改性塑料的改进技术

一、增强技术

纤维增强是塑料改性的重要方法这一,镁盐晶须和玻璃纤维均能有效地提高聚丙烯的综合性能。以玻璃纤维增强的聚丙烯具有较低的密度,低廉的价格以及可以循环使用等优点,正逐步取代工程塑料与金属在汽车仪表板,汽车车身和底盘零件中的应用:与玻璃纤维相比,镁盐晶须的模塑制品具有更高的精度,尺寸稳定性和表面光洁度,适用于制备各种形状复杂的部件,轻质高强度阻燃部件和电子电器部件。作为一种改性剂,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。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。

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。这些矿物质不仅可以在一定程度上改善聚丙烯材料的机械性能和冲击韧性,降低聚丙烯材料的成型收缩率以加强其尺寸稳定性,并且由于矿物质与聚丙烯基体在成本上的巨大差别,可以大幅度降低聚丙烯材料的成本。

矿物质增强增韧聚丙烯是所有改性聚丙烯材料在家用电器中应用最广泛的一种。波轮洗衣机和滚筒洗衣机的内筒一般使用的都是矿物质增强增韧聚丙烯材料,以代替早期的不锈钢内筒。聚丙烯材料经矿物质增强增韧后,可克服其原有的强度不足,光泽度不好,收缩太大等问题。这种改性聚丙烯除了用于制作洗衣机的内筒以外,还被用于制作波轮和取衣口等部件,仅海尔集团对其每年的用量就在1700吨左右(每个洗衣机内筒约重2kg)。这种材料的矿物质添加量高达40%,其拉伸强度达33Mpa,断裂伸长率可达90%以上,缺口冲击强度约为10KJ/m2。

微波炉的很多部件也采用矿物质增强增韧聚丙烯材料制造。由于矿物质的加入,可以在聚丙烯材料本身较高的耐热温度的基础上,使其耐热温度进一步得到提高,以适应微波炉对高温的要求。例如,微波炉门体的密封条,微波炉扬声器喇叭口,喇叭支架等都采用了这种改性的聚丙烯材料。冰箱上的搁物架也基本采用了矿物质增强增韧聚丙烯材料,由于与玻璃面板可进行整体注塑,从而很好地解决了原来ABS材料的面板沁水问题。

三、填充改性

新型高填充玻纤改性塑料,它可克服常规玻璃纤维增强热塑性塑料的缺陷。这种材料的基体是高温热塑性塑料如液晶聚合物,聚醚砜,聚醚酰亚胺和聚苯硫醚。在玻纤填充量在80%时,改性材料但仍能操持良好的可加工性。用新材料生产的部件具有耐磨损和耐温变的良好特性。这种新材料可与塑料和金属粘合,适用于表面摸塑设备加工,潜在的应用包括汽车和燃料系统部件,轴承,电子零部件,抗刮伤外壳等,这种玻璃增强物的辅加效益是阻燃性好,能回收利用,高度耐热和尺寸稳定等。

四、共混与塑料合金技术

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。氟塑料合金是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。

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,常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚A、六溴环十二烷等,其中尤以十溴二苯使用量为最大,溴化环氧树脂由于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良好的物理机械性能,不起霜,从而被广泛地应用于PBT、PET、ABS、尼龙66等工程塑料,热塑性塑料以PC/ABS塑料合金的阻燃处理中。

阻燃剂家族中的其他品种有磷系、三嗪系、硅系、膨胀型、无机型等,这些阻燃剂在各种不同使用领域发挥着各自独特的阻燃效果。在磷系阻燃剂中,有机磷系的品种大都是油液状,在高聚物加工过程中不易添加,一般在聚氨酯泡沫、变压器油、纤维素树脂、天然和合成橡胶中使用。而无机磷系中的红磷,是纯阻燃元素,阻燃效果好,但它色泽鲜艳,因而应用受部分限制。红磷的应用要注意微粒化和表面包覆,这样使它在高聚物中有较好的分散性,与高聚物的相容高性好,不易迁移,能长久保持高聚物难燃性能。

六、纳米复合技术

科研人员发现,当微粒达到纳米量级时会出现一种新奇现象,它的周期性边界被破坏,从而使其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出与传统材料的极大差异。根据纳米材料的结构特点,把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合,可以形成各种各样的纳米复合材料,例如纳米功能塑料。

一般塑料常用的种类有PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PA(聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)等几十种,为满足一些行业的特殊需求,用纳米技术改变传统塑料的特性,呈现出优异的物理性能,强度高,耐热性强,重量更轻。随着汽车应用塑料数量越来越多,纳米塑料很可能会普遍应用在汽车上。这些纳米功能塑料最引起汽车业内人士注意的有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。

增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等,这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用,可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度,抗冲击韧性和弹性模量上升,使塑料的物理性能得到明显改善。增强增韧塑料可以代替金属材料,由于它们比重小,重量轻,因此广泛用于汽车上可以大幅度减轻汽车重量,达到节省燃料的目的。这些用纳米技术改性的增强增韧塑料,可以用于汽车上的保险杠、座椅、翼子板、顶蓬盖、车门、发动机盖、行李舱盖等,某至还可用于变速器箱体,齿轮传动装置等一些重要部件。

七、热塑性弹性体技术

热塑性弹性体简称TPE/TPR,以SEBS、SBS为基材,是一类具有通用塑料加工性能,但产品有着类似文联橡胶性能的高分子合金材料。在多材料模塑中,热塑性弹性体有4个基本的类型,即苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、热塑性硫化胶(TPV)、热塑性聚氨酯(TPU)和共聚多酯(COPE)。

热塑性聚氨酯弹性体是第一个能够运用热塑性工艺加工的弹性体。有聚酯和聚醚两种类型,聚酯型具有较高的机械性能,聚醚型比聚酯型具有较好的水解稳定性和低温韧性。聚氨酯橡胶具有良好的耐磨性、添加剂可以提高耐候性,尺寸稳定性和耐热性,减少摩擦或增加阻燃性,它们在各硬度等级产品中具有很广泛的应用,涉及汽车密封件和垫圈,稳定杆套,医用导管、起博器和人造心脏装置、手机天线齿轮、滑轮、链轮、滑槽衬里、纺织机械部件、脚轮、垫圈、隔膜、联轴器和减振部件。

共聚多酯弹性体具有良好的动态性能、高模数、高伸长和撕裂强度,还有在高温和低温条件下具有良好的抗挠屈疲劳性。通过组合紫外线稳定剂或炭黑可以提高耐候性,耐无氧化酸性、一些脂族烃、芳烃燃料、碱性溶液、液压流体的性能表现为良好甚至优异;然而,无极性材料,如强无机酸和碱、氯化溶剂、苯酚类和甲酚会使聚酯降解,共聚多酯在一般情况下比热塑性弹性体昂贵,应用于弹性联轴器、隔、齿轮、波纹管垫环、保护套、密封件、运动鞋鞋底、电气接头、扣件、旋钮和衬套中。

2007年世界热塑性弹性体(TPE)消费超过230万吨,总产值超过110亿美元,2001-2007年间世界消费保持年均6.5%的增长率。其中,北美消费平均增幅为5.7%,欧洲为4.4%,拉丁美洲则以两位数速率快速增长,亚太地区年均增幅大于8%。高速的增长将带动各行各业对TP巨的使用,汽车和日用品消费是拉动热塑性弹性体消费增长的主要因素,不同品种的热塑性弹性体增长率不相同。热塑性聚氨酯应用以年均6.3%的速率增长,主要应用于汽车业预计未来热塑性聚氨酯在日用品和体育用品上应用会有所突破。

八、反应接枝改性

在由一种或几种单体组成的聚合物的主链上,通过一定的途径接上由另一种单体或几种单体组成的支链的共聚反应。是高聚物改性技术中最易实现的一种化学方法。

马来酸酐接枝改性聚合物一般采用双螺杆挤出机熔融接枝法制备,其系类品种包括聚乙烯(PE-g-MAH)、聚丙烯(PP-g-MAH)、ABS(ABS-g-MAH)、POE(POE-g-MAH)、EPDM(EPDM-g-MAH)等,其操作工艺简单、生产成本低、产品质量稳定等特点。其中产品MAH接枝率在0.5~2.5%范围内可调,其他力学性能指标优良。可广泛用作各类非极性聚合物(如PE、PP等)与极性聚合物(如PC、PET、PA等)其混改性时的相容剂等。

纳米碳酸钙是一种十分重要的无机增韧增强功能性填料,被广泛地应用在塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域,为降低纳米碳酸钙表面高势能、调节疏水性、提高与基料之间的润湿性和结合力、改善材料性能,须对纳米碳酸钙进行表面改性常用的碳酸钙表面改性方法主要以脂肪酸(盐),钛酸酯,铝酸酯等偶联剂在碳酸钙表面进行化学改性,从而使改性碳酸钙填充的聚合物冲击强度得到较大的提高,为了提高无机填料与有机基体之间的相容性,用高分子有机物对无机填料进行表面接枝改性是一种常用方法。Takao Nakatsuka 以磷酸盐改性超细CaC03表面,然后与聚异丁烯酸接枝,P.Godard采用羧酸吸附和聚丁基丙烯酸接枝对CaC03表面改性,与丙稀单体混合后通过聚合制备了性能较好的PP/CaC03复合材料。

增加环氧树脂的韧性可以通过橡胶增韧、热塑性树脂增韧、有机硅树脂增韧、核壳聚合物增韧、刚性粒子增韧、纳米粒子增韧、液晶聚合物增韧等方法。

环氧树脂的增韧方法

1.橡胶增韧

橡胶类弹性体增韧EP是较早开始的环氧树脂增韧方法,其增韧机理主要是“银纹-钉锚”机理和“银纹-剪切带”机理。增韧效果不仅取决于橡胶与环氧树脂连接的牢固强度,也与二者的相容性和分散性以及EP的固化过程有关。

目前用于增韧EP的橡胶一般是带有活性端基的液体橡胶,在增韧EP时,这类橡胶带有的活性端基在固化剂的作用下,与EP分子链中的活性基团(如环氧基、羟基等)反应。这不但增强了橡胶与EP结合的强度及相容性,也将柔性链结构橡胶软段引入到环氧树脂交联网络中,从而改善EP的冲击韧性。苏航等研究了不同品种的活性端基橡胶作为增韧剂增韧EP,结果表明,改性后的EP抗冲击性能、抗弯曲性能及拉伸剪切性能都得到了明显的改善。橡胶增韧EP的研究已比较成熟,但由于橡胶自身的强度和模量较低、耐热性能较差,所以在有效增韧EP的同时往往会减弱材料的强度、模量和耐热性能。

1.热塑性树脂增韧

热塑性树脂增韧EP一般采用剪切屈服理论或颗粒撕裂吸收能量及分散相颗粒引发裂纹钉铆机理解释。热塑性树脂以高分子量或低分子官能齐聚物形式被用来改性环氧体系,由于高性能热塑性聚合物具有较好的韧性、较高的模量和较好的耐热性等特点,因此用它们来改性EP,不仅能改进EP的韧性,而且不降低EP的刚度和耐热性。胡兵等用聚醚醚酮增韧改性EP,在材料韧性有所提高的同时,压缩强度、马丁耐热都没有降低。从断裂面的形态来看,是属于韧性断裂。当聚醚醚酮的加入量为6%时,韧性最好,达到19.1kJ/m2,比纯的EP增加了107.6%。

热塑性树脂增韧EP的不足之处是用于改性EP的热塑性树脂不易溶于普通溶剂(乙醇、丙酮等),且加工和固化条件要求较高。

1.有机硅树脂增韧

有机硅树脂增韧EP的方法有共混和共聚两种,简单的共混固化存在着两相界面张力过大,改性效果较差,相容性不好等问题,因此一般多采用共聚改性的方法。

T.H.Ho等人将芳烷基酚醛树脂转化为多缩水甘油醚基烯丙基芳烷基环氧树脂,然后与端硅氢基聚二甲基硅氧烷进行硅氢加成反应,制成聚硅氧烷改性EP。

聚硅氧烷改性EP固化后,其玻璃化转变温度明显降低;通过降低弯曲模量和热膨胀系数,内部应力明显降低;具有较好的抗热冲击性能,较低的表面张力和吸湿性。有机硅改性的增韧机理比较复杂,是多种机理共同作用的结果,它能够同时提高EP的耐热性和韧性,但工艺难度大,韧性提高有限。

1.核壳聚合物增韧

用于EP增韧改性的核壳聚合物一般是软核/硬壳型,壳层起到保护核的作用,使核在共混前后保持原来的形态和大小;壳层一般还带有可与EP基体反应的官能团,可以提高与基体树脂的相容性,提高界面粘接力,并使弹性粒子充分地分布于基体中,达到增韧的目的。张凯等利用聚丙烯酸丁酯/聚甲基丙烯酸甲酯核壳型粒子增韧EP,研究表明:当用量为EP用量2%时,抗冲击强度有明显提高。与其它增韧方法相比,核壳增韧可控性强,通过控制粒子尺寸及改变核壳聚合物组成来改性EP,可以获得显著的增韧效果。

1.刚性粒子增韧

刚性粒子在塑性变形时,拉伸应力能有效地抑制基体树脂裂纹的扩展,同时吸收部分能量,从而起到增韧作用。适当添加刚性二氧化硅、高岭土、玻璃珠和碳酸钙粒子可改善EP的韧性,提高程度取决于粒子的尺度和形状及体积分数。

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  • 访客
    访客 2025年12月07日

    我是汇盛号的签约作者“访客”!

  • 访客
    访客 2025年12月07日

    希望本篇文章《改性塑料的改进技术》能对你有所帮助!

  • 访客
    访客 2025年12月07日

    本站[汇盛号]内容主要涵盖:生活百科,小常识,生活小窍门,知识分享

  • 访客
    访客 2025年12月07日

    本文概览:一、增强技术纤维增强是塑料改性的重要方法这一,镁盐晶须和玻璃纤维均能有效地提高聚丙烯的综合性能。以玻璃纤维增强的聚丙烯具有较低的密度,低廉的价格以及可以循环使用等优点,正逐步取...

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