塑料配方设计的关键要点

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：配方设计的关键为选材、搭配、用量、混合四大要素，要想设计出一个高性能、易加工、低价格的配方需要考虑的因素很多，以下为塑料配方设计的一些要点。配方设计的目的，就是要选择出合适的助剂，以改善树脂的内在性能、加工性能和降低成本。可用于配方设计的助剂有上百种，可共混的树脂也有上百种，必须依据一定的原则进行适当的选择。规定指标一般为产品的国家标准、国际标准，或客户提出的性能要求。

配方设计的关键为选材、搭配、用量、混合四大要素，要想设计出一个高性能、易加工、低价格的配方需要考虑的因素很多，以下为塑料配方设计的一些要点。

1.树脂的选择

树脂的选择包括树脂品种、牌号及其流动性的选择。要选择与改性目的最接近的树脂品种，以节省助剂的使用量。如耐磨改性，首先考虑选择三大耐磨树脂：聚酰胺、聚甲醛、超高相对分子质量的聚乙烯；透明改性，树脂要首先考虑选择三大透明树脂：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯；耐热改性，首先考虑选择聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚苯并咪唑和聚芳砜；耐低温改性，首先考虑选择低相对分子质量聚乙烯、聚碳酸酯和热塑性弹性体类（聚酯类热塑性弹性体、聚烯类热塑性弹性体、聚氨酯类弹性体）；隔热改性，首先考虑选择聚氨酯硬质泡沫塑料、酚醛或脲醛泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料。

一般要求树脂成本低、性能高，同时还要考虑外观及耐久性，所以很难选择出一种能满足所有性能要求的合适树脂。例如，用注射成型方法生产透明容器时，在一般情况下可选择聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯两种树脂，但如果要求廉价为首要条件，则选用聚苯乙烯；反之，如果强调耐候性能好时，就要选用聚甲基丙烯酸甲酯；如果还要再加上耐冲击性能好，则就要选择聚碳酸酯，当然其成本也要提高。

在选择时还应考虑以下内容：所选择的树脂能否承受使用环境中最高和最低的温度，在这个温度范围内树脂是否变形、发生龟裂，耐冲击性能如何等。若不符合要求，就要改变现有的树脂品种，另选新的品种或进行改性处理。

另外，选择的树脂还需要考虑在使用环境中的其他影响因素。如在要求制品尺寸稳定性能好时，还要考虑到树脂的热膨胀系数、成型初期及成型后期的收缩率变化、吸湿性等因素。

一般情况下，一种树脂不可能满足所有的条件，但应尽可能地满足主要条件。关于质量标准的掌握，一般按下述条件而定。

1）能否承受使用环境温度的变化、阳光的影响及使用时负荷的变化。

2）制品是否符合卫生标准及安全性。

3）弯曲强度、拉伸强度、冲击强度、电绝缘性、阻燃性、耐水性、耐油性、电学性能是否符合产品标准。

4）尺寸稳定性，光学性能，抗毒、抗湿、抗菌性能如何。

5）外观、经济成本、特殊要求是否能达到要求。

对于长期使用的树脂及制品，必须考虑其维修及保养费用。若能大幅度削减维修费用，即使初期投资较大，但从塑料整体使用寿命看，还是有利的。另外还要考虑成型加工性能及二次加工的难易程度，考虑树脂在模具中的变化情况。在设计制作轴承、齿轮等重要部件时，还应该进行物理力学性能检验分析；做透明树脂时，还应进行光学试验及修正。

2.助剂的选择

虽然塑料的种类很多，有各种不同的性能，但要满足产品的具体要求，还要对塑料进行改性，这就要在树脂中加入适合的助剂。以PE瓶为例，其中加入的色母粒就是助剂的一种，又叫着色剂。又如PVC配方中，助剂的选用一定要有针对性，针对耐低温冲击性能，需选用合适的抗冲击改性剂；针对耐候性要求，要有适当分量的光屏蔽剂和紫外线吸收剂；针对硬度的要求，要有适当的填料。

助剂的种类很多，大致可分为增塑剂、稳定剂、着色剂、阻燃剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂、发泡剂、填充剂和抗老化体系等。配方设计的目的，就是要选择出合适的助剂，以改善树脂的内在性能、加工性能和降低成本。可用于配方设计的助剂有上百种，可共混的树脂也有上百种，必须依据一定的原则进行适当的选择。

（1）助剂品种选用助剂要按所达到的目的选择，所加入的助剂应能充分发挥其预计功效，并达到规定指标。规定指标一般为产品的国家标准、国际标准，或客户提出的性能要求。如为了提高PS的冲击强度，常选用橡胶对其进行抗冲击改性，如丁苯橡胶、乙丙橡胶、SBS及ABS等。

（2）助剂形态同一种成分的助剂，其形态不同，改性作用差别很大。助剂形状可分为球状、粒状、片状、纤维状、柱状、中空管状和中空微球状。除了球状和中空微球状两种助剂为各向同性外，其他形状的助剂都为各向异性。对于各向异性类助剂，其纵横比越大，补强作用越强，越有利于制品力学性能的提高，但对成型加工不利。而对于各向同性且纵横比接近1的助剂，对复合材料的成型加工有利，但对力学性能提高不利。

（3）助剂粒度助剂的粒度对塑料性能有很大的影响。粒度越小，对填充材料的拉伸强度和冲击强度越有益。阻燃剂的粒度越小，阻燃效果就越好。例如水合金属氧化物和三氧化二锑的粒度越小，达到同等阻燃效果的加入量就越少。着色剂的粒度越小，着色力越高、遮盖力越强、色泽越均匀，但着色剂的粒度也不是越小越好，存在一个极限值，而且不同着色剂的极限值不同。助剂粒度对导电性能也有影响，以炭黑为例，其粒度越小，越易形成网状导电通路，达到同样导电效果加入的炭黑量就减少，但同着色剂一样，其粒度也有一个极限值，因为粒度太小易于聚集而难于分散，效果反倒不好。

（4）助剂用量有的助剂在允许的范围内加入量越多越好，如阻燃剂、增韧剂、磁粉、阻隔剂等；有的助剂加入量有最佳值，如导电助剂，形成导电通路后即可；又如偶联剂，表面包覆即可；再如抗静电剂，在制品表面形成泄电荷层即可。

（5）助剂间的相互作用在一个配方中，为达到不同的目的可以加入多种助剂，这些助剂之间的相互关系很复杂，会有协同作用、对抗作用和加合作用。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各自单独加入的总效果。对抗作用则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。加合作用指塑料配方中两种或两种以上不同添加剂一起加入的效果等于其各自单独加入的总效果，一般又称为叠加作用和搭配作用。配方中所选用的助剂在发挥自身作用的同时，应不劣化或最小限度地影响其他助剂功效的发挥，最好与其他助剂有协同作用。

助剂的具体选择范围见表1-6。

表1-6 助剂的具体选择范围

（续）

塑料配方设计的关键要点

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