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    塑料改性技術方法及目的簡單介紹

    文章出處:徐州騰飛工程塑料有限公司   發布時間:2016-05-12 14:35:00    點擊數:-   【

    “塑料改性”、“改性塑料”等這些詞經常被我們掛在嘴邊,那么,塑料改性是什么,改的是什么性呢?

    何謂塑料改性?

    塑料改性是將通用樹脂通過物理的、化學的、機械的方法,改善或增加其功能,在電、磁、光、熱、耐老化、阻燃、機械性能等方面達到特殊環境條件下使用的功能。從原料樹脂的生產到多種規格及品種的改性塑料母料,為了降低塑料制品的成本,提高其功能性,都會存在塑料改性技術。

    塑料改性技術方法有哪些?

    提及塑料改性,很多人會想到填充、共混、纖維增強等,但很少人非常全面了解塑料改性技術方法。其實,塑料改性常用的方法有以下幾種:

    1、添加改性

    (1)添加小分子無機物或有機物

    在聚合物(樹脂)中加入小分子無機物或有機物,通過物理或化學作用,以取得某種預期性能的一種改性方法。這種方法是最早的一種改性方法,它改性效果明顯,工藝簡單,成本低,因而應用十分廣泛。相信在高校做過畢業課題的都接觸和了解這種方法。

    這種改性方法按照改性目的分為降低成本(添加各種價廉的無機、有機填料)、提高強度(添加各種增強纖維)、提高韌性(添加彈性體及超細填料等)、提高阻燃性(添加金屬氧化物、金屬氫氧化物、無機磷、有機鹵化物、有機磷化物、有機硅及氮化物等)、提高壽命(添加各種抗氧劑、光穩定劑等)、改善加工性(添加增塑劑、熱穩定劑、潤滑劑及加工助劑等)、增加耐磨性(添加石墨、MoS2、SiO2等)、改善結晶結構(添加成核劑,具體有有機羧酸類、山梨醇類等)、改善抗靜電及導電性(添加抗靜電劑及導電劑)、改善可降解性(淀粉填充、降解添加劑等)、改善抗射線輻射性能等。

    這種方法常用的添加劑有:無機添加劑(填充劑、增強劑、阻燃劑、著色劑及成核劑等)、有機添加劑(增塑劑、有機錫穩定劑、抗氧劑及有機阻燃劑、降解添加劑等)。

    (2)添加高分子物質

    這種方法也成為共混改性,其主要的方法是在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂(包括塑料和橡膠),從而達到改變原有樹脂性能。由于共混改性的復合體系中都為高分子物質,因而其相容性好于添加小分子的體系,改性同時對原有樹脂的其它性能沒有太大影響。我們常見的聚合物合金就是此方法改性產物。共混改性是一種開發新型高分子材料最有效的辦法,也是對現有塑料品種實現高性能化、精細化的主要途徑。

    2、形態及結構改性

    這種方法主要是針對塑料本身的樹脂形態及結構來改性。通常方法是改變塑料的晶型狀態、交聯、共聚、接枝等。

    (1)形態控制改性

    塑料的形態控制改性即控制塑料制品不同的聚集形態,使之取得我們預期的性能。這種方法是在非外力作用下通過加工成型工藝條件的調整,進行形態控制,一般稱之為自我改性,其中以自增強最為常用。通過塑料形態控制可以改善塑料的許多性能,如力學、熱學、光學等各個方面,有些方面的改性效果十分明顯。例如通過成核技術控制結晶質量,用雙向拉伸技術獲取高度取向。

    (2)交聯改性

    交聯應該很熟悉,一般為線性結構交聯為網狀結構或立體結構。引發交聯是需要外界條件的,通常為不同形式的能源(例如光、熱、輻射等)。大分子鏈由于外界作用產生可反應自由基或官能團,從而在大分子鏈之間形成新的化學鍵,使線型結構聚合物形成不同程度網狀結構聚合物。例如聚丙烯的交聯改性可以提高其機械性能。

    (3)共聚及接枝改性

    這種方法主要是在原有的分子鏈上加上其他分子鏈段或功能基團。共聚是指兩種或多種單體共同參加的聚合反應,能夠擴展聚合物性能,是改進聚合物性能和用途的重要途徑。例如聚苯乙烯與丙烯腈共聚改善聚苯乙烯性脆的弱點;聚氯乙烯與醋酸乙烯酯共聚改善聚氯乙烯的塑性。接枝有鏈轉移接枝、化學接枝、輻射接枝,其改性在剛性體和彈性體方面的應用較多,例如苯乙烯-丁二烯接枝共聚物改善PS的沖擊性能。

    3、復合改性

    塑料的復合改性即通過粘合劑或熱熔等方法將兩層或兩層以上的膜、片等材料復合在一起而形成一種多層膜、片等材料的方法。塑料的復合改性實際上是塑料共混改性方法中層狀共混的極端化,也可以看成是一種特殊的塑料共混改性。

    4、表面改性

    塑料表面改性是指通過物理或化學方法使塑料制品表面性能發生變化的一類改性方法。塑料表面改性與其它改性不同之處有二點:一是其改性僅局限于制品的表面,其內部性能不發生變化;二是其改性實施于塑料制品一次成型加工之后,屬于二次加工改性。

    塑料表面改性的目的主要可分為兩大類:一類是直接應用的改性,另一類是間接應用的改性。

    (1)直接應用的塑料表面改性直接應用改性是指可以直接獲得應用的一些改性,具體有表面光澤度、表面硬度、表面耐磨性及摩擦性、表面防老化、表面阻燃、表面導電及表面阻隔等。塑料表面這方面的改性近年來開發應用很快,如在塑料阻隔改性方面,表面阻隔改性占有很重要的地位。

    (2)間接應用的塑料表面改性間接應用改性是指為直接應用打基礎的一些改性,具體如為改善塑料的粘接性、印刷性及層化性等而進行的提高塑料表面張力的改性。例如,以塑料電鍍為例,未經表面處理的塑料品種只有abs的鍍層牢度能達到要求;尤其聚烯烴類塑料品種,鍍層牢度十分低,必須進行表面改性以提高與鍍層的結合牢度,方可進行電鍍處理。

    改性改的是什么性?

    塑料改性有其目的,每種需求目的所使用的改性方法均有不同。這里介紹幾種常遇到的改性需求及其使用的改性方法。

    1、改變塑料的密度

    (1)降低塑料密度

    說降低密度可能你清楚,但是換個說法你就明白了:讓塑料變輕。降低塑料的密度方法有發泡改性、添加輕質填料及共混輕質樹脂三種。塑料制品的發泡成型是降低其密度的最有效方法。而添加輕質添料和共混輕質樹脂兩種改性方法,只能小幅度地降低密度,其降幅一般只有50%左右,最低相對密度只能達到0.5左右。

    塑料發泡制品的密度變化范圍很廣范,相對密度最低可達到10-3。

    (2)提高塑料密度

    提高塑料的密度是使原樹脂相對密度升高的一種方法,主要為添加重質填料和共混重質樹脂。添加重質填料提高塑料的密度方法主要的填料有金屬粉、重質礦物填料;共混重質樹脂提高塑料的密度,此種方法提高幅度比較小,一般最高只能達到50%左右。主要適于一些輕質樹脂如PE、PP、PS、EVA、PA1010及PPO等。常加入的重質樹脂有:PTFE、FEP、PPS及POM等。

    2、塑料的透明性改進

    關于塑料的透明性,在之前的文章中有所介紹,這里只簡單介紹一下。改進塑料透明性的原理是利用晶體與透明性的關系。塑料的透明性大小與其制品的結晶度大小和結晶結構有關,通過控制制品的不同形態結構,可以改善其透明性。

    衡量一種材料的透明性好壞,有許多性能指標都需要考慮。常用的指標有:透光率、霧度、折光指數、雙折射及色散等。在上述指標中,透光率和霧度二個指標主要表征材料的透光性,而折光指數、雙折射及色散三個指標主要用于表征材料的透光質量。一種好的透明性材料,要求上述性能指標優異且均衡。

    常用的改變晶型方法有:

    ①控制結晶質量,例如晶型、球晶含量、晶體尺寸、晶體規整性的控制;

    ②提高折射率,主要是通過加入不影響透明性的高折射率有機物或無機物來提高;

    ③降低雙折射,可通過控制加工中的取向,即降低取向度而達到降低雙折射的目的。

    ④添加改進塑料的透明性,是指在透明樹脂中加入小分子物質,從而改善其透明性的方法。利用這種方法可提高透光率、折射率,降低雙折射。

    ⑤添加成核劑,是增大透明樹脂透光率最有效的一種方法。成核劑是一種可以促進結晶的小分子物質。它在樹脂中可以起到晶核的作用,使原有的均相成核變成異相成核,增加結晶體系內晶核的數目,使微晶的數量增多,球晶數目減少,從而使晶體尺寸變細,樹脂的透明性提高。

    ⑥添加高折射率無機物

    ⑦添加能降低雙折射的物質

    ⑧添加抗霧劑

    3、塑料的硬度和柔性改進

    (1)添加改進塑料的硬度是指在塑料中加入硬質添加劑的一種改性方法。常用的硬度填加劑為剛性無機填料及纖維。

    (2)塑料的表面硬度改進方法是指只改善塑料制品外表的硬度,而制品內部的硬度不變。這是一種低成本的硬度改進方法。這種改性方法主要用于殼體、裝飾材料、光學材料及日用品等。這種改性方法主要包括涂層、鍍層及表面處理三種方法。

    (3)共混與復合改進塑料的硬度:①塑料共混改進方法即在低硬度樹脂※※混高硬度樹脂,以提高其整體硬度。常見的共混樹脂有:PS、PMMA、ABS及MF等,需要改性的樹脂主要為PE類、PA、PTFE及PP等。②塑料復合改進硬度的方法即在低硬度塑料制品表面上復合一層高硬度樹脂。此方法主要適合于擠出制品,如板、片、膜及管材等。常用的復合樹脂為PS、PMMA、ABS及MF等。

    (4)添加增塑劑改進塑料的柔性:增塑劑的主要作用是改善樹脂的加工性,即降低加工溫度,改善加工流動性。但其加入到相關的樹脂中,還可以賦予制品以柔性。適用于增塑劑進行改進柔性的樹脂有:pvc、PVDC、CPE、SBS、PA、ABS、PVA及氯化聚醚等。

    4、塑料的加工性能改進

    塑料的加工過程是由塑料原料(樹脂+添加劑)變成具有一定強度制品的過程。熱塑性樹脂和熱固性樹脂其加工過程中所發生的變化不同。改進塑料的加工性能主要集中在:提高樹脂的熱分解溫度;降低樹脂的熔融溫度;改善樹脂的加工流動性;改善樹脂的熔體特性。常用改性方法是添加改性,添加增塑劑和潤滑劑。增塑劑可提高聚合物塑性;潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設備表面的磨擦力,從面降低熔體的流動阻力,降低熔體粘度,提高熔體的流動性,避免熔體與設備的粘附,提高制品表面的光潔度等。

    5、塑料的增強

    塑料的增強一般是添加補強填料和纖維。大部分常規填料直接添加到樹脂中,會引起塑料的拉伸強度下降。但有些經過表面獨步一時的或直接添加的特殊填料不但不引起拉伸強度的下降,反而會在一定程度上提高拉伸強度,我們稱這類填料為補強填料。補強填補的增強改性遠不及增強纖維,只可用于一些強度要求不太高的場合。塑料添加纖維增強方法是最常用且有效的增強方法。增強用纖維類材料是塑料用最主要的增強材料,其用量可占整個增強材料的90%以上。增強用纖維類材料包括纖維和晶須兩大類,具體品種主要有:無機類(如玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、晶須、石英纖維、石墨纖維及陶瓷纖維等)、有機類(如PAN纖維、聚乙烯纖維、PA纖維、PC纖維、PVC纖維及聚酯纖維等)、金屬類(如硼纖維及鋁、鈦、鈣等金屬晶須等)。

    6、塑料的增韌

    塑料的增韌一般是共混彈性體材料,常用彈性體增韌材料有:高抗沖擊樹脂,如CPE、MBS、ACR、SBS、ABS、EVA、改性石油樹脂(MPR)等;高抗沖擊橡膠,如乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈膠(NBR)、丁苯膠、天然膠、順丁膠、氯丁膠、聚異丁烯及丁二烯膠等。

    7、塑料的熱學性能和阻燃性能改進

    影響塑料制品使用的熱學性能主要為耐熱溫度和耐低溫溫度。耐熱溫度主要可用熱變形溫度、馬丁耐熱溫度及維卡軟化點表示;而耐低溫溫度一般可用脆化溫度表示。在所有填料中,除有機填料外,大部分無機礦物填料都可明顯提高塑料的耐熱溫度。常用的耐熱填料有:碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、云母、煅燒陶土、鋁礬土及石棉等。例如,云母的最高使用溫度可達1000攝氏度,是最有效的耐熱改性填料。另外,塑料的增強改變耐熱性效果比填充還要好,這主要是因為大部分纖維的耐熱溫度十分高,熔點大都超過1500攝氏度。常用的耐熱纖維主要有:石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維、晶須、聚酰胺纖維及丙烯酸酯纖維等。

    大多數塑料的阻燃性都不是十分好,塑料配方中需要添加阻燃劑。阻燃劑,它是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰傳播的助劑。此外,還需要天添加抑煙劑輔助。

    8、塑料成本降低

    降低塑料的成本一直是廠家的追求,所以會使用一些改性方法降低成本。主要的方法有添加填料、共混廉價樹脂等。當然,希望供應廠家能夠在降低成本同時不要忘了性能的需要。

    塑料的改性無非就是以上這些內容,具體的實際改性過程是很復雜的,一方面是成本利益限制,另一方面是客戶需求,需要多種改性方法共同實現。

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