷裂伸長率和熔體粘度的影響TCP－磷酸三甲酚酯，DOP－臨苯二甲酸二辛酯，DOA－己二酸二辛酯DAP－臨苯二甲酸二烷基7－9酯，DBP－臨苯二甲酸二丁酯，DMP－臨苯二甲酸二甲酯第四十九頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇穩(wěn)定劑：作用：防止和抑制塑料加工和長期使用及貯存過程中，由于各種外界因素（光、熱、氧、射線、細菌、霉菌等）作用而引起的老化（降解或交聯）。熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑等。第五十頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇PVC熱穩(wěn)定劑吸收HCl，終止其對PVC降解的催化作用。如：鉛鹽穩(wěn)定劑置換烯丙基中的活潑氯原子。如金屬皂、有機錫穩(wěn)定劑加成聚烯結構的雙鍵，防止PVC的繼續(xù)降解和變色。如：有機錫、環(huán)氧化合物穩(wěn)定劑其它還有輔助穩(wěn)定劑目前發(fā)展方向為無毒穩(wěn)定劑，復合穩(wěn)定劑，非重金屬穩(wěn)定劑第五十一頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇PVC常見熱穩(wěn)定劑：。鉛類穩(wěn)定劑：三堿式硫酸鉛，二堿式亞磷酸鉛，無塵復合鉛鹽等。金屬皂類穩(wěn)定劑：硬脂酸鋇、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎘、復合型液體鋇／鎘穩(wěn)定劑、復合型液體鈣／鋅穩(wěn)定劑、月桂酸鋇等有機錫穩(wěn)定劑：二月桂酸二丁基錫、二馬來酸二丁基錫、二馬來酸單辛酯二辛基錫等。銻類穩(wěn)定劑，如硫醇銻鹽類等。其他，如稀土穩(wěn)定劑、水合硅鋁鎂穩(wěn)定劑、亞磷酸酯類穩(wěn)定劑等。第五十二頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇抗氧劑：代替易受氧化分解的聚合物與氧反應，防止或推遲氧對聚合物的影響，抑制聚合物的氧化?？寡鮿┑淖饔脵C理分三種：一是鏈終止型抗氧劑，即是工業(yè)生產中的主抗氧劑；二是過氧化物分解劑，三是金屬離子鈍化劑，這兩種是工業(yè)生產中的輔助抗氧劑。第五十三頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇抗氧劑：代替易受氧化分解的聚合物與氧反應，防止或推遲氧對聚合物的影響，抑制聚合物的氧化?？寡鮿┑淖饔脵C理分三種：一是鏈終止型抗氧劑，即是工業(yè)生產中的主抗氧劑；二是過氧化物分解劑，三是金屬離子鈍化劑，后兩種是工業(yè)生產中的輔助抗氧劑。主抗氧劑用量一般為0.1~0.5%第五十四頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇抗氧劑：聚烯烴、聚苯乙烯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚苯醚、ABS樹脂等，在制造和使用過程中都會因氧化而加速降解，使其性能變壞，加入抗氧劑可制止或推遲聚合物在正?；蜉^高溫度下的氧化過程。第五十五頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇光穩(wěn)定劑：能吸收光和射線或移出聚合物吸收的光能，放出沒有破壞性的光能(長波的)或熱能，從而減緩或免除聚合物降解。包括紫外線吸收劑，淬滅劑，先驅型紫外線吸收劑，光屏蔽劑等戶外和照明用的塑料制品要加入光穩(wěn)定劑。聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯等都需加入光穩(wěn)定劑。用量一般為：0.01~0.5%第五十六頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇第五十七頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇潤滑劑：作用：改進塑料熔體的流動性能，減少或避免對設備的粘附，改善脫模性，提高制品表面光潔度等。一般添加量為0.5~1%包括外潤滑劑和內潤滑劑。常用內潤滑劑：硬脂酸及鹽類。常用外潤滑劑：硬脂酸、石蠟、礦物油、硅油等。對于PVC的加工十分重要。第五十八頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇填料：作用：提高制品的物理性能（耐熱性，硬度，耐磨性，阻燃性等），降低成本。碳酸鈣，滑石粉，粘土，二氧化硅，二硫化鉬等納米材料：提高力學性能，環(huán)保型阻燃劑，殺菌一般加入聚合物中相容性和分散性不好，需用偶聯劑進行處理，增加相容性及與聚合物的結合能力。第五十九頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇纖維增強材料：玻璃纖維，碳纖維等，耐高溫，強度高，用于汽車、化工、航空航天等高科技產業(yè)。如：PP纖維增強材料，PA纖維增強材料等。一般也需用偶聯劑進行處理，以增加與聚合物的結合力。第六十頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇阻燃劑：作用：增加高聚物的耐燃燒性能鹵代烴與氧化銻阻燃劑，磷氮系阻燃劑，反應膨脹型阻燃劑，無機阻燃劑等。發(fā)展方向：低鹵、低煙、高效、無毒環(huán)保型阻燃劑。電線電纜，電子電器制品，建筑物室內裝飾材料等。第六十一頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇發(fā)泡劑：作用：使高聚物產生泡孔結構。隔熱、隔音、質輕、彈性等制品。開發(fā)熱點：微發(fā)泡材料?？轨o電劑：防止塑料的靜電危害。如：礦山用塑料。第六十二頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇偶聯劑：作用：提高樹脂與無機材料界面的結合力，有量刑結構的物質。硅烷偶聯劑，鈦酸酯偶聯劑等。著色劑：給予塑料色彩或特殊光學性能，有時改善制品的耐候性。第六十三頁，共86頁。7.1.2添加劑的選擇其它：抗沖改性劑和相容劑加工改性劑和流滴劑母料助劑成核劑開口劑保鮮劑等第六十四頁，共86頁。7.2配方設計配方設計原則制品的性能要求；成型加工性要求；選用的原材料來源容易，產地較近，質量穩(wěn)定可靠，價格合理，成本低；成型工藝成型設備第六十五頁，共86頁。7.2配方設計配方表示方法以高分子化合物為100份的配方表示法。此法計量容易，應用廣泛，適于工業(yè)生產，大多數科研論文和報告中常用。以混合料為100份的配方表示法，各組分以質量分數表示。此法對計算原材料消耗、定額指標等較方便，便于財務的成本核算及定價。第六十六頁，共86頁。7.2配方設計第六十七頁，共86頁。7.3原料的準備在混合前要對原材料去除雜質和干燥（那些樹脂需要干燥？）。一些小劑量和難分散的配合劑，為了使其在塑料中均勻分散，可以把它們制成漿料或母料，再混入混合物中。（如：色母料）配料計量是根據配方精確稱量原料各組分。固體樹脂和配合劑的輸送可用氣動源送至料倉，液狀配合劑的輸送可用齒輪泵管道輸送至高位貯槽，為混合過程連續(xù)化創(chuàng)造條件。原料的預處理、配料計量，輸送。第六十八頁，共86頁。7.4混合分布混合:使各組分作空間無規(guī)分布，各組分在混合物中濃度趨于一致。分散混合:使組分聚集體尺寸減小，相互滲透，互溶。機理：擴散，對流，剪切?；旌铣潭仍u定：組成的均勻程度，物料的分散程度。主要設備：高速混合機（高攪）。潤性和非潤性材料，特別是粉料。將原料各組分相互分散以獲得均勻的物料。第六十九頁，共86頁。7.4混合第七十頁，共86頁。7.4混合第七十一頁，共86頁。7.4混合第七十二頁，共86頁。7.4混合第七十三頁，共86頁。7.4混合舉例：PVC的混合工藝主要成分：PVC樹脂，增塑劑，熱穩(wěn)定劑，沖擊改性劑，色料，填料，潤滑劑。加料順序：根據制品制定。設備：熱混，冷混。出料：一般以溫度為準。第七十四頁，共86頁。7.4混合以上介紹為初混過程，也是粉料的配制過程，有些初混后可直接用于制品的生