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1、浅谈配方设计基本功 塑料改性行业的发展重点是通用塑料的工程化和工程塑料的高性能化，这两点目前在塑料改性行业里得到了各界同仁的一致认可。如何实现通用塑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新，塑料技术创新中一个最重要的课题之一就是配方创新。配方创新和配方的设计是密不可分的，如何开发一个新产品，如何设计一个新配方，相信每个塑料改性企业和塑料改性技术人员都十分关心。本人多年在一线从事科研工作，我愿意结合自己的设计配方的经验和心得，同大家探讨和分享。 要设计一个好的塑料改性配方，成为一个真正的优秀技术人员，必须要有扎实的基本功。有了扎实的基本功，才能够进行技术创新。因此我在这里首先浅
2、谈一下配方设计需要具备哪些基本功，供大家参考，不足请指正。熟悉各种基础树脂的物性、用途以及相关背景，每种基础树脂都有其各自的特点，你只有熟悉它，了解它，才能用好它。这需要长期的基础学习和实践才能做到。在不同的配方里，根据不同的性能指标的要求，选择不同的基础树脂十分重要。这是在配方设计中的基础，譬如盖一栋房子，基础树脂就像是它的基石。熟知产品性能要求和配方设计的特性关系，这是千淘万滤死得金的功夫和技能。 （一）、熟悉各种基础树脂的物性 既然是熟悉，就不是一般的简单的了解，要求全面细致，以下举例说明：例1：聚乙烯类塑料 聚乙烯是指由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物，英文名简称PE。PE的合成原料来自
3、石油，自1965年以来一直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（LDPE），高密度聚乙烯（HDPE），线性低密度聚乙烯（LLDPE），超）高分子量聚乙烯（UHMWPE），茂金属聚乙烯（m-PE）。还有其改性品种：乙烯乙酸乙烯酯（EVA）， 氯化聚乙烯（CPE）。 1、聚乙烯类塑料的结构性能 PE为线性聚合物，属于高分子长链脂肪烃；分子对称无极性，分子间作用力小，力学性能不高、电绝缘性好、熔点低、印刷性不好。PE的结构规整，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
4、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；吸水率低，小于0.01%。PE膜透明，透明度随结晶度提高而下降。PE膜的透水率低但透气性较大，不适于保鲜包装而适于防潮包装。PE易燃，氧指数仅为17.4%，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,制品表面无极性，难以粘合和印刷，须经表面处理才可改善。 （2）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。PE的耐环境应力开裂性不好，但随分子量增大而改善。PE耐穿刺性好，并以LLDPE最好。 （3）热学性能：PE的耐热性不高，随分子量和结晶度的提高而
5、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。 （4）电学性能：PE无极性，因此电性能十分优异。介电损耗很低，且随温度和频率变化极小。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。 （5）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
6、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，需加入抗氧剂和光稳定剂改善。 2、聚乙烯类塑料的应用范围 （1）薄膜类制品 薄膜类制品是PE的最主要用途。LDPE树脂用于膜类制品可占50%以上，可用于食品、日用品、蔬菜、垃圾袋等轻质包装膜及农业用地膜、棚膜等。HDPE树脂用于膜类制品可占10%以上。因其薄膜强度高，主要用于重包装膜、撕裂膜及背心袋等。LLDPE树脂用于膜类制品的比重比LDPE还要大，可占树脂的70%以上。LLDPE膜具有延伸性好、较高的拉伸强度、耐穿刺、耐环境应力开裂及低温冲击性好、可制成超薄膜等优点，
7、主要用于包装膜、垃圾袋、保鲜膜、自粘膜及超薄地膜等。 （2）注塑制品 PE因加工性好而广泛用于注塑制品，其中HDPE占30%以上，LDPE和LLDPE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。 （3）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、耐低温冲击性好等优点，可用于食品油、酒类、汽油及化学制剂等液体的包装。此外还有中空玩具等。 （4）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管还可用于化妆品、药品、牙膏、鞋油等的包装。 （5）丝类制品
8、圆丝用HDPE为原料，主要用于编织渔网、缆绳、工业滤网及民用纱窗网等。扁丝以 HDPE和LLDPE为原料，主要用于编织袋、编织布及撕裂膜等。 （6）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。 （7）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 （1）茂金属聚乙烯（m-PE） 茂金属聚乙烯是聚合反应所用催化剂为茂金属型的聚合物，因其性能独特而单列，英文简称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、高透明性、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
9、金属聚乙烯制成的薄膜具有优异的强度、高透明度和低热封温度（比LLDPE低20）。目前，由于茂金属聚乙烯的价格偏高，一时尚不能取代传统的聚乙烯，但可以同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。 （2）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。与普通PE相比，UHMWPE具有耐磨性好（比POM大15倍）、低摩擦性（摩擦系数油润滑时为0.050.08）、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
10、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： 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1050倍。 机械零件。主要利用其耐磨性，如纺织机械中的投梭器、打梭棒、齿轮、连接器、扫花杆、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。 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。 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）、熟悉相关改性塑料专用料的发展背景 要想成功地开发出一个新产品，就必须了解新产品
11、的相关背景及国内外的研究发展趋势和现状，才能做到目标明确。了解和熟悉自己所要开发的新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。至少应该了解如下信息。 例如：汽车用改性聚丙烯 汽车工业是中国的重要产业。在国内许多地方，例如上海、北京、天津、重庆、长春、武汉、广州等等，都将汽车工业列为当地的支柱产业。随着汽车工业的迅速发展，一种新兴的化工项目汽车改性塑料产业也迅速发展起来。当今工业发达国家对汽车发展方向提出的主要目标是节约能源，防止环境恶化、改善安全性能。反映了当今汽车面临最严重的三大问题是节能、环保和安全。作为构成汽车的主要材料，塑料的应用水平直接关系到这三大问题，因此汽车发展的目标
12、也是汽车塑料材料技术发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，还达到安全、防腐、造型的舒适性，并有利于降低成本。目前全世界汽车用塑料制品市场规模为450万吨/年，2005年中国汽车需求量为570.7万台，预计2008年将接近1500万台，目前市场需各种塑料2530万吨/年，若加上社会维修需求量，汽车塑料需求量将达到5055万吨/年，其中各种专用料约为3540万吨，聚丙烯及其改性专用料是汽车中应用量最大的塑料品种之一。据国家信息中心预测，2010年中国汽车市场的需求量在800万辆，车用塑料需求量将达到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
13、部件所用树脂和专用料大部分依靠国外进口，甚至聚丙烯树脂因品种和质量上的原因，也还有相当的进口份额。目前我国汽车塑料占汽车自重的5%6%，而国外已达13%；而且车用塑料在发达国家已占塑料总消耗的711，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1428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。专家预测2009年前后将是我国轿车大规模进入家庭的开始，由此可见，随着我国汽车工业的发展，汽车用塑料市场的前景十分广阔。目前我国汽车塑料特别是中高档汽车塑料供应严重不足，为汽车工业生产配套塑料制品的厂家仅百十来家，技术力量也很薄弱，产品质量不稳
14、定，远不能满足汽车工业飞速发展的需要。 （三）、熟悉基础树脂的不同牌号的性能指标 一个好的配方设计人员，应该非常了解国内各大石化企业基础树脂的不同牌号和其性能指标，以及各个不同牌号的指标特点及不足，这样在选择基础树脂的时候才能扬长避短，发挥基础树脂的最好性能。举例：表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 熔体流动速率Melt Index g/10minASTM D11238 密度Density g/cm3ASTM1505拉伸屈服强度,Yield Strength in Tension MpaASTM D638断裂伸长率Elongation at Break A
15、STM D638 弯曲模量Flexural Modulus MpaASTM D790A 悬臂梁冲击强度Izod Impact Strength KJ/m2 ASTM D256 负载热变形温度,Thermal Distortion Temperature under LoadASTM D648 用途Application K1003 3.0 0.905 35 200 1470 3.0 100 通用注塑类产品Injection molding products for general purpose K1005 5.5 0.905 35 200 1470 3.0 100 通用注塑类产品Injection molding products for general purpose K1008 10 0.905 35 200 1470 2.8 100 通用注塑类产品Injection molding products for general purpose K1015 14 0.905 35 200 1470 2.0 100 通用注塑类产品Injec
