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1、新材料行业改性工程塑料 培 训 教 程（6） 塑料改性技术及其发展,芜湖 新材料有限公司 WUHU NIOUMAITE NewMaterialTechnologyCentre,塑料改性技术,常见的塑料改性技术主要有： （1）增强技术，包括纤维增强、自增强、分子增强； （2）增韧技术； （3）填充改性； （4）共混与塑料合金技术； （5）阻燃技术； （6）纳米复合技术； （7）反应接枝改性； （8）耐老化； （9）功能化改性，包括导电、抗静电、导热和发光等； （10）热塑性弹性体技术。,改性塑料是应用涉及面广、科技含量高、能创造巨大 经济效益的一个塑料产业领域，而塑料改性技术更是几乎深入到所有塑
2、料制品的原材料与成型加工过程。,一、增强技术,增强塑料：为了进一步改善塑料的力学性能，常在塑料中加入 玻璃纤维(简称玻纤),滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等 增强材料，以树脂为母体及粘结剂而组成新型复合材料。,增强塑料采用的树脂及材料,增强原理： 增强材料具有较高的强度和模量。 树脂具有优良物理、化学(耐腐蚀、绝缘、耐辐照、耐瞬时高温烧蚀等) 和加工性能。 树脂与增强材料复合后，增强材料可以起到增进树脂的力学或其他 性能，而树脂对增强材料可以起到粘合和传递载荷的作用，使增强塑料 具有优良性能。,可以起到增量作用的粒状材料有粘土、钛白粉、砂、玻璃粉和木粉等； 可用作流变控制剂的有云母、石棉
3、和硅胶等； 可以提高热变形温度的有云母和短玻璃纤维等； 无机物粒料的作用：提高制品的阻燃、耐热和抗收缩性。,石棉的应用,*石棉又称“石绵”：具有高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、电绝缘 和具有可纺性的硅酸盐类矿物产品。 它是天然的纤维状的硅酸盐类类矿物质的总称。 石棉由纤维束组成，而纤维束又由很长很细的能相互分离的纤维组成。 石棉具有高度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。,以聚丙烯树脂为基材的不同纤维增强的热塑性复合材料，无论是GMT、还是LGFPP，它们都有着一些共同的特点。 与金属材料相比：密度低、重量轻、比强度高、耐腐蚀、易成型等; 与热固性复合材料SMC和手糊玻
4、璃钢相比：成型周期短，冲击韧性好、可再生利用等。,GMT：大多数GMT都是玻纤增强聚丙烯类,其玻纤含量从22%到50%。 LGFPP：长玻纤增强聚丙烯(Long Glass Fiber Reinforced Polypropylene),纤维增强是塑料改性的重要方法之一，玻璃纤维和镁盐晶须均能有效 地提高聚丙烯的综合性能。,玻纤增强聚丙烯的优点： 、较低的密度； 、低廉的价格； 、可以循环使用等。 玻纤增强聚丙烯正逐步取代工程塑料与金属， 广泛地应用在汽车仪表板、汽车车身和底盘零件中。,镁盐晶须的研究应用,镁盐晶须的特点：是功能型的短纤维材料，既能增强，又能阻燃。 镁盐晶须增强塑料的优势： 1
5、、大大提高制品强度、刚度、尺寸稳定性和热变形温度； 2、工艺性能提高：成型加工流动性好、制品表面光洁外观质量好。 特别适于制造形状复杂、尺寸精度和表面要求高的精密注射部件； 3、是优良的无机阻燃剂：作为无机阻燃剂使用，无毒、能抑制发烟，。,镁盐晶须(M-HOS):是高性能无机阻燃和增强材料。 该产品是在特殊控制的合成条件下生长出的极细微的单晶体纤维，直径在纳米级尺寸。由于晶须尺寸十分细微，具有接近原子间价键的理论强度，物理、化学性能特别优异。,镁盐晶须扫描照片,以马来酸酐接枝聚丙烯( PP-g-MAH ) 作为界面改性剂来改善镁盐晶须与聚丙烯两者界面粘合强度，提高复合材料的力学性能。 PP /
6、 PP-g-MAH /镁盐晶须的质量比为97 /3 /30 时，复合材料的综合性能最佳。,采用多种界面改性剂实验的结果 显示：PP-g-MAH作界面处理剂的复 合物体系其增强效果较好。可以用于 复合各种塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酯、酚醛和环氧树脂）,镁盐晶须增强聚丙烯的研制,镁盐晶须增强聚丙烯的特点,与玻璃纤维增强聚丙烯相比，镁盐晶须能大幅度提高聚丙烯的强度，刚度，抗冲击和阻燃性能，镁盐晶须增强聚丙烯的模塑制品更有特点： 1、具有更高的精度，尺寸稳定性和表面光洁度， 2、适用于制备各种形状复杂的部件， 3、适合制作轻质高强度阻燃部件和电子电器部件。 作为一种改性剂，
7、因此镁盐晶须和玻璃纤维在聚丙烯改性中的应用越来越受到重视。,广泛应用于汽车、电子电气、化工、建材等工业部门，具有很好的深度开发和广阔的应用前景。 1、汽车零部件; 2、各种轻质、高强、阻燃的电器设备； 3、塑料门窗型材及轻型建筑材料； 4、增强塑料管材和过滤材料； 5、增粘涂料、造阻燃纸等。,镁盐晶须增强聚丙烯的应用,偶联剂作用原理： 偶联剂的分子结构中存在着两种性质的官能团，一种官能团能与无机物(玻璃、填充剂金属)表面的极性基团形成很好的结合(化学的或物理的)，另一种官能团则能和树脂进行良好的结合(化学的或物理的)，基于此，偶联剂将两种性质差异很大的材料通过化学键结合在一起，从而使复合材料的
8、强度得以提高。,偶联剂 增强塑料必不可少的粘接剂 为了提高树脂与增强材料的粘接能力，有些增强材料 在使用前需用偶联剂进行表面处理。不同树脂和增强材料 选用不同的偶联剂。,无机物,树脂,偶联剂,偶联剂的常用品种,偶联剂已发展为以下五大类若干品种： 古老品种偶联剂有机酸铬络合物 。 它系有机酸的络合物，以沃兰(Volan)即甲基丙烯酸氯化铬的络合物为代表。,这一类偶联剂与硅烷类偶联剂相仿， 以钛为中心原子，已出现单烷氧 基型、单烷氧基焦磷酸酯型、整合型和配位体型四种类型的钛酸酯偶联剂。 但由于其高效的偶联功能，对提高材料的力学性能起重要作用，故受到普遍 重视，应用日渐扩大。,这类偶联剂可用通式：R
9、OO(4-n)Ti(OX-RY)n (n=2,3)表示； RO-是可水解的短链烷氧基，能与无机物表面羟基起反应，出现化学偶联； OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，这些基团很重要，决定钛酸酯 所具有的特殊功能，如磺酸基赋予有机物一定的触变性；焦磷酰氧基有阻燃 防锈，和增强粘接的性能。,新型偶联剂 钛酸酯类偶联剂 ：钛酸酯偶联剂是70年代 后期由美国肯利奇石油化学公司开发的一种偶联 剂。对于热塑型聚合物和干燥的填料，有良好的 偶联效果.,铝酸酯类偶联剂： 铝酸酯类偶联剂是我国独自开发的新型偶联剂品种，其分子结构式为：(C3H7O)xAl(OCOR)m(OCOR)n(OAB)y 类似于钛酸酯
10、偶联剂，以铝原子为中心，具有可水解基团和其他有机基团， 目前品种：有SG-Al821(二硬脂酰氧异丙基铝酸酯)、DL-411、DL-411AF、 DL-411D、DL-411DF、防沉降性铝酸酯ASA。以DL-411系列产品为主。,其它偶联剂 ：锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物。此外还有 镁类偶联剂和锡类偶联剂。,铝酸酯类偶联剂的作用机理类似于TTS钛酸酯偶联剂，即偶联剂分子一端含有可与活泼氢反应的基团，因而能与含羟基、羧基或表面吸附水的无机填料发生键合作用，改善无机填料与有机聚合物的亲和性和结合力，另一端则与聚合物形成物理缠结作用，从而产生防沉效果，还可提高粘接强度。 广泛应用于多
11、种塑料的发泡成型、挤出、注塑、吹塑成型制品及各种薄膜、打包带、扁丝、色母料、填充母料等塑料制品中。,二、增韧技术,矿物质增强增韧是最为普遍的改性途径之一。 向聚丙烯原料中添加的矿物质通常是碳酸钙，滑石粉，硅灰石，玻 璃微珠，云母粉等。 矿物质增强增韧聚丙烯的特点： 1、改善聚丙烯材料的机械性能和冲击韧性： 2、降低聚丙烯材料的成型收缩率，加强其尺寸稳定性； 3、矿物质添加量高达40%，大幅度降低聚丙烯材料的成本。 拉伸强度达33Mpa，缺口冲击强度约为10KJ/m2；断裂伸长率可达 90%以上，代替早期的不锈钢内筒。用于制作洗衣机的内筒、波轮和取 衣口等部件。 4、耐热温度进一步得到提高； 制
12、作微波炉门体的密封条，微波炉扬声器喇叭口、 喇叭支架等，还用于制作冰箱搁物架，还可与玻璃面 板可进行整体注塑。,三、填充改性,四、共混改性技术,塑料共混改性指在一种 树脂中掺入一种或多种其他 树脂（包括塑料和橡胶）， 从而达到改变原有树脂性能 的一种改性方法。,塑料共混改性是一种有效 地将多种组分的原料加工成更 均匀、更实用的产品过程。,立 式 高 速 搅 拌 机,这一过程中主要发生的是物理反应，及少量的化学反应。 我们所期望的更多是化学反应而非物理反应。而无论是物理 还是化学反应，都要求材料的充分混合辊炼，因此就有了共 混设备立式高速搅拌机。,高分子材料共混改性的目的：,（2）改善高分子材料
13、的加工性能 改善高分子材料的熔体流动性，即通过共混改变聚合物的熔体粘度。 控制结晶聚合物的结晶行为。,（3）降低成本 在保证材料使用性能的前提下，填充价格低的组分来降低材料的成本。,（4）赋予高分子材料某些特殊性能 某些应用场合需要高分子材料具有某些特殊性能，如阻燃性、导电性、 阻尼性等，可以通过添加具有相应特性的组分使材料具有该特性。,（1）改善高分子材料的某些物理机械性能 改善韧性（提高抗冲击性） 改善耐热性 提高尺寸稳定性 提高耐磨性 改善耐化学药品性（耐溶剂性） 其它物理机械性能，如气密性、耐候性、阻燃性、阻尼性、粘结性、抗静电性、生物相容性等。,共混改性的技术手段,2.预混合： 对于
14、单螺杆而言，吃料能力很大程度上影响了混合效果，很多时候即使是单纯的颜色处理都会因为混合的不均匀而导致材料同批次的前后色差以及后期加工的颜色不均一性； 对于双螺杆，虽然吃料能力基本上不影响混合效果，而且为了计量精 确，理论上是应该所有组分在喂料口单独计量、单独喂入。但是这就意味着需要多个精确喂料器，而这对共混厂家而言是非常的不经济的，因此我们在加工双组分及多组分的材料前，大多都进行预混合。目前的混合设备多为立式高速搅拌机。,1.预处理水分预处理： 聚合物和添加剂都具有吸水性，而温度波动 和仓库的潮湿都有可能是原材料吸湿，熔融聚合 物，如尼龙，聚酯等对水分极其敏感的材料，水 分的存在将导致他们的降
15、解，从而导致了各项性 能指标的恶化甚至是导致加工失败。目前比较实 用的干燥方式多为热风循环干燥形式。,热 风 循 环 干 燥 机,3.分散混合： 分散混合是将组分的粒度尺寸减小，将固体块或者聚集体破碎成微粒，或者是不相容的聚合物的分散相尺寸达到所要求的范围。这一过程通常是依靠大厚度大角度的捏合盘来实现。,4.分配混合： 分配混合是使个组分的空间分布达到均匀。保证混合设备内通过分配元件的熔体中各组分的分布均匀。这个通常是靠窄片小角度捏合盘来实现。极端的情况先会采取齿轮分配元件来实现。,5.停留时间分布： 同批次物料在通过喂料口后通过分散，分布混合最终挤出离开混合设备的时候长短的分布。这一指标最主
16、要的意义在于评估设备的自洁能力,塑料合金技术,塑料合金：是利用物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、 专用化的一类新材料。 塑料合金应用：汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材 料等领域。 塑料合金特点：改善或提高现有塑料的性能并降低成本，已成为塑料工 业中最为活跃的品种之一，增长十分迅速。,塑料合金 的制备：,氟塑料合金：采用国内现有的超高分子量聚全氟乙丙烯（FER）为主要原 料，与四氟乙烯加填料直接共混，用物理方法制造的，此材料性能超过了 世界公认的“塑料王”聚四氟乙烯。,PC/ABS合金：近五年，PC/ABS合金的产量每年都以10%左右的速度增长，其增速在塑料领域中排在前列。目前，PC/ABS合金化研究已经成为高分子合金研究热点,五、阻燃技术,高聚物的阻燃技术，当前主要以添加型溴系阻燃剂为主，,溴化环氧树脂阻燃的特点： 由于溴化环氧树脂具有优良的熔流速率，较高的阻燃效率，优异的热 稳定性和光稳定性，又能使被阻燃材料具有
