塑胶配方设计基本功

塑胶原料生产配方设计根本功中国塑协改性塑料专委会争论进展中心北京聚英慧点塑料科技吴永刚“点目前在塑料改性行业里得到了各界同仁的全都认可。如何实现通用塑料的工程化和工程塑料的高性能化呢？这就需要塑料改性技术的创重要的课题之一就是配方创。配方创和配方的设计是密不行分的，如关心。本人多年在一线从事科研工作，我情愿结合自己的设计配方的经验和心得，同大家探讨和共享。根本功，供大家参考，缺乏请指正。生疏各种根底树脂的物性、用途以及相关背景每习和实践才能做到。在不同的配方里，依据不同的性能指标的要求，选择的基石。因此，要想成功的设计一个配方，必需生疏各种根底树脂的物性、用途以及相关背景。〔一、生疏各种根底树脂的物性既然是生疏，就不是一般的简洁的了解，要求全面细致，以下举例说明：1：聚乙烯类塑料PEPE的合成原料来自石油，1965年以来始终高居世界树脂产量第一位。目前，聚乙烯的主要品种有：低密度聚乙烯LDP， 高密度聚乙烯HDP，线性低密度聚乙烯LLDP， 〔超〕高分子量聚乙烯茂金属聚乙烯〔m-PE〕还有其改性品种：乙烯—乙酸乙烯酯E〕 氯化聚乙烯CP。1、聚乙烯类塑料的构造性能PE电绝缘性好、熔点低、印刷性不好。PE的构造规整，线性度高，因而易于结晶。结晶度从高到低排序：HDPE，LLDPE，LDPE。随结晶度的提高，PE制品的密度、刚性、硬度和强度等性能提高，但冲击性能下降。〔1〕一般性能：PE树脂为无味、无毒的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似蜡的手感；吸水0.01%。PE膜透亮，透亮度随结晶度提高而下降。PEPE17.4%，燃烧时低烟，有少量熔融滴落，火焰上黄下蓝，有石蜡气味。PE的耐水性较好,制品外表无极性，难以粘合和印刷，须经外表处理才可改善。力学性能：PE的力学性能一般，其拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性能较好。PEPELLDPE最好。热学性能：PE的耐热性不高，随分子量和结晶度的提高而改善。PE的耐低温性好，脆化温度一般可达-50℃以下；随分子量的增大，最低可达-140℃。PE的线膨胀系在塑料中属较大的。PE的热导率属塑料中较高的。电学性能：PE无极性，因此电性能格外优异。介电损耗很低，且随温度和频率变化微小。PE是少数耐电晕性好的塑料品种，介电强度又高，因而可用做高压绝缘材料。环境性能：PE具有良好的化学稳定性。在常温下可耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀，具体有稀硫酸、稀硝酸、任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸及乙酸等，但不耐强氧化剂如发烟硫酸、浓硫酸和铬酸等。PE在60℃以下不溶于一般溶剂，但与脂肪烃、芳香烃、卤代烃等长期接触会溶胀或龟裂。温度超过60℃后，可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、矿物油及石蜡中；温度超过100℃后，可溶于四氢化萘。PE耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化，需参加抗氧剂和光稳定剂改善。2、聚乙烯类塑料的应用范围薄膜类制品薄膜类制品是PE的最主要用途。LDPE50%HDPE树10%以上。因其薄膜强度高，主要用于重包装LLDPE树脂用于膜类制品的比重比LDPE70%以上。LLDPE膜具有延长性好、较高的拉伸强度、耐穿刺、自粘膜及超薄地膜等。注塑制品PE因加工性好而广泛用于注塑制品，其中HDPE30%以上，LDPELLDPE各占10%以上。主要产品：日用品如盆、桶、盒、暖瓶壳、杯、玩具等，周转箱、瓦楞箱。中空制品以HDPE树脂为主，可占树脂用量的20%。其制品具有耐应力开裂性好、耐油性好、耐低具等。管材类制品以HDPE树脂为主，主要用于生活给水、燃气输送、农业排灌、电缆穿线管、液体吸管及圆珠笔芯等。LDPE管还可用于化装品、药品、牙膏、鞋油等的包装。丝类制品圆丝用HDPEHDPELLDPE为原料，主要用于编织袋、编织布及撕裂膜等。电缆制品PE广泛用于中、高压电缆的绝缘和护套材料，其中以LDPE为主，最高耐压可达220kV。其它制品HDPE、LLDPE可用于打包带。LLDPE可用于型材。3、聚乙烯的其它品种茂金属聚乙烯〔m-PE〕m-PE。茂金属聚乙烯的特性有：分子量高且分布窄、支链少而短、密度低、纯度高、高透亮性、高拉伸强度、高冲击性、热封温度低且范围广、耐穿刺性等。用茂金属聚乙烯制成的薄膜具有优异的强度、高透亮度和低热封温度〔比LLDPE低2℃。EPR、EVA等相竞争。其应用主要为膜类产品，如LLDPE与茂金属PE共混，可用于生产阻油脂性重包装袋。超高分子量聚乙烯〔UHMWPE〕超高分子量聚乙烯为相对分子质量高达100万～400万的聚乙烯类聚合物，英文简称UHMWPE。与一般PE相比，UHMWPE具有耐磨性好〔比POM15倍、低摩擦性〔摩擦系数油润滑时为0.05~0.0、抗冲击性好、自润滑性好、生理相容性好及耐腐蚀等优点；但其硬度低、强度不高、耐热性差、抗蠕变性差及成型加工困难。UHMWPE主要用来生产管材、型材、中空制品和注塑制品，具体应用如下：①耐磨输送管道。可用于煤、矿粉、水泥、石灰、盐、粮食的输送管道，耐磨性比金属高10～50倍。缓冲块及偏心块等；在造纸机械中用于水箱盖板、刮水器、压密件、接头及密封轴杆等；机床中用于导轨、滑道及摩擦轮等。③医用材料。利用生理相容性好和耐腐蚀的优点，用于矫形外科材料和人工关节等。④其它制品。利用耐辐射性，制造核电站遮盖板；利用高冲击性,制造防弹衣、滑雪板等。〔二、生疏相关改性塑料专用料的进展背景状，才能做到目标明确。了解和生疏自己所要开发的产品相关资料越多越好。以开发汽车改性聚丙烯专用料为例。至少应当了解如下信息。2：汽车用改性聚丙烯工程—汽车改性塑料产业也快速进展起来。当能。反映了当今汽车面临最严峻的三大问题是节能、环保和安全。作为构塑料材料技术进展的重要动力和追求的目标。在汽车上大量使用塑料，不仅可以实现轻量化，还到达安全、防腐、造型的舒适性，并有利于降低本钱。目前全世界汽车用塑料制品市场规模为450万吨/年，2005年中国汽车570.72008150025～30万吨/年，假设加上社会修理需求量，汽车塑料需求量将到达50～55万吨/35～40最大的塑料品种之一。据国家信息中心推测，2010年中国汽800万辆，车用塑料需求量将到达72万吨/年。目前汽车用专用树脂和塑料的国产化程度还很小，国产车塑料部件所用树脂和专用料大局部依5%～6%13%；而且车用塑料在发达国家已占塑料总消耗的7％～11％，而中国汽车用塑料需求量仅占塑料总需求量的0.4%，每辆汽车塑料用量平均只有14～28公斤，仅占车辆总重的0.35%～0.7%，并且所使用的产品几乎都是泛用塑料。专家推测2009年前后将是我国轿车大规模进入家庭的开头，由此可见，随着我国汽车工业的进展，汽车用塑料市场的前景格外宽阔。目前我国汽车塑料特别是中高档汽车塑料供给严峻缺乏〔三、生疏根底树脂的不同牌号的性能指标一个好的配方设计人员，应当格外了解国内各大石化企业根底树脂的不同牌号和其性能指根底树脂的最好性能。3：1北京燕山石化公司均聚注塑类聚丙烯树脂牌号性能指标产品牌号Grade熔体流淌速率MeltIndexg/10minASTMD11238密度Densityg/cm3ASTMD1505 拉伸屈服强度,YieldStrengthinTensionMpaASTMD638 断裂伸长率ElongationatBreak％ASTMD638弯曲模量FlexuralModulusMpaASTMD790A悬臂梁冲击强度IzodImpactStrengthKJ/m2ASTMD256负载热变形温度,ThermalDistortionTemperatureunderLoad℃ASTMD648用 途ApplicationK10033.00.90535>20014703.0100通用注塑类产品InjectionmoldingproductsforgeneralpurposeK10055.50.90535>20014703.0100通用注塑类产品InjectionmoldingproductsforgeneralpurposeK1008100.90535>20014702.8100通用注塑类产品InjectionmoldingproductsforgeneralpurposeK1015140.90535>20014702.0100通用注塑类产品InjectionmoldingproductsforgeneralpurposeK1020200.90535>20014702.0100通用注塑类产品Injectionmoldingproductsforgeneralpurpose13001.50.9132.05001700100 机械及汽车零部件Mechanicalandautomobileparts14003.00.9133.05001700100 汽车部件及家具等Automobilepartsandfurniture1700110.9135.05001700105 篮子、盘子等一般用途Forgeneralpurposesuchasbasketandplate表2 北京燕山石化公司共聚注塑类聚丙烯树脂牌号性能指标产品牌号熔体流淌速率密度拉伸屈服强度断裂伸长率％弯曲模量悬臂梁冲击强度,IzodImpactStrengthKJ/m2ASTMD256负载热变形温度℃用途-20℃0℃23℃K7708100.90525.55015203.0 12110洗衣机部件、汽车零部件等Washingmachineparts,automobilepartsK7726290.90524.55013202.3 5.5105洗衣机桶及部件、汽车零部件等Washingmachinebarrelandparts,automobilepartsK7735400.90524.55013202.3 5.0105洗衣机桶及部件、汽车零部件等Washingmachinebarrelandparts,automobileparts1647100.9124.05015003.0 8.0110耐高冲击的洗衣机底座、汽车部件等Highimpactwashingmachinebase,automobileparts1947280.9125.05015003.0 5.5110耐高冲击的洗衣机桶及汽车零部件等Highimpactwashingmachinebarrel,automobileparts1947H380.9125.05015003.0 5.5120耐高冲击的洗衣机桶及汽车零部件等Highimpactwashingmachinebarrel,automobileparts12400.70.9123.050013005.0 105耐高冲击啤酒、饮料瓶箱，吹塑制品Highimpactbeerbottle,beveragebottlebox,blowmoldingproducts13401.50.9123.050013005.0 105室外用耐高冲击啤酒瓶箱、汽车部件等Outdoorhighimpactbeerbottlebox,automobileparts15405.50.9123.02001350 5.0 105耐高冲击容器，汽车、摩托车配件等Highimpactcontainers,automobilepartsandmotorcycleparts1740120.9123.010013502.5 8.7105抗冲注塑制品，汽车、摩托车配件等Mediumimpactinjectionmoldingproducts,automobileparts,motorcycleparts1940250.9123.05013502.7 5.8110抗冲注塑制品，汽车、摩托车配件等Mediumimpactinjectionmoldingproducts,automobileparts,motorcycleparts1940H380.9123.05013502.5 5.5110抗冲注塑制品，汽车、摩托车配件等Mediumimpactinjectionmoldingproducts,automobileparts,motorcycleparts生疏各种填料的特点及使用方法常见的无机填料有：云母、滑石粉、硫酸钡、碳酸钙等。无机填料粒子外形可分为针状、片状、粒状和球状。1PP1可以看出，云母、滑石粉填充PP硫酸钡对PP的外表光泽度影响最小。大量的试验证明云母、滑石粉对降低PP的收缩率效果好于硫酸钡和碳酸钙。这可能是由于填料的外形不同，对转变PP的结晶形态及热膨胀性大小不同造成的。云母、滑石粉是片状构造，各向异性程度比粒状、球状的硫酸钡和碳酸钙要大，对PP的结晶和热膨胀系数影响大，因此降低PP的收缩率效果好。此外，不同填料填充PP力学性能上也存在着差异：〔1〕滑石粉、云母对体系弯曲强度和弯曲模量增加效果明显，碳酸钙、硫酸钡的增加效果曲强度和弯曲模量增幅较大；〔2〕这可能是由于硫酸钡的外观近似于不规章的球状，和滑石粉、云母相比分散并有效地吸取冲击能，起到肯定的增韧作用。虽然滑石粉和云母都能显著降低PP的成型收缩率，但云母比滑石粉还要好些。但是云母填着色均匀。因此无法使用。(a)PP/云母 (b)PP/滑石粉(c)PP/碳酸钙 (d)PP/硫酸钡1不同填料在PP中的形态另外，填料的细度和产地对材料的性能影响也需要留意：3不同细度、不同产地滑石粉填充聚丙烯的性能比较工程弯曲模量MPa弯曲强度MPa热变形温度℃成型收缩率%光泽度%纯PP129435.61381.0281.1325目279849.31550.746.1800目304658.11550.747.61250目321460.51550.755.4表3说明：滑石粉可以提高材料的弯曲模量和热变形温度，降低成型收缩率；高目数的滑石粉比低目数的滑石粉增加效果好，且光泽度也好于低目数的滑石粉。这是由于滑石粉的目数越高，平均粒径越小，在PP中的分散效果越好的缘由。此外，高目数的滑石粉白度较低目数的好，这可能是由于高目数滑石粉杂质含量低。因此，辽宁海城1250目滑石粉被选为降低聚丙烯成型收缩率最好的无机填料。生疏各种助剂的特点及使用方法塑料助剂是指从树脂合成到制品成型整个过程所涉及的各种化学品和添加剂括树脂合成和加工成型两个过程，因而塑料助剂实际上分为合成助剂和加工助剂两大体系。合成助剂适用于树脂的合成过程，主要涉及催化剂、引发剂、乳化剂、悬浮剂、分子量调整剂、终止剂、阻聚剂和防粘釜剂等。其作用是引发、终范围和分布，改善聚合条件，确保反响的顺当进展。一般很少带入树脂和过程，旨在改善树脂的加工性、稳定性以及赐予制品阻燃、抗静电、柔软、轻量、抗冲击等特别功能的添加剂或化学品。与合成助剂相比，加工助剂涉及类型多，化学物质范围广，改性机理简单，是构成塑料加工的三大根本要素〔树脂、助剂、机械〕之一。因此，现代塑料助剂的含义实际上是专指塑料加工助剂。尽管塑料加工助剂分类方法多样，但以功能和改性目的为依据的分类方法最为直观和普遍。体系。内、外润滑剂、抗氧剂、紫外吸取剂、增韧剂等。这次培训班是以改性聚丙烯类汽车专用工程塑料为主题例。4：增韧剂EPM弹性体〔乙烯—丙烯共聚物，具有饱和聚亚甲基链〕最早是由Exxon1961年底，在美国路易斯安娜州生产出商业产品的。1963年初，Montedison公司于意大利开头了全面商业生产。由于EPM是由单烯烃聚合成的，这种共聚物根本上是饱和的，需要用过氧化物或过氧化物—硫磺硫化体系硫化。EPDM弹性体由乙烯、丙烯及少量〔3%~12%〕的非共轭二烯烃共聚而成。Montecatini在1963年开头商业化生产，Exxon1963EPDM，DuPont1963EPDM，Uniroyal1964年开头生产。日本开头EPDM1969年，JSR1970年开头生产。EPDM在饱和主链上的侧链有足够的不饱和性，可以用硫磺硫化。POE是一种饱和的乙烯-辛烯共聚物，由美国DOW化学公司承受茂金属催化剂使乙烯和辛烯聚合而得的一种热塑弹性体。POE的特性:格外窄的分子质量分布和肯定和熔体强度，加之与其他聚烯烃相容性好，可以实现高挤出速率；没有不饱和双键，耐候性能优于其他弹性体，在低温下仍有较好的韧性。与应用较广泛的EPDM相比，POE的内聚能低，无不饱和双键，耐候性更好，其表观切变黏度对温度的依靠性更接近PP，故相容性较好，加工温度范围较宽。由于POE既具有橡胶的弹性又具有塑料的刚性，与PP共混时更易得到较小的弹性体粒径和较窄的粒径分布，增韧PP的同时能保持较高的模量、拉伸强度及良好的加工流淌性，因而增韧效果更好。SBS热塑性塑料的性能。SBS与PP能显著提高PP凹凸温冲击强度。PP/SBS共混物的冲击强度SBS用量的增加而增大，其他机械性能则随SBS用量的增加而降低。4：两种增韧剂对PP共混改性效果测试工程单位测试标准弹性体名称SBSPOE熔体流淌速率g/10minD123810.312.9拉伸屈服强度MPaD63824.424.9拉伸断裂强度MPaD63811.99.1断裂伸长率%D63892.0233弯曲强度MPaD79029.929.2弯曲模量MPaD7901464.31463缺口冲击强度23℃J/mD25691.3229.0-20℃J/mD25634.542.3关于增韧剂在聚丙烯体系普遍有以下几点可以供大家参考：1、不同增韧剂对PP的物理机械性能的改性效果从表4PP/POE体系与PP/SBS体系的常温顺-20℃的缺口冲击强度都高于PP/SBSPOE与聚丙烯的相容性好，与PP共混时易得到较小的弹性体粒径和较窄的粒径分布，同时POE中松软的侧已基在分子间起到一种联结、缓冲、削减银纹因受力进展成裂纹的原因。2、增韧剂对PP的流淌性的改性效果4还可以看出，PP/POE体系的熔体流淌速率明显高于PP/SBS体系，主要缘由是POE在其加工范围内与PP有更近的熔体黏度，POE与PP的相容性更好。3、增韧剂含量对共混体系的影响表5为POE3的数据说明：随着POE含量的增加，共混体系的缺口冲击强度〔23℃和-20℃〕提高，而弯曲强度和弯曲模量下POEPP的基体中，POE含量越大，分散相粒子越多，吸取外部冲击能量的粒子也越多，因而冲击强度越高。由于POE自身的刚性格外低，所以随着POE含量的增加，弯曲强度和弯曲模量下降。5：PP/POE共混体系中POE含量的影响含量份缺口冲击强度/J/m弯曲强度弯曲模量23℃-20℃5168.437.431.015906180.640.529.915188229.042.329.21463生疏设备和工艺特点我以前写过一篇有关塑料改性技术与双螺杆塑机行业的文章近年来，我国的塑料行业蓬勃进展，无论从塑料的原料生产，到后加到了快速进展，高转速、高产量、长寿命设计的双螺杆挤出机渐渐成为市场的主流。塑料改性技术在近十年中也取得了较大的进步，尤其在塑料的填充、增加等方面都得到了广泛的应用，专用料技术受到很多塑料厂家的认同，如：生产技术等，对我国的塑料行业的进展起到了推动作用。目前国内很多塑双螺杆生产设备的适应性，使很多好的技术在应用中消灭问题或得不到应使生产厂家使用该设备却不能生产出满足的产品来。假设将塑料的改性术一样的条件下，好的双螺杆挤出机设备用来生产填充母粒，其母粒的产上也能生产出性能较好的填充母粒来〔固然实际上不提倡这样〕而好的螺杆组合可以使一台一般的直径为60的双螺杆挤出机的24小时的碳酸钙母粒的产量到达8吨左右。一害，才能发挥配方的最正确效果，才是一项真正的成熟技术。积存工艺阅历不多表达，重视工艺，重视加工工艺阅历的积存。就好比一道好菜，配料固然重要，可厨师的炒菜火候同样重要。对碳酸钙填充母料行业来说，大家感受肯定颇深，一样的配方样的搅拌工艺，出来的产品质量相差天壤之别，这就是一个很好的例子。生疏塑料各项测试方法及标准一个合格的配方设计人员必需生疏塑料的各种测试方法和制样方法完试验后，面对一堆试验数据而无所适从。有很多改性塑料企业问我ASTMGBGBASTM为标准的订单时无所适从，这些都反响了对测试标准及方法方面学问的了解。下面举一个大家都很生疏的熔体流淌速率的例子，可以看出对测试标准和方法的了解对配方设计的重要性。举例：何谓塑料的「MI」值？MI的全名为「熔体流淌指数」(