塑料配方设计方案

塑料配方设计配方设计的重要性塑料因其质轻、易加工、美观实用、价格低等特点广泛应用于日常生活、各行各业及高精尖技术领域。塑料的主要成分是树脂，占总质量的40％～100％。绝大多数塑料制造的第一步是合成树脂的生产，然后根据需要，将树脂（有时加入一定量的助剂）进一步加工成塑料制品。有少数品种（如浇注制品）其树脂的合成和塑料的成型是同时进行的。当今，树脂和助剂的种类繁多，若按其功能、品种、等级、牌号等分类可达数万种，因此塑料配方也是千变万化。塑料配方设计通常是指根据试验数据等资料，恰当地确定可满足产品使用性能、加工性能和成本要求的树脂、助剂的种类及其用量等的一项重要工作。配方设计原则塑料配方设计有以下注意事项：①制品的使用功能；②加工性能；③加工及使用时的环保问题；④成本等。总之，配方工作者一般是在考虑制品的物理机械性能、加工性能和成本三者平衡的前提下进行配方设计的。设计的重点是如何保持制品的使用性能及加工性能的平衡，所以说塑料配方设计不仅是一门科学，而且也包含运用成功经验的技巧。塑料制品使用性能塑料制品使用性能应包括其本身的力学性能和使用时的特殊性能要求。塑料制品的性能要求一般包括拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、压缩强度、耐热性、电绝缘性、耐化学性、透明性、气密性等。各种制品的使用要求不同，需要的性能亦异。以HDPE瓶而言，装油需要耐油性；装碳酸饮料需要具有阻隔性；装光敏性药品时要有遮光性。以PP注射椅子为例，在北方需要低温抗冲击性强；用于矿井下，需要防静电、阻燃性。以聚四氟乙烯为例，用作活塞环、轴承、轴瓦、滑块、密封环等机械零件时，需要具有低的摩擦系数和自润滑性；用作绝缘材料时，需要其不受温度、湿度和频率的影响，具有优异的电绝缘性；用作防腐材料时，需要有优异的化学稳定性。以聚苯硫醚为例，用作不粘锅、散热器零件和配油器零件时，需要耐热耐油；用作汽车刹车零件、离合器和机械中的齿轮时，需要有较高的刚性和抗蠕变性。再以改性聚酰亚胺为例，用作交通运输包装时，需要耐水性和阻燃性好；用作航空航天工业的高温管和高温涂层时，需要有耐高温、耐湿热和耐辐射性能。加工性能配方设计时需考虑加工性能。例如纯的PVC无法塑化加工，必须加入增塑剂、稳定剂等助剂。加入增塑剂，可以削弱分子间的作用力，增加分子间的移动性，从而降低玻璃化转变温度使熔融加工温度降低，低于PVC的分解温度。加入热稳定剂，可以抑制PVC脱HCl反应，提高PVC热分解温度，使之高于PVC的熔融加工温度。又如PVC薄膜的制造中，吹塑法常选用内润滑剂，压延法则选用外润滑剂。环保要求配方设计需适应环保要求。一般塑料制品着重评价其使用寿命。实际上应从原材料的生产、加工、物质流通、使用乃至废弃整个过程来全面考虑。延长制品使用寿命对节省资源和节约能源有利，对废弃物的再利用和原材料的安全性也需重视。成本问题在配方设计时，除了保证产品能够顺利加工和满足产品标准要求以外，还必须最大限度降低产品的成本。因此，要充分了解原材料的性能价格比以及相互间的作用与禁忌事项，运用先进的科学实验方法选择最佳的性价比。当可以替代使用时，尽量使用来源广、采购方便、成本低的助剂。降低生产成本要考虑包括原材料成本和加工成本在内的总成本。例如，添加能改善加工性能的助剂虽然提高了原材料成本，但能大幅度降低加工成本，那么也就能降低总成本。其它因素配方设计还还包括产品品设计、生生产工艺设设计等在内内的产品开开发。因此此，在深入入理解配方方设计在整整个开发过过程中的重重要性的基基础上，还还必要考虑虑其他的相相关因素。。有了这些些基本的原原则作指导导，我们在在进行配方方设计时就就能做到全全面考虑，，综合运用用。配方设计要要点配方设计的的关键为选选材、搭配配、用量、、混合四大大要素，表表面看起来来很简单，，但其实包包含了许多多内在联系系，要想设设计出一个个高性能、、易加工、、低价格的的配方也并并非易事，，需要考虑虑的因素很很多，现提提出一些要要点供读者者参考。树脂的选择择品种的选择择:树脂要选择择与改性目目标性能最最接近的品品种，以节节省加入助助剂的使用用量。如耐磨改性性，树脂要要首先考虑虑选择三大大耐磨树脂脂：即聚酰酰胺(PA)、聚甲甲醛(POM)、超超高相对分分子质量聚聚乙烯(UHWPE)；透明改性，，树脂要首首先考虑选选择三大透透明树脂：：聚苯乙烯烯(PS)、聚甲基基丙烯酸甲甲酯(PMMA)及及聚碳酸酯酯(PC)。耐热改性，，首先考虑虑选择聚苯苯硫醚、聚聚酰亚胺、、聚苯并咪咪唑和聚芳芳砜；耐低温改性性，首先考考虑选择低低分子量聚聚乙烯、聚聚碳酸酯和和热塑性弹弹性体类（（聚酯类热热塑性弹性性体、聚烯烯类热塑性性弹性体、、聚氨酯类类弹性体））；隔热改性，，首先考虑虑选择聚氨氨酯硬质泡泡沫塑料、、酚醛、脲脲醛泡沫塑塑料和聚苯苯乙烯泡沫沫塑料。一般要求树树脂成本低低、性能高高，同时还还要考虑外外观美及耐耐久性，所所以很难选选择一种能能满足所有有性能要求求的合适树树脂。例如，用注注射成型方方法生产透透明容器时时，在一般般情况下可可选择聚苯苯乙烯或聚聚甲基丙烯烯酸甲酯两两种树脂，，但如果要要求廉价为为首要条件件，则选用用聚苯乙烯烯；反之，，如果强调调耐候性能能好时，就就要选用聚聚甲基丙烯烯酸甲酯；；如果还要要再加上耐耐冲击性能能好，则就就要排除上上述两种树树脂而选择择聚碳酸酯酯，当然成成本要提高高。在选择时还还应考虑以以下内容：：所选择的树树脂能否承承受住使用用环境中最最高和最低低的温度，，在这个温温度范围内内树脂是否否变形、发发生龟裂、、耐冲击性性能如何等等。若不符符合要求，，就要改变变现有的树树脂品种，，另选新的的品种，或或进行改性性处理。另外，选择择的树脂还还需要考虑虑在使用环环境中的其其他影响因因素。如在在要求制品品尺寸稳定定性能好时时，还要考考虑到树脂脂的热膨胀胀系数、成成型初期及及成型后期期的收缩率率变化、吸吸湿性等因因素。一般情况下下，不可能能满足所有有的条件，，但应尽可可能的满足足主要条件件。只要满满足主要条条件就可以以了。关于质量标标准的掌握握，一般按按下述条件件而定。（1）能否否承受使用用环境温度度的变化、、阳光的影影响及使用用时负荷的的变化；（2）制品品是否合乎乎卫生标准准及安全性性；（3）弯曲曲强度、拉拉伸强度、、冲击强度度、电绝缘缘性、阻燃燃性、耐水水性、耐油油性能、电电学性能是是否符合产产品标准；；（4）尺寸寸稳定性、、光学性能能、抗毒抗抗湿抗菌性性能如何；；（5）外观观上及经济济成本、特特殊要求是是否能达到到要求。流动性的选选择不同品种的的树脂具有有不同的流流动性，按按此将塑料料分成高流流动性、中中等流动性性和低流动动性三类，，具体如下下：高流动性：：聚苯乙烯烯(PS)，高抗冲冲聚苯乙(HIPS)，ABS，聚乙乙烯(PE)、聚丙丙烯(PP)、聚酰酰胺PA等等。中等流动性性：聚碳酸酸酯(PC)、改性性聚苯醚(mPPO)、聚苯苯硫醚(PPS)等等。低流动性：：聚四氟化化碳(PTFE)、、超高相对对分子质量聚乙烯烯(UHMWPE)、聚苯醚醚(PPO)等。流动性的选选择配方中各种种塑化材料料的粘度要要接近，以以保证加工工流动性。。对于粘度度相差悬殊殊的材料，，要加过渡渡料，以减减小粘度梯梯度。如阻阻燃配方中中用PA66增韧时时，常加入入PA6作作为过渡料料，阻燃配配方中用PA6增韧韧时，常加加入HDPE作为过过渡料。同一品种树树脂也具有有不同的流流动性。主主要原因为为相对分子子质量及其其分布的不不同，所以以同一种树树脂有许多多不同的牌牌号。由于于不同加工工方法要求求的树脂流流动性不同同．所以树树脂又分为为注塑级、、挤出级、、吹塑级、、压延级等等牌号，具具体如下表表所示：助剂的选择择按改性目标标选助剂：：按要改性目目标选择合合适的助剂剂，加入助助剂应能充充分发挥其其功效，并并达到要求求的指标。。指标一般般为产品的的国家标准准、国际标标准，或客客户提出的的专项指标标。以下是是为了使塑塑料具有某某种特殊性性能需要加加入的助剂剂。助剂选择的参参考意见为：：(1)增韧添添加弹弹性体、热塑塑性弹性体和和刚性增韧材材料；(2)增强添添加玻玻璃纤维、碳碳纤维、晶须须和有机纤维维；(3)阻燃添添加溴溴类(普通溴溴系和环保溴溴系)、磷类类、氮类、氮氮/磷复合类类膨胀型阻燃燃剂、三氧化化二锑、水合合金属氧化物物等各类阻燃燃剂；(4)抗静电电添加加各类抗静电电剂；(5)导电添添加碳碳类(炭黑、、石墨、碳纤纤维、碳纳米米管)、金属属纤维和粉，，金属氧化物物；(6)磁性添添加铁铁氧体磁粉，，稀土磁粉包包括钐钴类(SmCo5或Sm2Co17)、钕铁硼类类(NdFeB)、钐铁铁氮类(SmFeN)，，铝镍钴类磁磁粉三大类；；(7)导热添添加金金属纤维和粉粉末，金属氧氧化物、氮化化物和碳化物物，碳类材料料如炭黑、碳碳纤维、石墨墨和碳纳米管管，半导体材材料如硅、硼硼；(8)耐热添添加玻玻璃纤维、无无机填料、耐耐热剂如取代代马来酰亚胺胺类和β晶型型成核剂；(9)透明添添加成成核剂，对PP而言，αα晶型成核剂剂的山梨醇衍衍生物系列产产品Millad3988效果最最好；(10)耐磨磨添加加PTFE、、石墨、二硫硫化钼、铜粉粉等；(11)电绝绝缘添添加煅烧高岭岭土等；(12)绝热热添加加云母、蒙脱脱土、石英等等。助剂与树脂要要匹配助剂选择时，，要有针对性性．应选择对对树脂改性效效果好的品种种。例如：(1)红磷阻阻燃剂适用于于PA、聚对对苯二甲酸丁丁酯(PBT)、聚对苯苯二甲酸乙酯酯(PET)。(2)氮系阻阻燃剂适用于于含氧类工程程塑料，如PA、PBT、PET等等。(3)玻璃纤纤维对结晶型型塑料的耐热热改性效果好好，对非结晶晶型塑料效果果差。(4)炭黑在在结晶型树脂脂中效果好。。助剂的形态助剂的形状(1)纤维状状填料的增强强效果好。纤纤维的形状可可用长径比(L/D)表表示，L/D越大、增强强效果越好。。树脂在熔融融状态时比在在粉末状态时时有利于保持持长径比。减减小断纤几率率。这就是为为什么不从进进料口而从中中部加料口加加入玻璃纤维维的原因。(2)球型填填料的增韧效效果好、并可可增加制品的的光亮度。硫硫酸钡为典型型的球型填料料，因此高光光泽PP的填填充选用硫酸酸钡，硫酸钡钡也可以小幅幅度提高制品品的刚性及韧韧性。助剂的粒度(1)粒状助助剂粒度的表表示方法粒状助剂的粒粒度可用目数数或平均粒径径表示，通常常用的目数与与平均粒径的的关系见下表表。注：目数有多多种表示方法法．本表中的的目数为每平平方英寸筛网网上的筛孔数数目填料粒度对填填充塑料的力力学性能的影影响粒度尺寸越小小，对填充材材料的拉伸强强度和冲击强强度提高越大大。在用20％(质量分分数)硅灰石石填充PA6时，粒度对对填充PA6的力学性能能的影响见下下表：粒度对无机阻阻燃剂阻燃性性能的影响无机阻燃剂的的粒度越小，，阻燃效果越越好。例如水水合金属氧化化物和三氧化化二锑的粒度度越小，达到到同等阻燃效效果的用量就就越少。在LDPE中加加入80份不不同粒度的氢氢氧化铝的阻阻燃效果见下下表在ABS中加加入4%粒度度为45μm的三氧化化二锑与加入入1%粒度为为0.03μμm的三氧氧化二锑阻燃燃效果相同。。粒度尺寸对着着色剂着色力力的影响着色剂的粒度度越小，着色色力越高、遮遮盖力越强、、色泽越均匀匀。但着色剂剂的粒度不是是越小越好，，存在一个上上限值，而且且对不同性能能的上限值不不同。对着色色力而言，偶偶氮类着色剂剂的上限粒度度为0.1μμm，酞菁类类着色剂的上上限粒度尺寸寸为0.05μm。对遮遮盖力而言，，着色剂的上上限粒度尺寸寸为0.05μm左右。。粒度尺寸对导导电助剂导电电性能的影响响以炭黑为例，，其粒度越小小，越易形成成网状导电通通路，达到同同样的导电效效果时加入炭炭黑的量越低低。但同着色色剂一样，粒粒度大小也有有一个上限值值，粒度太小小，导电助剂剂易于团聚而而难于分散，，效果反而不不好。助剂的表面处处理与树脂良好的的相容性是发发挥助剂功效效的关键。因因此，必须设设法提高或改改善其与树脂脂的相容性．．如采用表面面活性剂、偶偶联剂或相容容剂对其进行行表面活化处处理。所有无机类添添加剂经过表表面处理，效效果大都提高高。尤其以粉粉末填料最为为明显，其他他还有玻璃纤纤维、无机阻阻燃剂等。表面处理以偶偶联剂和相容容剂为主，偶偶联剂有硅烷烷类、钛酸酯酯类和铝酸酯酯类，常用相相容剂有所用用树脂的马来来酸酐接枝聚聚合物。助剂的加入量量从改性效果看看，有的助剂剂加入量越多多越好，如阻阻燃剂、增韧韧剂、磁粉、、阻隔材料等等，有的助剂剂加入量有最最佳值，如导导电助剂形成成到电通路后后即可，再增增加无效果；；偶联剂，表表面包覆即可可；抗静电剂剂，在制品表表面形成泄电电荷层即可。。在设计配方方时，应该在在能满足改性性效果的前提提下，添加量量最小，以降降低成本。保证配方中各各组分混合均均匀配方中各组分分的均分布是是使配方能达达到改性要求求的保证，可可采取下面的的方法保证各各组分的均匀匀分布：(1)分次加加入对于填料加入入量过大的配配方。填料最最好分两次加加入：第一次次在加料斗。。第二次在中中间侧加料口口。如加150份氢氧化化铝的无卤阻阻燃PE配方方，就要分两两次加入。否否则不能造粒粒。填料的偶偶联剂处理，，一般以分三三次喷入为佳佳。这样能达达到分散均匀匀，偶联效果果好。(2)合理的的加料顺序在PVC或填填充母料的配配方中，各种种料的加料顺顺序很重要。。如填充母料料要先加填料料。这样有利利于在混合后后的升温过程程中除去其中中的水份和后后续的偶联处处理。外润滑滑剂要后加，，以免影响其其他物料的均均匀混合。配方中一些组组分的负面影影响设计配方时要要全面考虑，，加入的助剂剂在满足塑料料的某种性能能同时。应尽尽可能不影响响其他性能。。如高填充配配方对复合材材料的力学性性能和加工性性能影响很大大，使其冲击击强度和拉伸伸强度大幅度度下降，加工工流动性变差差。如果制品品对复合材料料的某项性能能有影响，在在配方设计中中要考虑补偿偿措施，如加加入弹性体以以减少对冲击击性能的影响响，加入润滑滑剂以改善加加工性能。抗冲击性大部分无机材材料和部分有有机材料都降降低材料的抗抗冲击性。为为了降低对冲冲击强度的影影响，设计配配方时可以考考虑加入弹性性体或增韧剂剂。透明性大多数无机材材料对透明性性都有影响，，折光指数与与树脂相近的的无机材料对对透明性的影影响较小。对对主要用于HDPE塑料料袋的透明填填充母料，可可选择对透明明性影响较小小的特殊品种种的滑石粉。。有些有机化化合物也影响响塑料的透明明性，如在PVC的增韧韧剂中，除MBS外，CPE、EVA、ACR都影响制品品的透明性。。在无机阻燃燃材料中，只只有胶体五氧氧化二锑不影影响制品的透透明性。颜色配方设计，一一定要注意助助剂本身的颜颜色及其变色色性。有些助助剂本身颜色色很深，这会会影响制品的的颜色，难以以制备浅色制制品。如炭黑黑为黑色，只只能制备深色色制品；其他他如石墨、红红磷、二硫化化钼、金属粉粉末及工业矿矿渣等本身都都有颜色，选选用时要注意意。还有些助助剂本身为白白色，但在加加工中因高温温会变色，如如硅灰石本身身为白色，但但填充到树脂脂中加工后就就成浅灰色。。其他性能塑料的导热改改性一般为加加入金属类和和碳类导热剂剂，但此类导导热剂又是导导电剂，在提提高导热性同同时会提高导导电性，从而而影响绝缘性性。对于同时时要求绝缘和和导热的塑料料，不能加入入具有导电性性的导热剂，，只能加入绝绝缘类导热剂剂，如陶瓷类类金属氧化物物。配方应考虑加加工性配方要保证材材料适当的加加工性，并对对加工设备和和使用环境无无不良影响。。助剂必须具具有良好的流流动性及耐热热性。此外，，助剂对树脂脂的加工性影影响要小；对对设备的磨损损和腐蚀应尽尽可能小，加加工时不放出出有毒气体，，损害加工人人员的健康。。流动性(1)大部分分无机填料都都影响加工性性，在加入量量大时，需要要相应加入加加工助剂以补补偿损失的流流动性，如加加入润滑剂等等。(2)有机助助剂一般都能能改善塑料的的加工性，如如十溴二苯醚醚、四溴双酚酚A阻燃剂都都可改善塑料料的加工流动动性，尤其四四溴双酚A的的效果更明显显。(3)一般的的PVC改性性配方都需加加入适量的润润滑剂。耐热性除发泡剂、引引发剂、交联联剂因功能要要求必须分解解外，应保证证助剂在加工工温度不分解解。(1)氢氧化化铝因分解温温度低，不适适合用于PP，只能用于于PE中。(2)四溴双双酚A因分解解温度低，不不适合于ABS的阻燃改改性。(3)大部分分有机染料分分解温度低，，不适合高温温加工的工程程塑料。(4)改性塑塑料配方在加加工过程中，，都需要加入入抗氧剂，以以防止因螺杆杆的强烈剪切切作用使其热热分解而导致致材料变黄。。卫生及环保要要求配方中的各类类助剂应对操操作者无害、、对设备无害害、对使用者者无害、对环环境无害。卫生性：树脂和所选助助剂应该无毒毒，或有害物物含量在控制制规定的范围围内。对环境的影响响：所选组分在加加工时及在制制品中不能污污染环境：(1)铅盐不不能用于上水水管和电缆护护套；(2)玩具、、食品包装膜膜必需用无毒毒的增塑剂。。(3)不能用用镉、六价铬铬、汞等重金金属；(4)不能用用目前法规中中禁用的助剂剂如多溴联苯苯、多溴二苯苯醚等。塑料配方设计计中各组分的的相容性对于一个好的的配方，除了了配方组分选选择合理、用用量搭配得当当外，配方中中各组分之间间还要具有良良好的相容性性，这样，才才能充分发挥挥不同组分的的应尽作用。。相容性原则判断不同组分分的相容性如如何，一条根根本的原则，，即相似相容容，可分为以以下几个方面面：溶度参数相近近原则、极性性相近原则、、结构相近原原则、结晶能能力相近原则则、表面张力力相近原则、、粘度相近原原则。溶度参数相近近原则不同组分的混混合过程实际际上是分子链链间相互扩散散的过程，受受到分子链之之间作用的制制约。分子链链间相互作用用力的大小，，可用溶度参参数来表示。。其数值为单单位体积内聚聚能密度的平平方根。不同组分之间间的相容性好好坏，可用其其溶度参数之之差来衡量。。差值越小，，其相容性越越好。对于共共混小分子组组分，其溶度度参数差小于于1.5，即即视为相容性性好；高分子子组分之间的的相容规律为为：溶度参数数之差小于0.5，且分分子量越大，，对其差值要要求越小，也也就是说，高高分子量的不不同组分更不不容易相容。。对于溶度参数数相近原则，，需要注意的的是，此原则则只适用于非非极性组分之之间和非极性性组分之间，，而不选用于于极性组分之之间与结晶组组分之间，其其原因为溶度度参数只表示示分子之间的的色散力，而而不表示极性性组分之间的的偶极力及及氢键。因此此，不能完全全表征分子间间的作用力大大小。极性相近原则则其原则为不同同配方之间的的极性越相近近，其相容性性越好。另外外，配方中组组分的极性越越大，其相容容性越好；而而非极性组分分的相容性大大都比较差。。极性相近原则则有些例外，，如PVC/CR、PVC/CPE极性相近，，但不相容；；而PS/PPO两种极极性不同组分分，相容性反反而好。结构相近原则则其原则为不同同配方组分的的结构越接近近，其相容性性越好。所谓结构相近近，是指各自自组分的分子子链中含有相相同或相近的的结构单元。。如PS和PPO分子链链中都含有芳芳香基团，因因而，其相容容性很好。结晶能力相相近原则其原则为不不同配方组组分的结晶晶能力越接接近，其相相容性越好好。结晶能能力是指可可否结晶结结晶难易和和最大结晶晶度。两种非晶态态配方组分分相容性好好，而晶态态/非晶态态、晶态/晶态组分分的相容性性差，而且且只有在混混晶时才相相容。配方方组分在熔熔融状态互互混时，晶晶态已被破破坏，不受受结晶能力力原则限制制。表面张力相相近原则配方组分的的表面张力力越接近，，其相容性性越好。配配方中组分分熔融时，，与乳状液液相似，其其稳定性及及分散度由由界面两相相的表面张张力决定，，表面张力力越接近，，两相间的的浸润、接接触及扩散散越好，界界面的结合合也越好。。提高相容性性的方法提高相容性性的方法有有：添加偶偶联剂、添添加相容剂剂、交联技技术和IPN技术。。偶联剂偶联剂也称称为表面处处理剂，它它是一种在在无机材料料与有机材材料或不同同有机材料料之间，通通过化学作作用，使两两者亲和性性得到改改善的一种种有机化合合物。偶联剂主要要用于无机机材料和有有机材料混混合体系中中，有时也也用于有机机材料复合合体系中，，但很少见见。偶联剂的作作用机理1、化学键键理论该理论认为为，偶联剂剂分子含有有两种不同同性质的基基团，其中中一种基团团可与无机机材料表面面分子作用用，形成化化学键；而而另一种基基团可与有有机材料分分子键合，，从而在无无机相与有有机相之间间起到桥梁梁和连接作作用，使不不相容两相相达到相容容。实际上，偶偶联剂与两两相的作用用还有氢键键及物理吸吸附等。该理论较好好地解释了了硅烷偶联联剂对玻璃璃纤维复合合体系的作作用。2、表面浸浸润理论该理论的主主要论点为为液态聚合合物对无机机填料的表表面浸润性性，促进了了两者的相相容性。如如果无机填填料被完全全浸润，则则树脂在两两相界面上上的物理吸吸附所产生生的粘结强强度，比树树脂本身内内聚能还要要大。反之之，如无机机材料浸润润不良，则则导致相容容性差。此理论较好好地解释了了热固性树树脂与无机机填料之间间的复合。。3、变层理理论为了缓和复复合材料中中树脂和填填料两相在在冷却时不不同收缩率率而产生的的界面应力力，希望在在树脂与填填料之间形形成一个柔柔性变形层层，使复合合材料的韧韧性增大。。而偶联剂剂可在树脂脂与填料之之间形成上上述的柔性性变形层，，起到松弛弛界面应力力，阻止界界面裂纹扩扩展的作用用。4、拘束层层理论复合材料中中存在着高高模量的填填料与低模模量树脂之之间的界面面区，偶联联剂是界面面区中的一一部分，它它的模量介介于树脂与与填料两者者中间，可可以较好地地传递应力力。偶联剂的种种类1、硅烷类类偶联剂早期主要用用于热固性性塑料与玻玻璃纤维之之间，现在在广泛用于于热塑性树树脂与含硅硅性填料之之间。硅烷烷类偶联剂剂的结构通通式可以写写成：RSiX3.其中R为与与树脂分子子有亲和力力或反应能能力的活性性官能团，，如氨基、、环氧基、、乙烯基等等。Ｘ为能能水解基团团，如甲氧氧基、乙酰酰基氧等。。Ｘ为－ＯＯ－Ｏ－ＲＲ时，为氧氧化硅烷；；Ｘ为－ＳＳ－Ｓ－ＲＲ时，称为为多硫化硅硅烷。２、钛酸酯酯类偶联剂剂主要用于热热塑性塑料料与各类填填料之间的的偶联。下表为典型型的钛酸酯酯偶联剂的的类型与化化学结构。。３、锆酸酯酯类偶联剂剂主要用于ＰＰＯ、ＥＰＰ及聚酯中中。４、铝酸酯酯类偶联剂剂成本低，除除偶联功能能外，还可可以提高复复合体系的的机械强度度及耐热性性。５、锆铝酸酸酯偶联剂剂６、铝钛复复合偶联剂剂７、有机铬铬类偶联剂剂等偶联剂的选选用原则１、硅烷类类偶联剂主主要适用于于玻璃纤维维及含硅填填料，如石石英、硅灰灰石、滑石石粉、云母母、二氧化化硅、硅酸酸钙、粘土土等，也可可用于部分分金属的氧氧化物及氢氢氧化物，，但不用于于碳酸钙。。树脂主要要为热固性性树脂。２、钛酸类类偶联剂对对填料的适适用范围广广，如碳酸酸钙、滑石石粉。钛白白粉等都可可以还可用用于玻璃纤纤维中。树树脂主要为为ＰＯ等热热塑性树脂脂。３、酸性填填料应使用用含碱性官官能团的偶偶联剂，而而碱性填料料应选择含含酸性官能能团的偶联联剂。４、偶联剂剂的加入量量：硅烷偶偶联剂的用用量可定为为填料的1%左右；；钛酸酯类类用量一般般为填料的的0.25%-2%.5、一些表表面活性剂剂会影响钛钛酸酯偶联联剂作用的的发挥，如如ZnO、、HSt等等必须在填填料、偶联联剂、树脂脂充分混合合后加入。。6、大多数数钛酸酯类类偶联剂易易与酯类增增塑剂发生生酯交换反反应，因此此，此类增增塑剂需待待偶联剂加加入后方可可加入。7、钛酸酯酯类偶联剂剂不同品种种之间复合合加入有协协同作用；；硅烷类偶偶联剂不同同品种之间间复合加入入也有协同同作用；钛钛酸酯类与与硅烷类复复合加入协协同效果好好。相容剂相容剂是指指借助于分分子间的键键合力，使使不相容的的两种聚合合物组分结结合在一起起，从而形形成相容共共混体系的的一类化合合物。相容剂也称称增容剂或或助容剂等等，与偶联联剂不同在在于偶联剂剂主要用于于无机材料料与有机材材料之间，，而相容剂剂则主要用用于两种有有机材料之之间。相容剂的作作用原理1、非相容容的共混物物两相之间间存在着明明显的相界界面，且其其相界面很很小，只有有1.0-1.1nm；相容容剂加入后后，可以存存在于两相相界面之间间，使两相相界面增大大到2-3倍。2、存在于于两相界面面的相容剂剂，具有很很长的分子子链；长分分子链之间间彼此产生生一定的斥斥力，可以以防止同相相组分的接接近与合并并。3、相容剂剂可以降低低两相界面面之间的界界面张力。。相容剂的种种类1、按分子子量大小分分类，可分分成高分子子相容剂和和低分子相相容剂两种种。低分子子相容剂一一般为反应应型相容剂剂，如有机机过氧化物物类。高分分子相容剂剂大都属于于非反应相相容剂。2、按作用用性质分类类，可以分分成反应型型相容剂和和非反应型型相容剂两两种。反应应型相容剂剂在发挥相相容作用时时，伴随化化学反应在在，可以与与共混组分分形成化学学键或氢键键。反应型型相容剂分分子上含有有可反应基基团，如羟羟基、酸酐酐和环氧基基等反应型相容容剂常用品品种有：非反应型相相容剂在发发挥相容作作用时，不不发生化学学反应，只只起到乳化化剂作用，，降低两相相界面的张张力。3、按结构构分类，相相容剂主要要为共聚物物，按其共共聚结构可可分为嵌段段共聚物和和接枝共聚聚物两类。。嵌段型相相容剂比接接枝相容剂剂效果好，，主要是接接枝型体积积阻力大的的原因。交联技术交联是指在在聚合物大大分子链之之间产生化化学反应，，从而形成成化学键的的过程。交联主要可可以分为化化学交联和和辐射交联联两种。一、化学交交联是指交交联剂在一一定温度下下分解产生生自由基，，引发聚合合物大分子子之间发生生化学反应应，从而形形成化学键键的过程。。化学交联联需要有交交联剂的存存在，并在在一定温度度下进行。。常用交联剂剂品种按交联剂种种类不同，，主要分为为：有机过过氧化物交交联、有机机硅交联、、叠氮化物物交联及离离子交联等等。常用有机过过氧化物交交联剂有：：1、过氧化化二异丙苯苯（DCP），常与与ZnO并并用，可用用于PE、、EVA、、PVC及及不饱和聚聚酯的交联联剂。2、过氧化化苯甲酰（（BPO）），极不稳稳定，不溶溶于水，常常用于不饱饱和聚酯的的交联。3、二叔基基过氧化物物（DTBP）、过过氧化氢二二异丙苯、、2，5-二甲基-2，5二二叔丁过氧氧基己烷（（AD）等等化学交联设设计原则1、为防止止交联剂过过早发生分分解导致交交联，交联联最好与成成型同步进进行，即分分解温度要要与加工温温度相匹配配。在150度左右右温度范围围内，常用用DCP，，加工温度度大于150度时，，常用AD、二叔丁丁过氧基二二异丙苯等等，加工温温度更高时时，一般选选用硅烷类类交联剂。。2、对含有有吸附性填填料如无水水硅酸、粘粘土等，对对交联剂有有吸附作用用，使交联联效率下降降。因而另另入二苯胍胍、聚乙二二醇、铅和和锌的金属属皂类等，，可以防止止吸附，保保持交联剂剂不受影响响。3、对于酸酸性填料，，如粘土、、槽法炭黑黑等，会导导致过氧化化物的离子子型分解而而妨碍交联联效果。为为此需加入入MgO、、ZnO及及胺类以防防止上述副副作用发生生。4、防老剂剂加入会影影响交联效效率，需并并用二苯基基对苯二胺胺和a-N-苯基萘萘胺。二、辐射交交联辐射交联是是指在高辐辐射能量作作用下，于于常温常压压下，高分分子结构发发生变化，，产生自由由基，进而而在大分子子链之间形形成化学键键的过程。。与化学交联联相比，辐辐射交联不不用交联剂剂，可以不不引入其他他物质；可可在室温中中常压进行行，因而塑塑料制品不不发生变形形。在辐射交联联反应中，，衡量交联联反应所占占比率大小小一般用交交联G值（（第吸收100辐射射能量而形形成交联键键数）或凝凝胶率表示示，G值一一般小于10.在辐射交联联配方设计计中涉及到到增敏剂和和敏化剂。。增敏剂又称称增感剂，，其作用可可使交联反反应中的非非链式转变变为链式反反应，增大大交联反应应比例，从从而降低降降解反应的的比例，提提高反应的的G值，并并可适当降降低交联剂剂的用量。。增敏剂一般般为多官能能团单体。。如二甲基基丙烯酸四四甘醇酯（（TEGDM）、三三甲基丙烯烯酸三羟甲甲基丙酯（（TMPTM）等。。敏化剂的作作用是加速速辐射交联联反应，其其工作原理理为进行能能量传递，，以有效地地利用辐射射能，从而而降低辐射射剂量，达达到节能目目的。敏化剂本身身一般不参参加反应，，或参加反反应而不成成为交联网网络的组成成部分。常常用的敏化化剂有S2Cl2、CCl4、NaF及及炭黑等。。动态交联和和静态交联联动态交联（（硫化）是是指不同品品种聚合物物在熔融共共混过程实实现的交联联，主要用用于提高共共混物相容容性。进行动态交交联的必要要条件如下下:1、被分散散聚合物的的粒径为1×10-3-2×10-3㎜2、两种聚聚合物的表表面张力差差应低于0.5-3.0mN／ｍ；3、树脂结结晶度应大大于15%-30%静态交联是是指在模具具中完成交交联过程的的一种交联联，由于交交联后不受受剪切作用用，因而共共混物为整整体网状结结构，近似似于热固性性塑料，性性能可大幅幅提高，但但不可再用用热塑性方方法进行加加工。静态交联主主要用于改改性。IPN技术术IPN技术术是指互穿穿网络技术术。它是指指含有两种种或两种以以上聚合物物共混时，，两种分子子在共混体体系内互相相贯穿，在在分子水平平上达到““强迫互溶溶”和“分分子协同””的效果。。IPN技术术合成的共共混物有：：PS和聚聚丙烯酸乙乙酯、端羟羟丁腈聚氨氨酯和聚甲甲基丙烯酸酸甲酯、丁丁腈羟聚氨氨酯和聚环环氧树脂、、聚甲基丙丙烯酸乙酯酯和聚正丁丁基丙烯酸酸酯等。塑料配方中中各组分的的关系大多数塑料料配方中都都不只含有有一种添加加剂，而是是含有两种种或两种以以上添加剂剂。这些不不同的添加加剂之间往往往会产生生一定的相相互作用，，从而影响响整个配方方的性能发发挥。配方方中各组分分的相互关关系有如下下三类，即即协同作用用、对抗作作用和加和和作用。协同作用协同作用是是提塑料配配方中两种种或两种以以上的添加加剂一起加加入时的效效果高于其其单独加入入的平均值值。产生协协同作用的的原因主要要是它们之之间产生了了物理或化化学作用。。如在卤素/锑系复合合阻燃体系系中，卤系系阻燃剂可可与Sb2O3发生反应而而生成SbX3、SbX3可以隔离氧氧气从而达达到增大阻阻燃效果的的目的。对抗作用对抗作用是是指塑料配配方中两种种或两种以以上的添加加剂一起加加入时的效效果低于其其单独加入入的平均值值。产生对抗作作用的原理理同协同作作用一样，，也是不同同添加剂之之间产生物物理或化学学作用的结结果，不同同的是，其其作用的结结果不但没没有促进各各自作用的的发挥，反反而削弱了了其应有的的效果。如常用的抗抗氧剂与某某些含硫化化合物，特特别是多硫硫化合物之之间，存在在对抗作用用。其原因因是多硫化化合物有助助氧化作用用。加合作用加合作用是是指塑料配配方中两种种或两种以以上不同添添加剂一起起加入的效效果等于其其单独加入入效果的平平均值。如不同类型型防老化剂剂并用后，，可以提供供不同类型型的防护作作用。如抗抗氧剂可防防止热氧化化降解，光光稳定剂可可防止光降降解，防霉霉剂可防止止生物降解解等。塑料配方设设计方法一、塑料配配方的表示示方法1、以树脂脂基体为100份的的配方表示示方法。这这种表示方方法是以树树脂基体100份为为基准配方方中其他组组分以相对对树脂基体体的用量份份数来表示示。由于计计量容易，，广泛用于于工业生产产和科学研研究中。2、以混合合料总量为为100份份的配方表表示方法。。即以配方方中组分总总用量为100份，，配方中各各组分以其其所占的分分数来表示示。这种表表示方法利利于进行原原料消耗量量和生产成成本的核算算。3.在对配配方中各组组分用量进进行计量时时，一般多多用质量来来表示。当当配方中含含有少量液液体时，配配方中含量量大的固体体组分用质质量来表示示，而为了了配料方方便，液体体组分可用用体积来表表示。如在在塑料着色色配方中，，会用到少少量的白油油等液体分分散剂，一一般即用体体积来表示示。4.在已知知配方中各各组分密度度时，配方方中各组分分用量也可可均用体积积来表示，，这种表示示方法多用用于成本核核算中。这这是由于塑塑料制品的的体积在形形状和造型型设计确定定下来后即即得到确定定，以A和和B两种不不同密度和和成本的塑塑料为例，，A塑料的的密度为为1，单位位质量成本本1.2，，B塑料的的密度为1.3，单单位质量成成本为1.很明显B塑料的单单位质量成成本较低，，但生产单单位体积的的塑料制品品时则A塑塑料的成成本为1.2，而B塑料的成成本为1.3.所以以在进行成成本核算时时，要结合合配方中各各组分密度度，进行切切实的考虑虑。配方设计方方法一、单因素素变量配方方设计方法法。这种方法要要找出问题题的关键，，抓住主要要矛盾，在在试验中只只考虑一个个因素，而而将其他因因素作为不不变量，以以期得这一一变量的最最佳值。然然后以此最最佳值为该该变量的固固定值，再再考察其他他变量，依依此类推，，直至找到到理想的配配方。在用用此种方法法确定配方方时，必须须保证生产产工艺条件件和测试条条件的一致致，否则无无法取舍。。用单因素法法来安排试试验，常用用的方法有有以下几种种：逐步提高法法、黄金分分割法、平平分法、分分批试验法法。1.逐步提提高法此法俗称爬爬山法，其其关键是首首先要确定定起点位置置和试验范范围，起点点位置和试试验范围选选得好，试试验的次数数就会少一一些。起点点位置确定定后，在试试验范围内内，向原料料增加和减减少方向各各选一点，，这点距起起点的距离离称为步长长，步长的的选择一般般先大后小小。试验过过程中需经经反复试验验和取舍来来确定原料料用量的增增减和步长长的大小小，直至达达到变量的的最佳值。。这种方法法适合于对对配方进行行微调，优优点是比较较稳妥，缺缺点是对经经验依赖性性大，试验验次数较多多。2、黄金分分割法此法又称0.618法，只需需确定试验验范围，而而无须确定定起点位置置和步长。。在试验过过程中先在在试验范围围内的0.618处处及0.382处分分别做一次次试验，而而后比较试试验结果，，进行取舍舍，缩小试试验范围。。在新确定定的试验范范围内重复复上述过程程，直至达达到目标点点。这种方方法的优点点是试验量量相对较少少，但欠稳稳妥。3.平分法法此法又称对对分法，与与黄金分割割法有些类类似，不同同在于步长长的选择固固定为0.5，但此此法应用较较少一般要要在已知制制品所需性性能指标和和所考察的的变量对相相关性能指指标影响规规律的情况况下，才能能使用。4、分批试试验法可分为均分分分批试验验法和比例例分批试验验法两种，，两者的区区别在于前前者先在试试验范围内内均匀安排排一批试验验，根据试试验结果，，确定新的的试验范围围，再重复复上述过程程，直至至得到最好好的结果。。此法的缺缺点在于试试验次数较较多。而后后者是按一一定比例一一次性把所所有可能的的试验都安安排下去，，此法主要要适用于原原料少量变变化就能引引起较大的的性能指标标变化的场场合。多因素变量量配方设计计方法当配方设计计中同时存存在两个以以上自变量量影响因变变量（制品品性能）时时，就需采采用多因素素试验法。。多因素试试验方法很很多，其中中以正交试试验用得最最多。正交设计法法正交试验法法是在优选选的试验范范围内，首首先确定试试验的因素素数和水平平数，而后后一次性布布置一批试试验，再用用直观分析析法和方差差分析法对对试验结果果进行分析析和整理缩缩小优选选范围，分分析出各因因素对指标标影响的主主次，各因因素中最好好的水平。。此法只需需做少量试试验就可判判断出较优优的配方。。正交设计法法正交表的的组成正交设计的的核心是一一个正交设设计表，简简称正交表表。一个典典型的正交交表可由下