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1、塑料改性的目的、手段及方法第一章概论塑料改性：是在把现有树脂加工成塑料制品的过程中，利用化学的或物理的方法改变塑料制品的一些性能，以达到预期目的。塑料改性分类：物理改性和化学改性物理改性：填充改性、增强改性和共混改性化学改性：接枝共聚改性、嵌段共聚改性、辐射交联改性等填充改性：是指在塑料成型加工过程中加入无机或有机填料，以满足一定的要求。填充改性能显著改善塑料的机械性能、耐摩檫性能、热学性能、耐老化性能等，例如能克服塑料的低强度、不耐高温、低刚硬性、易膨胀性、易蠕变等缺点。所以选用合适的填料既可以有增量作用，又有改性效果。但并非所有填料都能起这种作用：有些填料具有活性，起补强作用，可显著提高塑
2、料强度，如木粉添加到酚醛树脂中，在相当大的范围内起补强作用；而有些填料添加后起到稀释作用，降低了机械强度，如普通轻质碳酸钙添加到聚氯乙烯中，这种填料称为惰性填料。增强改性：某些填料，如玻璃纤维，填充时对塑料的机械强度影响很大，如玻璃纤维填充聚酯，弯曲弹性模量可由原来的2764兆帕提咼到9800兆帕，提咼近350%，增强效果极为明显，于是把这种填料改性的塑料称为增强塑料，这种方式称为增强改性。除玻璃纤维外，碳纤维、硼纤维、云母等填料都可明显提高塑料的机械强度。共混改性：是指在原来塑料基体中，再通过各种混合方法（如开放式炼塑机、挤出机等）混进另外一种或几种塑料或弹性体，以此改变塑料的性能。例如AB
3、S（丙烯氰-丁二烯-苯乙烯共聚物）,就综合了丙烯氰（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三者的特性，其微观形态结构类似于合金。接枝共聚改性：是先将母体树脂溶解在所要接枝的塑料单体中，然后使要接枝的单体聚合，这时形成的树脂便接枝到母体树脂中去。嵌段共聚改性：指每一种单体单元以一定长度的顺序，在其末端相互联结，形成一种新的线性分子。根据单体单元的种类，可分为二嵌段、三嵌段、多嵌段共聚物。辐射交联改性:*常用的塑料改性大多采用物理改性技术，即高分子共混：ABC技术；是利用容积参数相近和反应共混的原理在双螺杆（或单螺杆、炼塑机）中将两种或两种以上聚合物及其助剂通过机械掺混形成一种宏观上均相、微观上分相的新
4、材料。影响改性塑料的内在因素：共混组分的相容性、共混组分的相对含量、分散相的尺寸、两相界面的相互作用。塑料改性应注意的问题:第二章塑料填充改性填料的种类：见表2.12.5填充改性塑料后成型加工技术中应注意的几个问题二、影响填充改性的因素*填料的形状：圆柱状、片状、粒状、柱状、纤维状*填料的粒径*填料的表面：表面的物理结构；表面的化学结构；表面处理*填料的特殊结构三、填料改性的效果*机械力学性能*热学性能*成型加工性能*其他性能四、填充改性的作用机理填料对塑料的补强作用和填料在塑料中的堆砌理论。*填料的补强作用：填料粒子分散在塑料体网络中，形成一种多相复合材料，补强作用的大小取决于塑料本身的本体
5、结构（交联网和缠结网结构）、填充粒子用量、比表面积大小、表面活性、粒子大小及分布、相结构以及粒子在高聚物中集聚和分散等。*最重要的因素是：填料同树脂链所形成界面层的相互作用（分直接作用和间接作用，前者是指粒子和高分子链间直接发生作用，后者是指它们之间通过表面活性剂或偶联剂发生作用）。这种相互作用既包括粒子表面对高分子链的物理或化学的作用力，又包括界面层内高分子链的取向和结晶（招结晶聚合物）等。填料的补强作用可分为两种，一种是活性填料的正补强，另一种是惰性塑料的负补强。惰性填料（即非活性填料）来说，它与基体高分子链几乎没有作用，所以没有补强效果，相反还由于填料的存在，会引起应力集中，从而导致填充
6、材料强度下降。而对于活性填料，在一定范围内，用量越大，粒度越细，或粒子内部孔隙越大，则填料与高分子链间的相互作用越强，补强效果越明显。五、填充改性塑料后成型加工技术中应注意的几个问题*填料和制品的水分是制品产生气泡及银纹的原因*填料的形状对材料流动性能影响较大直接注射成型时，必须注意以下几个问题：*由于混炼不均匀造成填料凝集、分散不良*粘度上升引起的流动性能下降；*由于纤维状填料的断裂造成制品强度下降；*由于填料的加入降低了收缩率，提高了制品的刚性，以致造成脱模不良；*由于取向而产生强度的方向性及其翘曲*焊接部位的强度降低等。第三章塑料增强改性第一节概述塑料的增强改性是以纤维类材料或其他材料作
7、为增强材料进行适当组合；塑料品种一般可用PP、PA、PC、PPO、POM、PBT、ABS、酚醛树脂、环氧树脂等。纤维类材料及其制品有：玻璃纤维、玻璃布、玻璃毡、石棉纤维、有机聚合物纤维及其织物、碳纤维、硼纤维、金属晶须等。其他非纤维材料如云母等。一、玻璃纤维增强塑料的特点：1力学性能在不同程度上得到提高，如机械强度、疲劳强度、弹性模量、耐蠕变性能、减振性、破损安全性等。2热性能得到提高，如热变形温度增大、热膨胀系数下降、热传导率增大。3尺寸稳定性得到提高，由于成型时收缩率减小、受热变形小，所以尺寸稳定性好。4成型加工性能得到了改善，缩短了成型加工周期。5其他性能如硬度得到提高，吸水性降低，流动
8、性能减小。6材料的明显缺点是：材料比重增加，制品表面平滑性降低；光泽降低；材料的力学性能和成型收缩率及热膨胀系数容易出现各向异性；制品透明性降低；摩擦系数增大；材料焊接强度降低；纤维本身对设备的磨损大；玻璃纤维的集束剂和偶联剂对设备也有腐蚀作用。、玻纤基本知识破纤的制造破纤的化学组成玻纤是无机化合物，耐热性能和阻燃性能好，抗化学药品性能、成分种类、SiO2Al2O3FeOCaOMgONa2OB2O3拉伸强度（兆帕）E电绝缘级54.315.217.34.76.6r8.03519:S高强度级64.224.80.210.0110.2710.270.014926C抗化学级65.04.014.23.08
9、.06.03518耐候性能、耐腐蚀性能、电绝缘性能等也较好。*玻纤的直径一般为325微米。分初级、中级、高级、超级玻纤,直径越细，扭曲性越好。*玻纤的缺点是质脆、易碎。三、影响玻纤增强塑料性能的因素*玻纤的组成及性质*玻纤在增强塑料中的分散形式*玻纤的长度*玻纤的含量*基体树脂的性能*树脂与玻纤的黏结性*成型工艺及设备四、玻纤增强塑料在成型中应注意的问题：玻纤增强塑料的成型加工可以采用挤出、注射、压制等方法，或其他其他特殊成型方法。对于热塑性玻纤增强塑料的粒料，采用单螺杆或双螺杆挤出，制造成品时，多数采用注射成型法。成型时的主要问题是：*玻纤含量增大时，熔融粘度大，成型困难；*玻纤与树脂混合混
10、炼不匀时，影响制品性能；*制品具有方向性；*制品表面光泽度降低，加大设备磨损。*必须重视由于热分解造成的设备腐蚀和磨损。对于高填充聚氯乙烯，单螺杆的寿命只有一年多。项目种类、r、因素与没有增强材料的塑料成型条件对比成型条件树脂温度高10C20C注射速度快注射压力高背压适当高些模具温度高模具设计流道孔径大些，横断面为圆形，精细加工浇口孔径大些，横断面为图形，精细加工。取增强材料取向位置影响小的部位脱模斜度大些焊接部位尽量不选择在制品的焊接部位，否则设置溢流量温度调节均匀些五、成型的条件对制品的物理性能的影响：*成型温度高，玻璃纤维增强聚酯塑科的性能就好；但由于熔融粘度咼，容易引起热分解。*螺杆背
11、压能促进玻璃纤维的分散，但却降低冲击强度，并易烧伤树脂。*注射压力及注射速度和制品性能也有很大关系。*模具的温度对制品性能也有较大影响。模具温度高时，可减少制品内残留应力，而能改善制品的表面光泽。如30%玻璃纤维增强PBT时：模具温度20C50C70C90C光洁度15%33%38%40%*玻纤增强塑料在成型时如果处理不当，制品容易翅曲和收缩，焊接强度下降。产生收缩和翘曲的原因不仅是模具结构或加工精度不高所引起，而且多数是由于制品各部分收缩率差而引起的。纤维量多时，收缩率降低，但取向性增强，易产生和流动方向成直角方向的收缩率差，两者差值不能自由收缩时，便产生应力而发生翘曲。几种树脂的成型收缩率（
12、cm/cm）项目种类未添加30%玻璃纤维非结晶型ABS6.0x10-31.0X10-3聚苯乙烯6.0x10-30.5X10-3PC7.0x10-31.0X10-3结晶型聚丙烯20.0X10-34.0x10-3尼龙615.0x10-33.5X10-3尼龙6615.0x10-34.0x10-3聚酯PBT20.0X10-34.0x10-3*粉状填料对制品的翅曲及成型收缩率影响很小，尤其对非结晶型树脂可防止制品的翘曲及收缩。为了减少由于取向而产生的翘曲，可采用填料（云母）、纤维（玻纤）复合改性的方法。防翘曲增强PP的性能：在复合材料制品的焊接处，强度显著降低。滑石粉填充聚丙烯滑石粉含量020%40%焊
13、接部位拉伸强度（兆帕）351812玻纤增强ABS纤维含量10%30%焊接处的强度（兆帕）4040非焊接处的强度（兆帕）90110提高焊接处的强度：提高辊筒温度、注射压力、注射速度、模具温度，应尽量在没有负荷的部位进行焊接。塑料共混改姓第一节概述共混改性塑料就是在一种塑料中，混入其他一种或多种塑料、橡胶、添加剂等，互相取长补短，成为具有特殊性能的塑料。这种塑料也称作塑树合金。*改善抗冲击性能：混进橡胶组分，如咼抗冲聚苯乙烯（HIPS）、ABS、抗冲聚氯乙烯等；*改善应力开裂现象：PE/PC、ABS/PC;*改善缺口敏感性：PVC、尼龙、PC中加入橡胶、PE、嵌段共聚物；*改善加工性能：聚苯醚（P
14、PO）/PS,PC/ABS;*产生协同效应：ABS/PVC、PE/PC、或在PS、ABS、聚甲醛（POM）等加入PVC、CPE、聚苯醚（PPO）、聚苯硫醚（PPS）能提高耐燃性能。在PC/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,可使制口口具有珍珠光彩。降低成本、扩大应用范围共混改性的两种方法：物理混合法（机械混合、溶液或乳液混合）和化学混合法（接技、交联共聚）。目前机械混合法是普通采用的方法，它是使用混合设备（如双辊筒炼塑机、挤出机、密炼机等）将物料在软化熔融状态下加以混合。共混的基本条件：选择共混的各塑料具有相容性，又能产生改善性能的协同效应。塑料共混的比例范围根据需要而定。共混塑料在成型加工时，由于
15、多组分树脂性质不同，造成加工过程困难，必须严格控制共混量和工艺条件等，否则将达不到预期性能。第二节共混聚合物的结构形态共混聚合物的结构形态，大致可分为掺混聚合物和接枝嵌段共聚物两种类型的结构形态。（一）掺混聚合物掺混的共混体系大致可分为三类。1. 非晶态-非昌态共混物：“海岛结构”高抗冲聚苯乙烯（HIPS）:PS/丁苯橡胶（BSR）,聚苯乙烯（PS）连续相（海相），橡胶组分为分散相（岛相），岛相粒子内还包藏有更小的聚苯乙烯粒子，两相界面处有一过渡层。2. 结晶一非结晶共混物例如全同立构的聚苯乙烯和无规聚苯乙烯，全同立构的聚苯乙烯和聚苯醚，聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，聚己内酯含量大于50%时和聚氯乙烯的共混物等均属于结晶一非结晶类型。其结构形态大致可归纳为四种情况：1）晶粒分散在非晶态介质中。2）球晶分散在非易态介质中。3）非晶态分散在球晶中。4）非晶态聚集成较大
