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技术交流

塑料改性有哪些手段?有哪些类别(经典教材)

发布时间:2018/1/22 16:13:23 浏览次数:962

 一  什么是改性塑料?

在通用 塑料和工程塑料的基础上,通过物理、化学、机械等方式,经过填充、共混、增强等加工方法,改善塑 料的性能或增加功能,对塑料的阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等 机械性能得到改善和提高,使得塑 料能适用在特殊的电、磁、光、热等环境条件下。


 二  塑料改 性技术的应用范围

从原料 树脂的生产到多种规格及品种的改性塑料母料的生产;应用于 几乎所有的塑料制品的原材料与成型加工过程中。

塑料改 性的应用范围很广泛,几乎所 有塑料的性能都可通过改性方法得到改善。如塑料的外观、透明性、密度、精度、加工性、机械性能、化学性能、电磁性能、耐腐蚀性能、耐老化性、耐磨性、硬度、热性能、阻燃性、阻隔性等方面。为了降低塑料制品的成本、改善性能、提高功能,都离不 开塑料改性技术。


 三  塑料改性方法

物理改性:原则上 不发生化学反应,主要是物理混合过程。在物理 改性过程中往往也伴随有化学反应的发生。


化学改性:在聚合 物分子链上通过化学方法进行嵌段共聚、接枝共聚、交联与降解等反应,或者引 入新的官能团而形成特定功能的高分子材料。


 四  塑料主 要改性技术手段

1.填充

通过给 普通塑料加入无机矿物(有机)粉末,改善塑料材料的刚性、硬度、耐热性等性能。填充剂种类繁多,其特性也极复杂。

塑料填充剂(filler for plastics)的作用:提高塑料加工性能、改进物化性质、增加容积、降低成本。

塑料增 量填充剂应具备的特性:

(1)化学性质不活泼,呈惰性,不与树 脂及其他助剂发生不良反应;

(2)不影响塑料的耐水性、耐化学药品性、耐候性、耐热性等;

(3)不降低 塑料的物理性能;

(4)可以大量填充;

(5)相对密度小,对制品 的密度影响不大;

(6)价格相对低廉。


2.增强

1)措施:通过在加入玻璃纤维、碳纤维等纤维状物质。


2)效果:可以明 显改善材料的刚性、强度、硬度、耐热性,

3不良影响:但很多 材料会导致表面不良和韧性明显降低。

4增强原理:

  • 增强材 料具有较高的强度和模量;

  • 树脂具 有许多固有的优良物理、化学(耐腐蚀、绝缘、耐辐照、耐瞬时高温烧蚀等)和加工性能;

  • 树脂与 增强材料复合后,增强材 料可以起到增进树脂的力学或其他性能,而树脂 对增强材料可以起到粘合和传递载荷的作用,使增强 塑料具有优良性能。


3.增韧

有较多 的材料韧性不够、太脆,可以通 过加入韧性较好的材料或者超细无机材料,增加材 料韧性和低温使用性能。

增韧剂:为了降 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。

常用增韧剂:

多为马 来酸酐接枝相容剂)——

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-丁二烯热塑性弹性(SBS)、

三元乙丙橡胶(EPDM)......

都是用 于塑料特别是工程塑料上效果显著的增韧剂。

4.阻燃

在较多的场合,要求材料有阻燃性,比较常 用的场合是电子电器,汽车行 业也有阻燃要求,但一般较低。阻燃可 以通过加入阻燃剂实现。

大多数塑料具可燃性。随着塑料在建筑、家具、交通、航空、航天、电器等 方面的广泛应用,提高塑 料的阻燃性已成为十分迫切的课题。


阻燃剂:又称难燃剂,耐火剂或防火剂,赋予易 燃聚合物难燃性的功能性助剂;它们大 多是元素周期表中第ⅤA(磷)、ⅦA(溴、氯)和ⅢA(锑、铝)族元素的化合物。

具有抑 烟作用的钼化合物、锡化合 物和铁化合物等亦属阻燃剂的范畴,主要适 用于有阻燃需求的塑料,延迟或 防止塑料尤其是高分子类塑料的燃烧。

使其点燃时间增长,点燃自熄,难以点燃。

阻燃原理

1吸热作用

任何燃 烧在较短的时间所放出的热量是有限的,如果能 在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量,那么火 焰温度就会降低,辐射到 燃烧表面和作用于将已经气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少,燃烧反 应就会得到一定程度的抑制。

在高温条件下,阻燃剂 发生了强烈的吸热反应,吸收燃 烧放出的部分热量,降低可 燃物表面的温度,有效地 抑制可燃性气体的生成,阻止燃烧的蔓延。Al(OH)3阻燃剂 的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容,使其在 达到热分解温度前吸收更多的热量,从而提高其阻燃性能。这类阻 燃剂充分发挥其结合水蒸汽时大量吸热的特性,提高其 自身的阻燃能力。


2覆盖作用

在可燃 材料中加入阻燃剂后,阻燃剂 在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层,隔绝氧气,具有隔热、隔氧、阻止可 燃气体向外逸出的作用,从而达到阻燃目的。

如有机 阻磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层 的形成一方面能阻止聚合物进一步热解,另一方 面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。


3抑制链反应

根据燃 烧的链反应理论,维持燃 烧所需的是自由基。阻燃剂 可作用于气相燃烧区,捕捉燃 烧反应中的自由基,从而阻止火焰的传播,使燃烧 区的火焰密度下降,最终使 燃烧反应速度下降直至终止。

如含卤阻燃剂,它的蒸 发温度和聚合物分解温度相同或相近,当聚合物受热分解时,阻燃剂 也同时挥发出来。此时含 卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区,卤素便能够捕捉燃 烧反应中的自由基,从而阻止火焰的传播,使燃烧 区的火焰密度下降,最终使 燃烧反应速度下降直至终止。


4不燃气体窒息作用

阻燃剂 受热时分解出不燃气体,将可燃 物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也 对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用,阻止燃烧的继续进行,达到阻燃的作用。


塑料阻燃等级

可燃性UL94等级——是应用 最广泛的塑料材料可燃性能标准。它用来 评价材料在被点燃后熄灭的能力。根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能 力以及滴珠是否燃烧可有多种评判方法。

塑料阻燃等级:由HB,V-2,V-1,V-0,5VB 向5VA逐级递增。

HB:UL94标准中 最低的阻燃等级。

V-2,V-1,V-0,5VB ,5VA阻燃标准

5.耐寒(耐候)

一般指 塑料在低温下的耐寒能力,由于塑 料固有的低温脆性,使塑料在低温下变脆,所以像 汽车里面的塑料件,一般要求耐寒。

耐候性:是指塑 料制品因受到阳光照射,温度变化,风吹雨 淋等外界条件的影响,而出现的褪色、变色、龟裂、粉化和 强度下降等一系列老化的现象。

紫外线 照射是促使塑料老化的关键因素。

针对各 种材料及不同使用情况制订了各种耐候性的测定方法,如各种老化试验,模拟天然的气候条件,进行试验。

涂层耐 候性试验又称大气曝晒试验,考核涂 料本身对大气的耐久性。

皮革耐 候性可在模拟自然气候的耐候试验箱(或老化箱,加速耐候仪)内进行测定。

6.塑料合金

塑料合 金是利用物理共混或化学接枝、共聚的方法,将两种 或多种材料制备成高性能、功能化、专用化一种新材料,达到改 善一种材料的性能或兼具两种材料特性的目的。

塑料合 金广泛用于汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域。

它能改 善或提高现有塑料的性能并降低成本。

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,使用广泛,生产技术被普遍掌握。

工程塑料合金:泛指工程塑料(树脂)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 塑料为主体的共混体系,以及ABS树脂改性材料。

PC/ABS合金的产量每年都以10%左右的速度增长,其增速 在塑料领域中排在前列。目前,PC/ABS合金化 研究已经成为高分子合金研究热点。


 五  改性塑 料的主要细分类别

下表为改性塑 料的主要细分类别、消费群 体及市场应用情况。


1.阻燃树脂类


阻燃塑 料产品可大大减少发生短路、过载、水浸等 情况时产生火灾的风险。



2.增强增韧树脂类

主要分为耐候增韧PP专用料、玻纤增 强热塑性塑料等产品。

1)耐候增韧PP专用料:耐候增韧PP专用料 是一种具有工程塑料特性的聚丙烯新材料,具有低温韧性好、成型收缩率小、刚性高、耐候性强等优点,主要用于需耐气候、紫外线的户外环境。其主要 消费群体有家电企业,汽车零部件企业等。


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、电动工具企业、灯具企业等。


3.塑料合金类

主要分为PC合金、PVC合金以及聚酯合金等。  

PC合金产品特点:冲击强度高、抗蠕变性、耐热、吸水率低,无毒、介电性优良等特点。

PC合金应用:汽车仪表面板、计算机 和办公室自动化设备、电动工具外壳、蜂窝电话等。

PVC/ABS合金:以PVC和ABS为基体,添加增韧剂、润滑剂、稳定剂、阻燃剂 等多种改性剂生产而成。

性能优势:优异的力学性能、耐候性能、加工流变性能,制品表面光泽好,注塑、挤出效果好,是一种 性价比极为优异的合金材料。

应用范围:可以替代阻燃耐候ABS、PC等,应用于家电外壳、电器开关、电表外壳、灯饰材料、通讯网络、建材等方面。

聚酯合金:具有优异的机械性能(耐疲劳)、尺寸稳定性、耐化学试剂、耐环境 应力开裂的能力,

应用范围:汽车、家电、电动工具等领域。


4.功能色母类

主要是 指高抗冲聚苯乙烯增韧阻燃色母料。



功能色母的特点——既能降 低生产成本又能提高产品品质。

1)满足UL94、IEC-65和GB8898等标准对电器、电子产品的阻燃要求;

2)改善HIPS树脂的韧性、加工流动性和脱模性;

3)赋予HIPS树脂颜色。


 六  改性塑料发展前景——三大变化

1.通用塑 料的工程塑料化

尽管工 程塑料新品种不断增加,并不断开拓应用领域,而且由 于生产装置的扩大,成本逐渐降低。但是,在改性设备、改性技 术不断发展成熟的今天,通用热 塑性树脂通过改性不断具有工程化特点,已经抢 占了部分传统工程塑料的应用市场。

 

2.工程塑料的高性能化

随着国内汽车、电气、电子、通讯和 机械工业的蓬勃发展,改性工 程塑料的需求将大幅上升,各种高 强度耐热型工程塑料将得到广泛应用。


3.特种工 程塑料的低成本化

聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PIM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)和液晶聚合物(LCP)等高性能工程塑料,由于具有电性能好、耐高温 和尺寸稳定等特性,有的还 具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化学性和机械性能,因此在电子电器、汽车、仪机电表、家电、航空、涂料行业、石油化工以及火箭、宇航等 尖端科技领域具有越来越重要的应用。


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本文来源:广东邦 凯塑料科技有限公司


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