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1、化工生产技术 Chemical production technology 项目5 塑料阻燃改性配方设计 主要内容 任务一 塑料配方设计要点 任务二 塑料配方设计基础 黄河水利职业技术学院 黄河水利职业技术学院 任务一 塑料配方设计要点 均聚PP与共聚PP性能对比 PP品种均聚PP嵌段共聚PP 密度，g/cm30.9030.90 拉伸屈服强度，MPa37.029.0 弯曲模量，MPa19001350 洛氏硬度，R10240 Izod缺口冲击强度，J/m48500 热变形温度（1.82MPa），5862 脆性温度，-5-30 PE品种LDPEMDPEHDPE UHMW HDPE 密度，g/cm3
2、 0.910- 0.925 0.926- 0.940 0.941- 0.965 0.945 邵氏硬度D41-5050-6060-70 拉伸强度，MPa6.9-15.98.3-24.121.4-37.937.2 弹性模量，MPa117-241172-379414-10341067 热变形温度(0.45MPa)，38-4949-7460-8273 结晶熔点，108-126126-135126-136135 脆性温度，-80-55 -120-140 介电常数2.32.32.32.34 体积电阻率，1014 .m1111 PE的典型性能 牌号996S877M/ME 997VE867M978T969T
3、屈服强度，MPa405045475058 断裂伸长率，%302025202015 弹性模量，MPa190024002000230024002800 弯曲强度，MPa567565707890 Izod缺口冲击强度（23）503548303428 Izod缺口冲击强度（-30）17825 139 Charpy缺口冲击强度（23）201318111311 Charpy缺口冲击强度（-40）1029264 VST/B/50，92989899104109 德国BASF公司ABS 黄河水利职业技术学院 任务一 塑料配方设计要点 1.塑料配方设计原则 2.塑料配方设计要点 黄河水利职业技术学院 1.塑料配方
4、设计原则 塑料配方设计要注意以下事项（原则与目的）： （1）制品的使用功能 （2）制品的加工性能 （3）加工和使用的环保问题 （4）成本 充分了解制品的用途，要满足制品的使用性能要求，首 先要充分了解制品的用途，只有这样才能合理选择树脂和 助剂，科学地制定出塑料配方，了解制品的用途主要包括 以下几个方面。 力学性能要求，包括力学强度高低， 受何种外力作用，如冲击，弯曲，剪切，压缩等；力的作 用形式，如静态，交变等；力的作用时间，如长期或短期 。 制品使用环境，包括地域环境（如北方，南方）、 温度环境（如最高何最低使用温度、受热时间的长短）、 化学环境（如湿度、接触化学物质、气体氛围）等几个方
5、面。 特殊场合、如煤矿、纺织、航空航天、医疗等、 卫生性，主要指制品用于食品及医疗方面。 1.1制品的使用功能 1.2制品的加工性能 （1）流动性增塑剂，削弱分子间作用力，增加 移动性，降低加工温度。 （2）稳定性提高分解温度。 2.塑料配方设计要点 塑料配方设计的关键为选材、搭配、用量、混 合四大要素，表面看起来很简单，其实包含了很多 内在联系，要想设计出一个高性能、易加工、低成 本的配方也并非易事，要考虑的因素很多，下面将 介绍配方设计的基本原则。 （1）树脂品种的选择 树脂要选择与改性目的最接近的品种，以节省加入助 剂的使用量。如耐磨改性，树脂要首先考虑选择三大 耐磨树脂PA、POM、U
6、HMWPE。如透明改性，树脂要首先 考虑选择三大透明树脂PS、PMMA、PC。如改善冲击韧 性，树脂可首先选择HDPE；改善断裂伸长率，树脂可 首先选择LDPE。改善成型加工性能，可首先选择PS、 PA。 （2）树脂牌号的选择 同一种树脂的牌号不同，其性能差别也很大，应该选 择与改性目的性能最接近的牌号。如耐热改性PP，可 在热变形温度100140的PP牌号范围内选择，如大 韩油化的PP-4012， 2.1树脂的选择 （3）树脂流动性的选择 配方中各种塑化材料的粘度要接近，以保证加工 流动性。对于粘度相差悬殊的材料，要加过渡料， 以减少粘度梯度。如PA6增韧、阻燃配方中常加入 HDPE作为过渡
7、料。 不同加工方法要求流动性不同 不同品种的塑料具有不同的流动性，按此将塑料分 为高流动性塑料、低流动性塑料和不流动性塑料， 具体如下所述。 高流动性塑料PA、PP、PE、PS 、ABS、HIPS等。 低流动性塑料PC、PVC、 MPPO、PPS等。 不流动性塑料PTFE、UHMWPE 、PPO等。 同一品种塑料也具有不同的流动性，主 要原因为分子量、分子链分布的不同，所以同一种 原料分为不同的牌号，如注塑级、挤出级、吹塑级 、压延级等。 2.1树脂的选择 不同改性目的要求流动性不同，如高填充要求流 动性好，如磁性塑料、无卤阻燃电缆料等。 （4）树脂对助剂的选择性 如PPS不能加入含铅和含铜助
8、剂，否则会引起铅 、铜污染。 PC的阻燃改性中不能加入三氧化二锑 ，否则会导致PC解聚。 助剂的酸碱性，应与树脂 的酸碱性一致，否则会引起两者的反应。 2.1树脂的选择 主要成分比例（ /wt%） 作用 环氧树脂5-30胶粘剂 酚醛树脂5-15固化剂 促进剂1促进环氧与固化剂的反应 填料60-90降低膨胀系数和内应力、提高散热性能 脱膜剂1润滑、脱模 阻燃剂1-5阻燃 着色剂1着色 偶联剂1填加填料与树脂间粘接 应力吸收剂5吸收应力和保护器件 粘接助剂1增强粘接力 实例：集成电路封装用环氧树脂模塑料配方设计 环氧模塑料组成配方 环氧模塑料（EMC，Epoxy Molding Compound）
9、是 以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，加上填 料、促进剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂及其它微量组分 ，按一定的比例经过前混、挤出、粉碎、磁选、后混合 、预成型（打饼）等工艺制成。 （1）加入的助剂应能充分发挥其功效，并达到规定 指标。规定指标一般为国家标准、国际标准，或客 户提出的性能要求。助剂的具体选择范围如下。 增韧 选弹性体，热塑性弹性体如：MBS、SBS、CPE 、POE、EPDM、EVA、TPU、ACR等，刚性增韧材料 如纳米CaCO3。 增强 选玻璃纤维、碳纤维、晶须 和有机纤维。 阻燃 溴类，如：十溴二苯醚、十溴 二苯乙烷、四溴双酚A、六溴环十二烷等。磷类，如 ：磷酸一铵、磷
10、酸二铵、红磷、芳基磷酸酯类等。 水合金属氢氧化物类，如：氢氧化铝、氢氧化镁。 导电 碳类（炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管）、 金属纤维、金属氧化物。 耐热 玻璃纤维、无机填 料。 耐磨 PTFE、石墨、二硫化钼。 绝缘 煅烧 高岭土。 2.2助剂的选择 （2）助剂对树脂具有选择性 红磷阻燃剂对PA、PBT、PET有效。 氮系阻燃剂对含氧类有效，如PA、PBT、PET等。 成核剂对共聚聚丙烯效果好。 玻璃纤维耐热改性对结晶性塑料效果好，对非结晶 性塑料效果差。 2.2助剂的选择 同一种成分的助剂，其形态不同，对改性作用的发 挥影响很大。 （1）助剂的形状 纤维状助剂的增强效果好。助剂的纤维化程度可
11、 用长径比表示，L/D越大、增强效果越好。这就是为 什么加玻璃纤维要从第二加料口加入，熔融状态比 粉末状态有利于保持长径比，减小断纤概率。 圆球状助剂的增韧效果好、光洁度高。BaSO4为 典型的圆球状助剂，因此高光泽的PP填充选用 BaSO4，小幅度刚性增韧也可选用BaSO4。 2.3助剂的形态 （2）助剂的粒度 助剂粒度对力学性能的影响。粒度越小，对填充 材料的拉伸强度和冲击强度有益。例如，20%硅灰石 （150目）填充PA6，拉伸强度为124.5MPa，冲击强 度为13.5KJ/m2；20%硅灰石（1250目）填充PA6，拉 伸强度为127.5MPa，冲击强度为15.5KJ/m2。 助剂粒
12、度对阻燃性能的影响。阻燃剂的粒度越 小，阻燃效果就越好。例如水合金属氢氧化物和 Sb2O3的粒度越小，达到同等阻燃效果的加入量就越 小。 2.3助剂的形态 （2）助剂的粒度 助剂粒度对配色的影响。着色剂的粒度越小，着 色力越高、遮盖力越强、色泽越均匀。但着色剂的 粒度不是越小越好，存在一个极限值，偶氮类着色 剂的极限粒度为0.1m。 助剂粒度对导电性能的影响。以炭黑为例，其粒 度越小，越易形成网状导电通路，达到同样的导电 效果加入的炭黑的量降低。但同着色剂一样，粒度 也有一个极限值，粒度太小易于聚集而难于分散， 效果反而不好。 2.3助剂的形态 （3）助剂的表面处理 与树脂良好的相容性是发挥助
13、剂功效和提高助剂添 加量的关键，要提高相容性，就必须对助剂进行表 面活化处理，经过表面处理后的助剂，改性效果都 会提高，尤其以填料最为明显，其他还有玻璃纤维 、无机阻燃剂等。表面处理以相容剂或偶联剂为主 ，偶联剂有硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类，相容剂 为树脂对应的马来酸酐接枝聚合物。 2.3助剂的形态 （1）有的助剂加入量越多越好 具体如阻燃剂、增 韧剂、磁粉等，加入量越多越好。 （2）有的助剂加入量有最佳值 如导电助剂，形成 到电路通后即可，再加入无效果；再如偶联剂，表 面包覆即可，再加无用；又如抗静电剂，在制品表 面形成泄电荷层即可。 2.4助剂的合理加入量 配方中所选用的助剂在发挥自身作用
14、的同时，应不 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。 2.5助剂与其他组分的关系 协同作用是指塑料配方中两种或两种以上的添加 剂一起加入时的效果高于其单独加入的平均值。 （1 ）在抗老化的配方中，两种羟基邻位取代基位阻不 同的酚类抗氧剂并用有协同效果；抗氧化性不同的 胺类和酚类抗氧剂复合使用有协同效果。 （2）在阻 燃配方中，卤素/锑系复合阻燃体系有协同效果，卤 素阻燃剂可与Sb2O3发生反应而生成SbX3，SbX3可 以
15、隔离氧气从而达到增大阻燃效果的目的；在卤素/ 磷系复合阻燃体系中，两类阻燃剂也可以发生反应 而生成PX3、PX2、POX3等高密度气体，这些气体可 以起到隔离氧化的作用。 2.5.1协同作用 对抗作用是指塑料配方中两种或两种以上的添加剂 一起加入时的效果低于其单独加入的平均值。 （1）在防老化塑料配方中，对抗作用的例子 芳胺 类和受阻酚类抗氧剂一般不与炭黑类紫外光屏蔽剂 并用，因为炭黑对胺类或酚类的直接氧化有催化作 用抑制抗氧效果的发挥。 2.5.2对抗作用 常用的抗氧剂与某些含硫化物，特别是多硫化物 之间，存在对抗作用。其原因也是多硫化物有助氧 化作用。 （2）在阻燃塑料配方中，也有对抗作用的 例子 卤系阻燃剂与有机硅类阻燃剂并用，会降低 阻燃效果。 红磷阻燃剂与有机硅类阻燃剂并用， 也存在对抗作用。 （3）其他对抗作用的例子 铅 盐类助剂不能与含硫化合物的助剂一起使用，否则 引起铅污染。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。 硫醇类有 机锡稳定剂不能用于铜电缆的绝缘层中，否则引起 铜污染。 2.5.2对抗作用 （1）有些组分要分
