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塑料改性的八大技术问题

日期:2018-04-03 12:17 人气:

塑料改性是将石油化工企业生产出的大批量通用树脂通过物理的、化学的、机械的方法,改善或增加其功能,在电、磁、光、热、耐老化、阻燃、机械性能等方面达到特殊环境条件下使用的功能。

改性塑料是涉及面广、科技含量高的一个塑料产业领域,而塑料改性技术——填充、共混和增强改性更是深入几乎所有的塑料制品的原材料与成型加工过程。从原料树脂的生产到从多种规格及品种的改性塑料母料,为了降低塑料制品的成本,提高其功能性,离不开塑料改性技术。

为了降低成本,提高性能,满足不同的需要,塑料常要通过改性才能适应各种实际要求。这里介绍几种常见的塑料改性技术:

1、纤维增强

长纤维增强热塑性塑料(UCRT)是新型轻质高强度工程结构材料,因其重量轻、价廉、易于回收重复利用,在汽车上的应用发展很快。用天然纤维如亚麻、剑麻增强塑料制造车身零件,在汽车行业已经得到认可。一方面是由于天然纤维是环保材料,另一方面植物纤维比玻纤轻40%,减轻车重可降低油耗。用亚麻增强PP制作车身底板,材料的拉伸强度比钢要高,刚度不低于玻纤增强材料,制件更易于回收。英国GKN技术公司用纤维增强塑料制造的传动轴,重量减轻50%-60%,抗扭性比钢大1.0倍,弯曲刚度大1.5倍。塑料弹簧可明显减轻重量。用碳纤维增强塑料(CFRP)制造的板簧为14kg,减轻重量76%。在美国、日本、欧洲都已使用板簧、圆柱形螺旋弹簧实现了纤维增强塑料化,除具有明显的防振和降噪效果外,还达到轻量化的目的。

2、增韧技术

高分子结构材料的刚度(包括强度)和韧性是相互制约的两项最重要的性能指标。因此,增强刚度的同时增强增韧的研究一直是高分子材料科学的难题。中科院化学研究所高分子共混填充增强增韧新途径,该成果在解决高分子材料同时增强增韧的科学难题方面获得重要突破,在国内首次成功地制备出超高韧性聚烯烃工程塑料,为大品种通用塑料升级,为工程塑料以及工程塑料进一步高性能化提供了新途径。教育部超重力工程技术研究中心研制成功国家“863”计划项目—“纳米CaCO3塑料增韧母料及其制备技术”。这种母料可使PVC增韧改性,主要应用于PVC门窗异型材生产,也可应用于PVC管材、板材等其他硬制品的生产。从发展趋势看,PVC塑料门窗大有全面取代钢窗和木质门窗之势。目前国内PVC门窗异型材年生产能力为100万t,且呈不断上升之势。采用纳米CaCO3塑料增韧母料生产PVC门窗异型材,不仅可以全面提高产品性能,而且每吨异型材成本可降低100多元。同时,其应用领域还将向PP、ABS等塑料材料中扩展。采用纳米CaCO3对PVC进行增韧改性是近年发展起来的非弹性体增韧塑料技术(无机刚性粒子增韧塑料技术),国内尚处于研究阶段。直接添加纳米CaCO3会出现两大问题:一是纳米粒子会在塑料基体中聚结,以至于分散不均匀,影响增韧效果;二是由于纳米CaCO3颗粒微小,极易产生粉尘,影响环境。而纳米CaCO3塑料增韧母料及其制备技术的成功研制,有效地解决了国内外同一研究领域中所面临的这两大难题。

3、填充改性(粉体填充)

塑料填充改性自二十世纪八十年代初投入市场以来,由于其价格低廉、产品性能优异,并改善塑料制品的某些物理特性,可替代合成树脂,且生产工艺简单、投资较小、具有显著的经济效益和社会效益。星期填充改性的无机粉体材料表面改性剂从硬脂酸到偶联剂,收到了一定的效果,而偶联剂有硅烷、钛酸酯、铝酸酯、硼酸酯、磷酸酯等品种纷纷涌现。

滑石粉常用于填充聚丙烯。滑石粉具有薄片构型的片状结构特征,因此粒度较细的滑石粉可用作聚丙烯的补强填充剂。在聚丙烯的改性体系中,加人超细滑石粉母料不但能够显著的提高聚丙烯制品的刚性、表面硬度、耐热蠕变性、电绝缘性、尺寸稳定性,还可以提高聚丙烯的冲击强度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉还能起到成核剂的作用,提高聚丙烯的结晶性,从而使聚丙烯各项机械性能得以提高,由于提高了聚丙烯的结晶性,细化晶粒,也就提高了聚丙烯的透明性。填充20%和40%超细滑石粉的聚丙烯复合材料,不论是在室温和高温下,都能够显著提高聚丙烯的刚性和高温下的耐蠕变性能。对于聚乙烯吹塑薄膜来说,填充超细滑石粉母料比其他填料好,易成型、工艺性好。

4、共混改性

塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其它树脂(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与添加改性并驾齐驱的常用塑料改性方法。它与塑料添加改性的区别在于,添加改性是在树脂中混入小分子物质,而塑料共混改性是在树脂中混入高分子物质。由于共混改性的复合体系中都为高分子物质,因而其相容性好于添加体系,且改性的同时,对原有树脂的其它性能影响比较小。塑料的共混物也称为聚合物合金,是一种开发新型高分子材料最有效的办法,也是对现有塑料品种实现高性能化、精细化的主要途径。几乎所有塑料需要的性能都可通过共混改性而取得。例如,PP具有密度小、透明性好、拉伸强度高、硬度高、耐热性好等优点,但其冲击性能差、耐应力开裂性不好,如与HDPE共混,即可保持PP原有的优点,又可使共混物具有耐冲击、耐应力开裂及耐低温等优点。

5、阻燃技术

一般来讲,高聚物阻燃技术主要分为添加型与反应型两种方式,主要是以添加型为主。即在普通粒料中添加与之匹配的阻燃剂,在搅拌机内充分混合,然后进入以双螺杆挤出机为主的混炼装置重新造粒,制备出阻燃改性的"阻燃塑料"。近十年来在PP阻燃技术上,以意大利都灵大学教授Camino首创的膨胀型阻燃剂发挥了巨大的作用,这类PN系阻燃剂具有高效、热和光稳定性高、低毒、低烟、低腐蚀,对加工和机械性能影响小,不会引起环境污染。添加型阻燃剂常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚A,六溴环十二烷等,其中尤以十溴二苯醚使用量为最大。溴系阻燃剂的分解温度大多在200-300℃左右,与各种高聚物的分解温度相匹配,因此能在最佳时刻与气相及凝聚相同时起到阻燃作用,且添加量小、阻燃效果好。

6、接枝改性

目前接枝改性塑料作为大分子偶联剂、相容剂、增韧剂等,应用十分广泛。当前最常见的接枝单体是马来酸酑、GMA和丙烯酸、GMA和丙烯酸,均存在聚倾向大、接枝率和接枝效率低等缺点,而且丙烯酸的腐蚀性很强。聚丙烯接枝改性的目的是为了提高聚丙烯与金属、极性塑料、无机填料的粘结性或增溶性。所用的接枝单体一般是丙烯酸及其酯类、马来酸酑及其酯类、马来酰亚胺类等。接枝的方法有:①溶液法,在溶剂中加入过氧化物引发剂进行共聚;②辐射法,在高能射线下接枝;③熔融混炼法,在过氧化物存在下,于熔融状态下混炼,进行接枝,常常在双螺杆挤出机中进行。接枝改性的高分子材料的性能与接枝物的物化性能有关,也与接枝物的含量、接枝链的长度等有关,其基本性能与聚丙烯相似,但与极性高分子材料、无机材料、橡胶等的相容性可大大提高。接枝PP的结晶度和熔点随接枝物含量的提高而下降,透明性和低温热封性却随之提高。

7、导电功能改性

多年以来,有关复合型导电高分子的研究不胜枚举,但仍有许多问题没有得到很好的解决。如在添加导电介质提高导电性的同时,力学性能会有所下降,因此复合型导电高分子材料的发展主要集中在降低电阻率与提高材料的综合性能两个方面。POE是使用茂金属催化剂乙烯-辛烯或乙烯-丁烯的共聚物,其具有分子量分布窄、共聚单体分布窄和支链较长等特点,既有优异的韧性,又有良好的加工性,用POE对聚烯烃进行共混改性,显示出比传统弹性体更好的增韧效果。

8、热塑性弹性体

热塑性弹性体(TPE)兼具热塑性塑料的重复加工性和橡胶的高弹性等物理机械性能,同时又具有优异的回收再生性,作为一种全新的高分子材料市场迅速发展。热塑性弹性体具有非常广泛的产品适应性。由于热塑性弹性体特殊的分子结构的可调整性和可控制性,表现出多种优异性能。随着新型改性技术的不断出现与材料性能的不断提高,热塑性弹性体必将拥有更加广阔的市场空间。目前热塑性弹性体已发展到十几个品种,已取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料。其中汽车用热塑性弹性体是最重要的应用领域,占到三分之一,其次是建筑业、医用和日用生活制品.

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