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技術交流

塑料改性有哪些手段?有哪些類別(經典教材)

发布时间:2018/1/22 16:13:23 浏览次数:1351

 一  什麽是改性塑料?

在通用塑料和工程塑料的基礎上,通過物理、化學、機械等方式,經過填充、共混、增強等加工方法,改善塑料的性能或增加功能,對塑料的阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性等機械性能得到改善和提高,使得塑料能適用在特殊的電、磁、光、熱等環境條件下。


 二  塑料改性技術的應用範圍

從原料樹脂的生産到多種規格及品種的改性塑料母料的生産;應用于幾乎所有的塑料制品的原材料與成型加工過程中。

塑料改性的應用範圍很廣泛,幾乎所有塑料的性能都可通過改性方法得到改善。如塑料的外觀、透明性、密度、精度、加工性、機械性能、化學性能、電磁性能、耐腐蝕性能、耐老化性、耐磨性、硬度、熱性能、阻燃性、阻隔性等方面。爲了降低塑料制品的成本、改善性能、提高功能,都離不開塑料改性技術。


 三  塑料改性方法

物理改性:原則上不發生化學反應,主要是物理混合過程。在物理改性過程中往往也伴隨有化學反應的發生。


化學改性:在聚合物分子鏈上通過化學方法進行嵌段共聚、接枝共聚、交聯與降解等反應,或者引入新的官能團而形成特定功能的高分子材料。


 四  塑料主要改性技術手段

1.填充

通過給普通塑料加入無機礦物(有機)粉末,改善塑料材料的剛性、硬度、耐熱性等性能。填充劑種類繁多,其特性也極複雜。

塑料填充劑(filler for plastics)的作用:提高塑料加工性能、改進物化性質、增加容積、降低成本。

塑料增量填充劑應具備的特性:

(1)化學性質不活潑,呈惰性,不與樹脂及其他助劑發生不良反應;

(2)不影響塑料的耐水性、耐化學藥品性、耐候性、耐熱性等;

(3)不降低塑料的物理性能;

(4)可以大量填充;

(5)相對密度小,對制品的密度影響不大;

(6)價格相對低廉。


2.增強

1)措施:通過在加入玻璃纖維、碳纖維等纖維狀物質。


2)效果:可以明顯改善材料的剛性、強度、硬度、耐熱性,

3不良影響:但很多材料會導致表面不良和韌性明顯降低。

4增強原理:

  • 增強材料具有較高的強度和模量;

  • 樹脂具有許多固有的優良物理、化學(耐腐蝕、絕緣、耐輻照、耐瞬時高溫燒蝕等)和加工性能;

  • 樹脂與增強材料複合後,增強材料可以起到增進樹脂的力學或其他性能,而樹脂對增強材料可以起到粘合和傳遞載荷的作用,使增強塑料具有優良性能。


3.增韌

有較多的材料韌性不夠、太脆,可以通過加入韌性較好的材料或者超細無機材料,增加材料韌性和低溫使用性能。

增韌劑:爲了降低塑料硬化后的脆性,提高其冲击强度和延伸率而加入树脂中的一种添加剂。

常用增韌劑:

多爲馬來酸酐接枝相容劑)——

乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、

氯化聚乙烯(CPE)、

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、

苯乙烯-丁二烯熱塑性彈性(SBS)、

三元乙丙橡膠(EPDM)......

都是用于塑料特別是工程塑料上效果顯著的增韌劑。

4.阻燃

在較多的場合,要求材料有阻燃性,比較常用的場合是電子電器,汽車行業也有阻燃要求,但一般較低。阻燃可以通過加入阻燃劑實現。

大多數塑料具可燃性。隨著塑料在建築、家具、交通、航空、航天、電器等方面的廣泛應用,提高塑料的阻燃性已成爲十分迫切的課題。


阻燃劑:又稱難燃劑,耐火劑或防火劑,賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑;它們大多是元素周期表中第ⅤA(磷)、ⅦA(溴、氯)和ⅢA(銻、鋁)族元素的化合物。

具有抑煙作用的钼化合物、錫化合物和鐵化合物等亦屬阻燃劑的範疇,主要適用于有阻燃需求的塑料,延遲或防止塑料尤其是高分子類塑料的燃燒。

使其點燃時間增長,點燃自熄,難以點燃。

阻燃原理

1吸熱作用

任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的,如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量,那麽火焰溫度就會降低,輻射到燃燒表面和作用于將已經氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少,燃燒反應就會得到一定程度的抑制。

在高溫條件下,阻燃劑發生了強烈的吸熱反應,吸收燃燒放出的部分熱量,降低可燃物表面的溫度,有效地抑制可燃性氣體的生成,阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容,使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量,從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性,提高其自身的阻燃能力。


2覆蓋作用

在可燃材料中加入阻燃劑後,阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層,隔絕氧氣,具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用,從而達到阻燃目的。

如有機阻磷類阻燃劑受熱時能産生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解,另一方面能阻止其內部的熱分解産生物進入氣相參與燃燒過程。


3抑制鏈反應

根據燃燒的鏈反應理論,維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區,捕捉燃燒反應中的自由基,從而阻止火焰的傳播,使燃燒區的火焰密度下降,最終使燃燒反應速度下降直至終止。

如含鹵阻燃劑,它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近,當聚合物受熱分解時,阻燃劑也同時揮發出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解産物同時處于氣相燃燒區,鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基,從而阻止火焰的傳播,使燃燒區的火焰密度下降,最終使燃燒反應速度下降直至終止。


4不燃氣體窒息作用

阻燃劑受熱時分解出不燃氣體,將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用,阻止燃燒的繼續進行,達到阻燃的作用。


塑料阻燃等級

可燃性UL94等級——是應用最廣泛的塑料材料可燃性能標准。它用來評價材料在被點燃後熄滅的能力。根據燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。

塑料阻燃等級:由HB,V-2,V-1,V-0,5VB 向5VA逐級遞增。

HB:UL94標准中最低的阻燃等級。

V-2,V-1,V-0,5VB ,5VA阻燃標准

5.耐寒(耐候)

一般指塑料在低溫下的耐寒能力,由于塑料固有的低溫脆性,使塑料在低溫下變脆,所以像汽車裏面的塑料件,一般要求耐寒。

耐候性:是指塑料制品因受到陽光照射,溫度變化,風吹雨淋等外界條件的影響,而出現的褪色、變色、龜裂、粉化和強度下降等一系列老化的現象。

紫外線照射是促使塑料老化的關鍵因素。

針對各種材料及不同使用情況制訂了各種耐候性的測定方法,如各種老化試驗,模擬天然的氣候條件,進行試驗。

塗層耐候性試驗又稱大氣曝曬試驗,考核塗料本身對大氣的耐久性。

皮革耐候性可在模擬自然氣候的耐候試驗箱(或老化箱,加速耐候儀)內進行測定。

6.塑料合金

塑料合金是利用物理共混或化學接枝、共聚的方法,將兩種或多種材料制備成高性能、功能化、專用化一種新材料,達到改善一種材料的性能或兼具兩種材料特性的目的。

塑料合金廣泛用于汽車、電子、精密儀器、辦公設備、包裝材料、建築材料等領域。

它能改善或提高現有塑料的性能並降低成本。

通用塑料合金:如PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)合金,使用廣泛,生産技術被普遍掌握。

工程塑料合金:泛指工程塑料(樹脂)的共混物,主要包括以PC、PBT、PA、POM(聚甲醛)、PPO、PTFE(聚四氟乙烯)等工程塑料爲主體的共混體系,以及ABS樹脂改性材料。

PC/ABS合金的産量每年都以10%左右的速度增長,其增速在塑料領域中排在前列。目前,PC/ABS合金化研究已經成爲高分子合金研究熱點。


 五  改性塑料的主要細分類別

下表为改性塑料的主要細分類別、消费群体及市场应用情况。


1.阻燃樹脂類


阻燃塑料産品可大大減少發生短路、過載、水浸等情況時産生火災的風險。



2.增強增韧树脂类

主要分爲耐候增韌PP專用料、玻纖增強熱塑性塑料等産品。

1)耐候增韌PP專用料:耐候增韌PP專用料是一種具有工程塑料特性的聚丙烯新材料,具有低溫韌性好、成型收縮率小、剛性高、耐候性強等優點,主要用于需耐氣候、紫外線的戶外環境。其主要消費群體有家電企業,汽車零部件企業等。


2)玻纤增强热塑性塑料类:产品主要有玻纤增强AS/ABS、玻纤增强PP、玻纤增强尼龙、 玻纤增强PBT/PET、玻纤增强 PC、玻纤增强PPE/PPS等。其主要消费群体有电脑配件企业、机械零部件企业、電動工具企业、灯具企业等。


3.塑料合金類

主要分爲PC合金、PVC合金以及聚酯合金等。  

PC合金産品特點:沖擊強度高、抗蠕變性、耐熱、吸水率低,無毒、介電性優良等特點。

PC合金應用:汽车仪表面板、计算机和办公室自动化设备、電動工具外壳、蜂窝电话等。

PVC/ABS合金:以PVC和ABS爲基體,添加增韌劑、潤滑劑、穩定劑、阻燃劑等多種改性劑生産而成。

性能優勢:優異的力學性能、耐候性能、加工流變性能,制品表面光澤好,注塑、擠出效果好,是一種性價比極爲優異的合金材料。

應用範圍:可以替代阻燃耐候ABS、PC等,應用于家電外殼、電器開關、電表外殼、燈飾材料、通訊網絡、建材等方面。

聚酯合金:具有優異的機械性能(耐疲勞)、尺寸穩定性、耐化學試劑、耐環境應力開裂的能力,

應用範圍:汽车、家电、電動工具等领域。


4.功能色母類

主要是指高抗沖聚苯乙烯增韌阻燃色母料。



功能色母的特點——既能降低生産成本又能提高産品品質。

1)滿足UL94、IEC-65和GB8898等標准對電器、電子産品的阻燃要求;

2)改善HIPS樹脂的韌性、加工流動性和脫模性;

3)賦予HIPS樹脂顔色。


 六  改性塑料發展前景——三大變化

1.通用塑料的工程塑料化

盡管工程塑料新品種不斷增加,並不斷開拓應用領域,而且由于生産裝置的擴大,成本逐漸降低。但是,在改性設備、改性技術不斷發展成熟的今天,通用熱塑性樹脂通過改性不斷具有工程化特點,已經搶占了部分傳統工程塑料的應用市場。

 

2.工程塑料的高性能化

隨著國內汽車、電氣、電子、通訊和機械工業的蓬勃發展,改性工程塑料的需求將大幅上升,各種高強度耐熱型工程塑料將得到廣泛應用。


3.特種工程塑料的低成本化

聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PIM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)和液晶聚合物(LCP)等高性能工程塑料,由于具有電性能好、耐高溫和尺寸穩定等特性,有的還具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化學性和機械性能,因此在電子電器、汽車、儀機電表、家電、航空、塗料行業、石油化工以及火箭、宇航等尖端科技領域具有越來越重要的應用。


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