塑料配方设计(第三版)
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第二节 塑料配方设计原则

在具体设计一个配方时,你面对的可选用的树脂和助剂种类很多,甚至可能令你眼花缭乱。如何能选到最合适的树脂和助剂呢?一般可遵循如下原则。

1.选择最接近改性目标的树脂

要达到具体的改性性能,可以选用的树脂品种很多,我们要选择最接近改性目标的树脂。如要获得耐磨性好的改性塑料,就要从POM、PA6、PA66、PPS、PTFE、UHMWPE、PEEK中选择;如果要求耐磨且强度又高,只能从POM、PA6、PA66、PPS、PEEK中选择,因为PTFE、UHMWPE的强度很低。又如要获得高阻隔性的改性塑料,就要从EVOH、PVDC、PEN、MXD6、PPC、PI、LCP中选择,因他们的阻隔性本身就很高。

2.满足性能要求

在既定的配方体系和加工工艺中,所加入助剂能充分发挥其预计功效并达到规定指标。规定指标一般为产品的国家或者行业标准,也有客户提出性能要求的企业标准。如对PE阻燃电缆料,如客户要求氧指数为30%以上,无卤低烟,只能选用金属氢氧化物类为主阻燃剂,而且加入量要大。再如客户要求PP具有导电性能,具体指标为体积电阻率要达到102Ω·cm以下,加入的助剂只能为高导电炭黑、金属纤维或粉末、碳纳米管、石墨烯或者碳纤维,其他材料难以完成上述指标。

3.保留原有性能

不劣化或最小限定地影响树脂的基本物理机械性能,最好能顺便提高原树脂的某些性能。任何事物都具有两面性,在改善某一性能时,可能降低其他性能,可谓顾此失彼。在设计配方时,一定要全面考虑,尽可能不影响其他性能。如高填充配方对复合材料的力学性能影响很大,冲击强度和拉伸强度都大幅度下降。如果制品对复合材料的力学性能有具体要求,在配方中要做具体补偿,如加入弹性体材料弥补冲击性能,加入玻璃纤维弥补拉伸性能。

所选助剂的酸碱性,与树脂的酸碱性要一致,不引起两者的反应,否则对树脂原有性能影响很大。

4.不影响其他助剂

不劣化或最小限定地影响其他助剂功效的发挥,最好与其他助剂有协同作用。在一个具体配方中,为达到不同的目的可能加入很多种类的助剂,这些助剂之间的相互关系很复杂。有的助剂之间有协同作用,而有的助剂之间有对抗作用。如含硫类助剂和含铅类助剂之间会发生硫污染,两者一定不要同时加入;因此在PVC加工配方中,硬脂酸铅润滑剂和硫醇类有机锡千万不要一起加入。又如在含有大量吸油性填料的填充配方中,油性助剂的加入量要增大,以弥补被吸收部分。

5.具有可加工性

保证适当的可加工性能,以保证制品的成型,并对加工设备和使用环境无不良影响。一方面复合材料中助剂的耐热性要好,在加工温度下不发生蒸发、分解(交联剂和发泡剂除外);另一方面,助剂的加入对树脂的原加工性能影响要小;还有一点,所加入助剂对设备的磨损和腐蚀应尽可能小,加工时不放出有毒气体,损害加工人员的健康。高二氧化硅含量的石英粉末或者玻璃纤维严重磨损设备,亚磷酸酯类阻燃剂会严重腐蚀设备,最好采用高耐磨和耐腐蚀螺杆。

6.与树脂相容好

助剂与树脂的相容性要好,这样才能保证助剂与树脂按预想的结构进行分散,保证设计指标的完成,保证在使用寿命内其效果持久发挥,耐抽提、耐迁移、耐析出。如大部分配方要求助剂与树脂均匀分散,对阻隔性配方则希望助剂在树脂中层状分布。除表面活性剂等少数助剂外,与树脂良好的相容性是发挥其功效和提高添加量的关键。因此,必须设法提高或改善其相容性,如采用相容剂或偶联剂进行表面活化处理等。

7.助剂的适应性

每一种助剂都具有树脂的选择性,同一助剂对不同树脂的效果不同。如玻璃纤维对POM、PS等非结晶树脂的增强效果很差,阻燃剂也是如此。

8.环境卫生性好

具体要求为对操作者无害,对设备无害,对使用者无害,对接触环境无害。对制品需要无毒时,如用于医疗、食品等包装材料等,所选助剂要无毒。对PVC管材而言,如下水管可用铅盐类稳定剂,而上水管则尽可能不用或少用铅盐类稳定剂,以防止铅中毒。

9.不影响制品的颜色

一定要注意助剂本身颜色及变色性,有些助剂本身颜色很深,这会影响制品的颜色,难以加工浅色制品。如炭黑为黑色,只能加工深色制品;其他如石墨、红磷、二硫化钼、金属粉末及工业矿渣等本身都带有颜色,选用时要注意。如白度高的碳酸钙填充制品,想要配出纯黑色和明亮的彩色难度很大。

10.价格低、来源广

在满足配方的上述要求基础上,配方的价格越低越好。在具体选用助剂时,对同类助剂一定要选低价格的种类。如在PVC稳定配方中,能选铅盐类稳定剂就不要选有机锡类稳定剂;在阻燃配方中,能选硼酸锌则不选三氧化二锑或氧化钼。

对原料的来源,要尽可能选用国产料而不选进口料,对国产料也要选产地近的,尽可能选择自己有库存的原材料。这样一来可减少原料库存量,压缩流动资金周转量。