塑料配方设计

塑料配方技术PVC具有什么特性？本章学习目的：1、理解塑料配方的意义和内容；2、掌握塑料配方设计的原则、方法和表示；3、初步学会设计和分析塑料配方，并熟悉塑料配方的实施方法和过程；4、理解母料的概念和组成。第一节塑料配方设计一、塑料配方设计的意义塑料材料是由合成树脂和助剂构成，配方的意义就在于合理选择树脂和助剂，优化并确定助剂的用量，使获得的塑料材料具有较高的性能价格比，既能满足制品的使用要求和经济要求，又能满足成型加工的需要。（1）改善成型加工性能合理选择增塑剂、润滑剂和加工改性剂可改善物料在成型加工中的流动性，防止熔体与加工机械表面的粘连。在常用塑料中，PVC是典型的必须进行加工改性的树脂。而对于一般树脂若进行适当的加工配方设计，也可提高制品的表面光泽度，起到节能增效的作用。（2）改善制品的使用性能制品使用环境千差万别，往往单一品种的树脂性能很难满足，必须对某些性能进行改进。如PP耐光、热老化配方；PA耐磨性能要求更高的场合，则需加入二硫化钼、石墨和PTFE粉末来提高其耐磨性。通过增强、交联、偶联、共混等手段来提高和改善塑料材料的力学性能已十分普遍。（3）赋予制品新的性能配方设计在很大程度上可以弥补塑料本身的不足，赋予制品新的性能。从简单的着色到赋予其珠光宝气；从一般抗静电到导电材料；从易燃到自息抑烟；从“白色污染”到生物降解等等，可以说塑料配方在功能化方面起着重要作用。（4）降低成本合理的性能价格比是企业追求的目标。从塑料配方设计方面来说，主要是降低制品原材料成本，其途径大致有三个方面：一是选择成本较低的助剂;二是减轻制品重量;三是对相对价格较低的塑料材料进行改性以替代价格较高的塑料品种及功能塑料。常用的填充、发泡、增强、功能化配方即属于此类。二、塑料配方设计原则1.满足制品的使用性能要求（1）充分了解制品的用途要满足制品的使用性能要求，首先要充分了解制品的用途，只有这样才能合理选择树脂和助剂，科学地制定出塑料配方。：（2）合理确定材料和制品的性能指标配方的好坏是由所得材料和制品的具体指标来体现的，在确定各项性能指标时要充分利用现有的国家和国际标准，使之尽可能实现标准化。性能指标也可根据供需双方的要求协商制定。在制定性能指标时，务必要对各项指标的含义及使用条件有深刻的理解，并考虑配方所要适应的环境因素，防止不切实际的性能指标出现。（3）对日用品要关注现阶段消费者的具体要求，使产品具有鲜明的时代特征。2.保证制品顺利成型加工保证制品顺利成型加工，就是要求配方能适应产品成型加工工艺及设备和模具的特点，使物料在塑化、剪切中不产生或少产生挥发和分解现象，同时使物料的流变特性与设备和模具相匹配。3.充分考虑助剂与树脂及多种助剂之间的相互联系与作用（1）助剂与树脂的相容性一般各种助剂与特定树脂之间都有一定的相容性范围，超出这个范围助剂会析出，形成所谓“喷霜”或“出汗”的现象。（2）助剂对制品性能的影响（3）充分发挥助剂间的协同效应4.合理的性能价格比配方设计者往往追求产品的性能完美，而企业则更注重产品的经济效益，因而，时常造成有些配方由于成本过高而不能投入实际生产。使配方具有合理的性能价格比是十分重要的。一般，在不影响或对主要性能影响不大的情况下，应尽量降低配方成本，以保证制品的经济合理性。三、塑料配方设计方法塑料配方设计是选择树脂和助剂并优化确定其用量的过程，要完成这一过程需要掌握丰富的塑料原材料及助剂的相关知识，并遵循树脂和助剂的选用原则。（1）黄金分割法X/L≈0.618b/a=a/(a+b)0.382/0.618≠＝≤≥0.618/1：0.3820.6180.3820.6180.3820.618逐渐缩小实验范围，获得最佳配方。黄金分割法在生活、音乐、建筑、摄影、科学等诸多领域均有应用。（2）爬山法指配方设计者根据经验或现有的配方，作为起点，进行逐渐增量或逐渐减量的方法，找到最佳用量。：助剂用量四、塑料配方的计量表示配方就是一份表示塑料原材料和各种助剂用量的配比表，正确地将各组分的用量表示出来很重要，一个精确、清晰的塑料配方计量表示，会给实验和生产中的配料、混合带来极大的方便，并可大大减少因计量差错造成的损失。塑料配方的计量表示有不同的方法，常用的表示方法如表15-4所示。质量份数表示法是以树脂的质量为100份，其它组分的质量份数均表示相对树脂质量份数的用量。这是最常用的塑料配方表示方法，常称为基本配方，主要用于配方设计和试验阶段。质量百分数法是以物料总量为100%，树脂和各组分用量均以占总量的百分数来表示。这种配方表示法可直接由基本配方导出，用于计算配方原料成本和配方分析较为方便。生产配方便于实际生产实施，一般根据混合塑化设备的生产能力和基本配方的总量来确定。制品配方举例抗老化大棚膜LDPE/LLDPE：50～75/50～25；抗氧剂1076:0.2；抗氧剂168:0.2；GW-480:0.2；UV-531:0.2PP汽车保险杠PP/EPDM：100；抗氧剂1010:0.3;抗氧剂168:0.6;GW-540：0.22;LS-770:0.25第二节常用塑料配方举例一、塑料成型加工配方二、塑料抗老化配方三、填充塑料配方重点是掌握PVC成型加工配方体系重点了解塑料母料的特点一、塑料成型加工配方塑料成型加工配方体系：是从物料的熔体塑化特性、热分解温度高低、熔体流变行为方面改善塑料材料的成型加工性能，使之顺利成型为各类产品。塑料材料中哪种物料成型加工困难，需要进行成型加工配方体系设计呢？PVC是需要进行成型加工配方体系设计的最典型例子。1、软质PVC配方（1）软PVC制品主要有压延和吹塑薄膜、挤出软管、压延和涂覆人造革、电线电缆、注塑鞋类以及各类糊制品。（2）选用树脂一般选用PVC-SG1～4型树脂？增塑剂加入后增大了PVC大分子间的距离，削弱了分子间力，降低了熔体黏度，使成型加工得以顺利进行，也使制品变得柔软。(3)软PVC制品配方核心：增塑体系稳定体系增塑体系：①软PVC制品中增塑剂含量一般为：26～80份；②依据制品的性能要求选用合适的增塑体系；③增塑体系通常采用几种不同增塑剂共用以发挥各自优势取得较好的使用效果。稳定体系：①由于增塑剂具有改善加工性能的作用，软PVC稳定体系相对简单，稳定剂用量可适当减少。②注重稳定剂间的协同作用：如三盐/二盐、Ca/Zn、Ba/Pb、Ba/Cd/Zn；金属皂与环氧类、金属皂与亚磷酸酯类等。③不同制品性能要求对热稳定剂的选择性：如：透明性制品选用有机锡类，无毒透明制品选用Ca/Zn体系等。下面以两种软PVC制品配方为例进行分析。制品配方举例防雾压延膜PVCSG-3100；DOP35；DOS5；ESBO4；亚磷酸三苯酯0.5；Cd/Ba/Zn液体复合稳定剂2.5；双酚A0.5；三嗪-50.3；硬脂酸单甘油酯2阻燃壁纸PVC糊树脂100；DOP30；磷酸二苯一辛酯30；氯化石蜡10；CZ-3102.5；氢氧化铝20；Sb2O34；AC4；ZnO1；颜料适当软PVC制品配方核心：增塑体系稳定体系什么是UPVC或RPVC？2、硬质PVC制品配方UPVC塑料制品一般不含增塑剂成型加工较软PVC更困难，且UPVC冲击韧性较差。因此配方设计技术主要集中在三个方面：加工改性体系热稳定体系润滑体系。（1）加工及抗冲击改性体系以改善树脂塑化和熔体流变特性的一类助剂称为加工改性剂；以改善树脂冲击韧性为主的一类材料称为冲击改性剂。对PVC而言，这两类助剂实际上大多数是相同的，常用的ACR、PE-C、MBS、ABS、EVA等，在UPVC建材、中空容器、透明片和硬质发泡制品配方中的得到广泛应用。一般：ACR用量1~4份，PE-C用量在3~8份以改善树脂塑化和熔体流变特性为主。PE-C、MBS、ABS、EVA用量4~16份，以改善树脂冲击韧性为主。MBS主要用于透明PVC制品，用量4~12份。（2）热稳定体系①与SPVC相比UPVC热稳定体系要求更高，用量相应增加。②非透明UPVC制品：三盐/二盐/金属皂体系，如异型材和管材等。一般三盐和二盐的总用量在3～6份，二者配比为2﹕1或1﹕1，为降低成本也可根据需要减少二盐用量，甚至不用。金属皂的加入主要起稳定和润滑的双重作用，可选用PbSt、BaSt、CaSt。③透明UPVC制品：Ca/Zn和有机锡中的无毒品种用于透明和无毒一类制品；Ba/Cd和有机锡中的有毒品种主要用于一般硬质、透明PVC制品；金属皂和有机锡可单独使用，二者也可配合使用，总用量一般为1.5～3份。④为使用方便也可选用商品化的片状或粉状固体复合热稳定剂。⑤稀土（镧系：主要有镧、铈、镨）热稳定体系是二十世纪后期开发应用的新型热稳定剂，属于绿色环保品种。特点:稳定效果好、无毒安全、促进物料塑化、透明性好在PVC异型材、管材及管件、透明板片中的应用具有较大发展潜力。（3）润滑体系润滑体系的作用：?②注塑成型对塑化和流动要求较高，以内润滑为主，可选用硬脂酸丁酯、硬脂酸钙等。①挤出以外润滑为主，可选用石蜡、PE蜡和氧化PE蜡等。③有机锡类：可适当提高润滑剂的用量；金属皂类兼具润滑作用：可相应减少其用量；加入填料较多时，应加大润滑剂的用量。设计润滑体系重点考虑的因素：④通常配方中润滑剂的用量约1份左右。制品配方举例双臂波纹管PVC：100；ACR：2；PE-C：7；三盐：4；PbSt：0.4；CaSt：1.2；PE蜡：0.4；硬脂酸：0.5；CaCO3：4~60注塑管件PVC：100；ACR：1；PE-C：4；二盐：1.5；PbSt：0.8；CaSt：0.4；硬脂酸丁酯：0.8透明饮料瓶PVC：100；ACR：2；MBS：12；Ca/Zn复合体系：2；ESBO：1；硬脂酸单甘油酯：0.5UPVC塑料制品配方设计技术主要集中在三个方面：加工改性体系热稳定体系润滑体系二、塑料抗老化配方体系塑料抗老化配方体系就是以解决热氧老化和光老化为核心，综合考虑多种因素，阻止或延缓塑料材料的老化，延长制品的使用寿命。什么是塑料老化？聚烯烃塑料是一类易老化的树脂品种，塑料抗老化配方体系以此类材料为主。聚烯烃抗老化配方设计原则：①注重不同助剂间的协同效应②制品使用的目的及环境因素③在注意正确确定稳定化助剂的用量④从生产实际情况看，同一种稳定剂因生产厂家不同使用效果差异较大，实际选用中应引起足够的重视。制品配方举例抗老化大棚膜LDPE/LLDPE：50～75/50～25；抗氧剂1076:0.2；抗氧剂168:0.2；GW-480:0.2；UV-531:0.2PP汽车保险杠PP/EPDM：100；抗氧剂1010:0.3;抗氧剂168:0.6;GW-540：0.22;LS-770:0.25抗老化配方的核心：抗热氧老化：主、辅抗氧剂体系抗光老化为：复合光稳定体系三、填充塑料配方体系三、填充塑料配方体系三、填充塑料配方体系塑料填充的主要目的：降低塑料制品成本次要目的：改善制品某些性能配方的关键技术：填充材料的处理填充塑料的成型加工性能填充塑料的性能填充塑料的经济价值制品配方举例PVCPVC100、M-5040、氯化石蜡15、DOP20、三盐3、二盐1、HSt0.5、转炉废渣（400目）500木塑材料通用塑料或废旧塑料木粉、秸秆粉等植物纤维偶联剂、改性剂、处理剂、分散剂、着色剂、稳定化助剂等必需指出，本节虽然分门别类地阐述了不同配方体系，但制品的性能要求往往是多方面的，也就是说，配方经常是一个复合体系，不能把本节的配方体系割裂开来，要统筹考虑，满足制品性能的多方面要求，这一点在本节多个配方举例中已得到验证。完成塑料配方仅仅是成型塑料制品的第一步，塑料配方的实施还要通过物料配制和成型加工来实现。第三节塑料配方的实施配方粉料粒料母料加工制备配方的实施是指根据配方设计把树脂与塑料助剂混合均匀，制成适宜于成型加工用物料的过程。一、配制粉料配方称量混合粉料树脂助剂（1）有些物料必要时进行预处理；（2）各组分原料须准确称量；（3）一般的加料次序是：树脂、增塑剂、浆料、稳定剂、着色剂、填料、润滑剂等。二、制备粒料1、制备粒料的目的使用方便各组分分散更均