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改性塑料

改性塑料,是指在和的基础上,经过填充、共混、增强等方法加工改性,提高了、强度、抗冲击性、韧性等 方面的性能的塑料制品。

改性塑 料产品主要种类有阻燃树脂类、增强增韧树脂类、塑料合金类、功能色母类等。

图表 改性塑 料的主要细分类别、消费群 体及市场应用情况

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。
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