第一章　概述

第一節(jié)　塑料配方及其設(shè)計(jì)目的

一、塑料配方基本概念

凡通過(guò)物理的、化學(xué)的或者物理與化學(xué)相結(jié)合的方法，促使塑料材料的性能得以改善，或發(fā)生變化，或賦予樹脂材料新功能，都可稱為塑料改性。通過(guò)塑料改性，可使通用塑料的某些性能達(dá)到工程塑料的指標(biāo)；工程塑料可實(shí)現(xiàn)高性能化、多功能化和實(shí)用化。

塑料改性多數(shù)是通過(guò)配方設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。塑料配方是以塑料基體樹脂為主要成分，通過(guò)助劑的選擇、搭配以及用量調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的協(xié)調(diào)。塑料配方必須兼顧應(yīng)用對(duì)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(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，人們對(duì)塑料材料及其制品提出越來(lái)越多的要求。例如：有些工程構(gòu)件，工業(yè)配件，電子電氣工業(yè)、汽車制造工業(yè)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(qiáng)度；既要達(dá)到阻燃效果，又要具備絕緣性能；既要綜合性能優(yōu)良，又要價(jià)格具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等。單一的樹脂很難同時(shí)滿足多樣化、高品質(zhì)的要求，而塑料配方設(shè)計(jì)技術(shù)則能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，從而滿足不同領(lǐng)域、不同層次、不同性能的需求，生產(chǎn)制造輕質(zhì)、高強(qiáng)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?cái)U(kuò)大了塑料的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足人們?cè)谀承╊I(lǐng)域以塑代鋼的需求，同時(shí)賦予塑料材料更多的應(yīng)用價(jià)值和內(nèi)涵。

塑料改性的實(shí)現(xiàn)方式，有的是在聚合時(shí)完成的，而更多的是在塑料制品加工過(guò)程中進(jìn)行。通常在聚合物中加入有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)，或?qū)⒉煌N類的聚合物與助劑進(jìn)行物理共混，或用化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)聚合物的擴(kuò)鏈、嵌段、接枝、交聯(lián)等，或引入新的官能團(tuán)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(jié)構(gòu)，在電、熱、光、磁、增強(qiáng)、阻燃、增韌、耐熱、抗寒、耐候、降解、絕緣、發(fā)泡、殺菌等方面具有獨(dú)特的功能。

二、塑料配方設(shè)計(jì)目的

在塑料工業(yè)的迅猛發(fā)展下，隨著人們對(duì)塑料材料的性價(jià)比以及塑料材料的功能性的要求越來(lái)越高，塑料助劑及其配方技術(shù)得以蓬勃發(fā)展。配方設(shè)計(jì)涉及樹脂原料、助劑、材料加工和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等所有層面，對(duì)塑料工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的促進(jìn)意義。基于塑料改性技術(shù)的配方設(shè)計(jì)有如下目的。

1.克服基體樹脂自身缺點(diǎn)

塑料材料具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、電絕緣性能佳、成型加工容易及耐腐蝕好等優(yōu)點(diǎn)，但每種塑料材料自身多少都會(huì)有一些缺陷。塑料配方設(shè)計(jì)是為了克服和彌補(bǔ)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(jiǎn)單、直接、有效的方法。

例如，硬質(zhì)PVC樹脂中，添加10%～20%的NBR或EVA，都可以大幅度提高硬質(zhì)PVC的抗沖擊強(qiáng)度，同時(shí)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(yōu)異的PVC改性材料。一般CPE樹脂的含氯量為30%～40%，屬于非結(jié)晶或微晶橡膠類物質(zhì)；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(qiáng)增韌尼龍可以顯著提高尼龍的耐熱性、力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，廣泛用于汽車及電子產(chǎn)品。

2.降低制品成本，提高經(jīng)濟(jì)效益

當(dāng)今塑料企業(yè)以市場(chǎng)為導(dǎo)向的經(jīng)營(yíng)方針，在保證質(zhì)量的前提下，必須認(rèn)真考慮客戶的成本要求，在解決客戶提出的各種技術(shù)、規(guī)格和質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理的價(jià)格為企業(yè)謀取合理利潤(rùn)空間。

塑料配方設(shè)計(jì)在保證性能的前提下，可降低樹脂及制品成本，是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。就產(chǎn)品PVC管材而言，添加20%～30%滑石粉或碳酸鈣進(jìn)行填充改性，并配合適量其他助劑，產(chǎn)品質(zhì)量既達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)又降低了成本，一舉兩得。

塑料原料的價(jià)格有高有低，價(jià)格昂貴的工程塑料可以與價(jià)格較低的通用樹脂共混，在不影響使用要求的同時(shí)降低產(chǎn)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(shí)還降低了共混體系的成本；以價(jià)格較低的25%PP與價(jià)格較高的PA共混改性，既保持了PA與PP的優(yōu)點(diǎn)，又克服了PA與PP兩者固有的缺點(diǎn)，同時(shí)還降低了產(chǎn)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(guò)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(xué)性能、耐熱性能等，還能賦予材料新的功能。改性塑料正向產(chǎn)品高性能化、專用化、多功能化、系列化方向發(fā)展。通過(guò)共聚、共混、接枝、嵌段、填充、阻燃、導(dǎo)電、纖維增強(qiáng)、互穿網(wǎng)絡(luò)、納米復(fù)合、表面改性等各種改性手段，改進(jìn)和提高塑料材料各方面的性能與功能，從而促進(jìn)塑料材料工業(yè)的發(fā)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(wěn)定性好、抗沖擊性能較高，可以改善PA的特性和降低PA產(chǎn)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(chǎng)上的彩虹膜就根據(jù)這一原理制備而成；在一般樹脂中混入高吸水性或?qū)щ娋酆衔?，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(rùn)滑油，可制成高潤(rùn)滑POM，摩擦性能有較大改善；采用拉伸強(qiáng)度相差懸殊、互溶性較差的兩種樹脂共混后發(fā)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(shí)產(chǎn)生大量的濃煙，危害人們健康。因此，電子電氣工業(yè)用的、接近高溫部位的PS、ABS產(chǎn)品既要阻燃又要消煙。在配方中加入阻燃、消煙劑可實(shí)現(xiàn)此目的。塑料的體積電阻率都很大，一般在10¹⁰～10²⁰Ω·cm的范圍內(nèi)，因此塑料制品在使用過(guò)程中易產(chǎn)生靜電，往往帶來(lái)很多負(fù)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(xiàn)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(zhǎng)補(bǔ)短，消除各單一聚合物組分性能上的弱點(diǎn)。擇其優(yōu)去其劣，獲得綜合性能更為理想的新材料，或能適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境需求的產(chǎn)品。如不同密度PF按不同比例共混，可以獲得不同的產(chǎn)品，其軟硬度適中達(dá)到比較理想的性能要求；當(dāng)PVC與PE共混時(shí)，可提高制品的阻燃性能；PVC具有強(qiáng)度高、耐酸堿腐蝕、難燃等特點(diǎn)，且硬度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，不同軟、硬制品均可生產(chǎn)。

PVC的缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差、受熱易分解，與ABS共混，可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，制品具有抗沖擊強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性能好、加工性能優(yōu)良和一定阻燃性等優(yōu)點(diǎn)；PP的特性是質(zhì)輕、耐溫，缺點(diǎn)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(jìn)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(dòng)速率（又稱熔融指數(shù)）非常低，導(dǎo)致成型加工難度大，需用流動(dòng)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(dòng)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(shí)又不明顯影響聚酰亞胺的高溫和高強(qiáng)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(wěn)定的塑料，如果不進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，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(wěn)定劑、增塑劑，才能順利加工成型，通過(guò)一定的配方設(shè)計(jì)，才能制備成各種軟硬各異的產(chǎn)品，適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。