第一章　概述

第一節　塑料配方及其設計目的

一、塑料配方基本概念

凡通過物理的、化學的或者物理與化學相結合的方法，促使塑料材料的性能得以改善，或發生變化，或賦予樹脂材料新功能，都可稱為塑料改性。通過塑料改性，可使通用塑料的某些性能達到工程塑料的指標；工程塑料可實現高性能化、多功能化和實用化。

塑料改性多數是通過配方設計來實現的。塑料配方是以塑料基體樹脂為主要成分，通過助劑的選擇、搭配以及用量調節以實現產品性能的協調。塑料配方必須兼顧應用對象的種類、加工方式、制品特征及組分配合等多種因素。

隨著現代科學技術的日益進步，人們對塑料材料及其制品提出越來越多的要求。例如：有些工程構件，工業配件，電子電氣工業、汽車制造工業等的部件，要求塑料材料既耐高溫又易于加工成型；既要有良好的韌性，又要有一定的硬度；既要有良好的剛性，又要有卓越的抗沖擊強度；既要達到阻燃效果，又要具備絕緣性能；既要綜合性能優良，又要價格具有市場競爭力等。單一的樹脂很難同時滿足多樣化、高品質的要求，而塑料配方設計技術則能實現這一目標，從而滿足不同領域、不同層次、不同性能的需求，生產制造輕質、高強度、耐高溫、耐輻射、易加工成型的新型改性塑料材料，更大程度地擴大了塑料的應用領域，滿足人們在某些領域以塑代鋼的需求，同時賦予塑料材料更多的應用價值和內涵。

塑料改性的實現方式，有的是在聚合時完成的，而更多的是在塑料制品加工過程中進行。通常在聚合物中加入有機或無機物質，或將不同種類的聚合物與助劑進行物理共混，或用化學方法實現聚合物的擴鏈、嵌段、接枝、交聯等，或引入新的官能團形成功能性高分子，使其或具有更好的成型加工性能，或改變聚合物的結構，在電、熱、光、磁、增強、阻燃、增韌、耐熱、抗寒、耐候、降解、絕緣、發泡、殺菌等方面具有獨特的功能。

二、塑料配方設計目的

在塑料工業的迅猛發展下，隨著人們對塑料材料的性價比以及塑料材料的功能性的要求越來越高，塑料助劑及其配方技術得以蓬勃發展。配方設計涉及樹脂原料、助劑、材料加工和產品設計等所有層面，對塑料工業持續快速發展戰略具有重要的促進意義。基于塑料改性技術的配方設計有如下目的。

1.克服基體樹脂自身缺點

塑料材料具有質輕、比強度高、電絕緣性能佳、成型加工容易及耐腐蝕好等優點，但每種塑料材料自身多少都會有一些缺陷。塑料配方設計是為了克服和彌補塑料材料的不足之處，是提高其綜合性能，賦予塑料材料新功能的最簡單、直接、有效的方法。

例如，硬質PVC樹脂中，添加10%～20%的NBR或EVA，都可以大幅度提高硬質PVC的抗沖擊強度，同時又不像加入增塑劑那樣明顯降低熱變形溫度，從而獲得性能優異的PVC改性材料。一般CPE樹脂的含氯量為30%～40%，屬于非結晶或微晶橡膠類物質；而PVC與CPE共混，具有良好的塑化效果和增韌效果。玻璃纖維增強增韌尼龍可以顯著提高尼龍的耐熱性、力學性能和尺寸穩定性，廣泛用于汽車及電子產品。

2.降低制品成本，提高經濟效益

當今塑料企業以市場為導向的經營方針，在保證質量的前提下，必須認真考慮客戶的成本要求，在解決客戶提出的各種技術、規格和質量要求的基礎上，通過合理的價格為企業謀取合理利潤空間。

塑料配方設計在保證性能的前提下，可降低樹脂及制品成本，是提高企業經濟效益的有效途徑。就產品PVC管材而言，添加20%～30%滑石粉或碳酸鈣進行填充改性，并配合適量其他助劑，產品質量既達到國家標準又降低了成本，一舉兩得。

塑料原料的價格有高有低，價格昂貴的工程塑料可以與價格較低的通用樹脂共混，在不影響使用要求的同時降低產品成本。例如：聚碳酸酯（PC）與少量的ABS共混改性，既保持了聚碳酸酯的基本性能，又改善了PC的加工性能，同時還降低了共混體系的成本；以價格較低的25%PP與價格較高的PA共混改性，既保持了PA與PP的優點，又克服了PA與PP兩者固有的缺點，同時還降低了產品的成本。LDPE不僅能降低工程塑料PET的成本，而且可作為增韌劑提高PET的韌性。其他如硬度、耐磨、高剛、韌性、光澤等性能，均可用共混低成本助劑的改性方法得以改善。

3.塑料的功能化和高性能化

塑料通過改性，既提高了原有的綜合性能，使材料高性能化，如改善力學性能、耐熱性能等，還能賦予材料新的功能。改性塑料正向產品高性能化、專用化、多功能化、系列化方向發展。通過共聚、共混、接枝、嵌段、填充、阻燃、導電、纖維增強、互穿網絡、納米復合、表面改性等各種改性手段，改進和提高塑料材料各方面的性能與功能，從而促進塑料材料工業的發展。

如在普通樹脂中混入阻燃樹脂，如PPO、PPS、PVC、CPE等，可提高阻燃性；在一般阻隔樹脂中混入高阻隔樹脂，如PAN、PA、EVOH、PVDC等，可提高材料阻隔性能；PA/PP共混物吸水性低、穩定性好、抗沖擊性能較高，可以改善PA的特性和降低PA產品的成本；以PMMA與PE兩種折射率相差較懸殊的樹脂共混，可獲得彩虹效果，市場上的彩虹膜就根據這一原理制備而成；在一般樹脂中混入高吸水性或導電聚合物，可改善其抗靜電性能；在聚甲醛中混入少量的聚四氟乙烯、液體潤滑油，可制成高潤滑POM，摩擦性能有較大改善；采用拉伸強度相差懸殊、互溶性較差的兩種樹脂共混后發泡，可制成多孔、多層材料，其紋路酷似木紋。

聚苯乙烯（PS）、ABS類塑料制品易燃燒，且燃燒時產生大量的濃煙，危害人們健康。因此，電子電氣工業用的、接近高溫部位的PS、ABS產品既要阻燃又要消煙。在配方中加入阻燃、消煙劑可實現此目的。塑料的體積電阻率都很大，一般在10¹⁰～10²⁰Ω·cm的范圍內，因此塑料制品在使用過程中易產生靜電，往往帶來很多負面影響，如靜電蓄積及電磁波干擾等。在塑料改性配方中加入抗靜電劑可解決制品的靜電現象。

4.增加塑料品種，綜合各組分性能

兩種或多種聚合物各組分的性能取長補短，消除各單一聚合物組分性能上的弱點。擇其優去其劣，獲得綜合性能更為理想的新材料，或能適應不同應用環境需求的產品。如不同密度PF按不同比例共混，可以獲得不同的產品，其軟硬度適中達到比較理想的性能要求；當PVC與PE共混時，可提高制品的阻燃性能；PVC具有強度高、耐酸堿腐蝕、難燃等特點，且硬度可根據需要進行調節，不同軟、硬制品均可生產。

PVC的缺點是熱穩定性差、受熱易分解，與ABS共混，可以綜合兩者的優點，取長補短，制品具有抗沖擊強度高、熱穩定性能好、加工性能優良和一定阻燃性等優點；PP的特性是質輕、耐溫，缺點是低溫沖擊性差，與EPDM、IIR、PB、EVA、POE、SBS其中的一種或幾種共混，可改進PP的耐低溫沖擊性能。

5.改善材料加工性能

在各類樹脂中，有的樹脂熔體流動速率（又稱熔融指數）非常低，導致成型加工難度大，需用流動性較好的樹脂或助劑改善其加工性能。例如：難熔難溶的聚酰亞胺與少量的熔融流動性良好的聚苯硫醚共混，可明顯改善其加工性能，使之易注射成型，同時又不明顯影響聚酰亞胺的高溫和高強度的特性。又如，LDPE與LLDPE共混、PS與PPO共混、ABS與PC共混等，都可改善高黏度樹脂的加工性能和流變特性。

還有一些熱不穩定的塑料，如果不進行配方設計，基本很難加工，如PVC、聚乳酸等。最典型的是PVC，大都需要加入熱穩定劑、增塑劑，才能順利加工成型，通過一定的配方設計，才能制備成各種軟硬各異的產品，適應不同的應用領域。