工程塑料改性

工程塑料及其应用青岛科技大学塑料工程教研室第一章工程塑料性能一第二章工程塑料成型加工二第三章工程塑料改性三第四章工程塑料在机械中的应用四目录大多数工程塑料都不是单独使用，而是采用多种手段进行改性使用，以拓宽其应用领域。3工程塑料改性工程塑料合金泛指工程塑料的共混物，主要包括PC、PBT、PA、POM、PPS、PPO、PTFE等工程塑料为主的共混体系。聚合物合金的发展历史可以追溯到20世纪40年代，这一时期开发成功的高拉伸聚苯乙烯，是由苯乙烯和橡胶(顺丁橡胶或丁苯橡胶)接枝共聚制得的聚合物合金。20世纪50年代初期开发成功的ABS树脂是典型的聚合物合金，它是将聚丁二烯胶乳接枝在苯乙烯和丙烯腈共聚物上而制得的。3.1工程塑料合金(1)物理性能的改性。改性的目的是提高耐冲击强度、耐热性、尺寸稳定性、耐药品性、涂装性等。其典型实例是汽车外护扳用的聚合物合金（PA/PPO合金）。(2)成型加工性的改良。降低成本、提高流动性和改善脱模性。代表实例是众所周知的PC与ABS系合金。3.1工程塑料合金特点(3)多功能化改性。经共混可使某些聚合物体系产生某种持殊性能，例如，防静电性、导电性、阻燃性、润滑件、阻隔性、阻尼性等功能性，成为功能化塑料合金。3.1工程塑料合金特点聚酰胺系合金开发的目的是提高耐冲击性、刚性、耐热性和尺寸稳定性。3.1.1聚酰胺合金聚酰胺合金品种有PA/PE、PA/ABS、PA/PBT、PA/PET、PA/PPS等，更新型的品种有PA／聚芳酯、PA／硅树脂等。主要有三类：一类是通过与聚烯烃、烯烃共聚物、弹性体等共混，以提高PA在低温、干态下的冲击强度和降低吸湿性，主要应用于汽车、机械和电子、电气、运动器械等领域；3.1.1聚酰胺合金第二类是掺混高性能工程塑料，如PPO、聚芳酯等，主要是提高PA的耐热性计改善综合性能，这类共混物多用于汽车外壳、内饰制品的生产；第三类为各种聚酰胺之间的共混物，它可以平衡各种聚酰胺的特性，扩展其应用领域。3.1.1聚酰胺合金PP、PE的加入，有效地改善了PA6、PA66的吸湿性，提高了制品的尺寸稳定性。PE、PP为非极性聚合物，它们与强极性的聚酰胺不具有热力学相容性。为提高相容性在PE、PP分子链上接技马来酸酐(MAH)，以引入酸酐基团或羧基。当它们与PA熔融共混时，这些活性基因可同PA分子末端的氨基反应，实现反应增容，借以强化两类聚合物的界面粘接，共混物的性能得以明显改善。3.1.1聚酰胺合金之PA/聚烯烃合金PA/PE和PA/PP合金的加工性能优于PA，可采用注射、挤出等成型方法加工成各种制品。PA/PP合金具有优异的冲击性能和良好的滑动特性，可用作建筑材料、套管接头等。PA/PP合金与PA相比，吸水性低，密度低，尺寸稳定性好，冲击强度高，力学强度和刚性降低小，适宜制作紧固件、连接器、供涂装用的汽车外装零件以及大型电气零部件等。3.1.1聚酰胺合金之PA/聚烯烃合金PA/ABS合金是一类结晶/非晶共混体系。两组分具有一定的相容性结构呈现较精细的相分离状态。PA/ABS合金的热变形温度和熔体流动性有明显提高。良好的成型加工性能为制造要求外观品质高的大型制品提供了保证。PA/ABS合金是制造汽车车身壳板等汽车部件的理想材料。此外，它还具有良好的耐冲击性、刚性和耐化学药品性，在一般机械和日用品方面也有广泛的应用。3.1.1聚酰胺合金之PA/ABS合金3.1.1聚酰胺合金之PA/ABS合金共混比0/05/9510/9030/7050/50拉伸强度，MPa3633343646伸长率，%253535160205热变形温度（平放，1.82MPa）8983827772洛氏硬度（R标尺）8789899582PA6/ABS合金性能PA/PPS合金的关键是，在PA与PPS共混时添加酚醛型环氧树脂作为相容剂，可显著改善PA与PPS的相容性，制得具有优良性能的PA/PPS合金。PA/PPS的突出特点是耐热性优良。PA66／PPS合金的热变形温度(1.82MPa)可高达245℃以上，耐热品级的长期使用温度可达150℃以上，因此，成为聚酰胺中的高档材料，可用作耐热性要求高的汽车气缸盖罩等零部件。3.1.1聚酰胺合金之PA/PPS合金3.1.1聚酰胺合金之PA/PPS合金性能玻纤含量，%1530密度，g/cm31.291.40吸水率（23℃水×24h)，%0.60.5拉伸强度，MPa118167弯曲强度，MPa137235弯曲弹性模量，GPa5.99.8悬臂梁缺口冲击强度，kJ/m26.110热变形温度（平放，1.82MPa）245245PA66/PPS合金性能在成型加工过程中，PA的酰胺键和PC的碳酸酯键，往往会发生氨基交换反应，伴随着相对分子质量的降低和气体的产生，给成型造成困难。采用马来酸酐-芳基系共聚物作为相容剂，可抑制上述的氨基交换反应，使PA与PC的合金化获得成功。PA/PC合金改进了PC的耐化学药品性，并具有良好的力学性能和电气性能。可用于制造汽车外装零件和办公自动化机器壳体等。3.1.1聚酰胺合金之PA/PC合金以聚酰胺为基体，以具有高玻璃化转变温度的聚芳酯和高冲击韧度改良剂作为分散相，可制得具有高抗冲击性能的PA/PAR合金。其主要特点是：耐热性优异，在较宽的温度范围内均有优良的冲击性能；耐溶剂和耐化学药品性优良；吸水率低，尺寸稳定性好，成型收缩率较低，制品不易翅曲变形；加工温度范围宽；成型加工性能良好，其熔体流动性一般介于PA6和PA66之间；由于热稳定性好，在多次受热情况下，其结构及共泥物形态很少变化，所以重复加工性能优良，适宜采用注射成型。3.1.1聚酰胺合金之PA/聚芳酯合金由PA与PTFE及特殊纤维共混制得的PA/PTFE合金，具有优异的耐摩擦磨损特性和耐疲劳性。作为耐磨材料使用时，对磨材料不管是钢材、铝材、还是塑料，都显示出极为优异的滑动特性。运转时可以不加润滑脂，这对提高零件的可靠性及简化工程等方面均具有重要意义。PA/PTFE合金主要用于机械、交通运输等领域，如点式打印机的导向装置，阀门、传动器等。3.1.1聚酰胺合金之PA/PTFE合金以PBT或PET为主体，与其他聚合物共混制得的合金统称为热塑性聚酯合金。目前已工业化生产的热塑性聚酯合金主要是PBT合金。PBT树脂与其他树脂共混改性是为了在不显著损害PBT树脂性能的前提下，达到提高其缺口冲击强度及耐热性，改善其翘曲变形、尺寸稳定性及制品外观等目的。3.1.2热塑性聚酯合金PBT与PET的化学结构相似，熔融温度也较接近，在共混时相容性良好。PBT与PET共混可以降低成本，对于PET而言，则解决了结晶速度慢，不易成型的问题。此种合金成型温度低，成型周期短，这是PBT高速结晶特性所产生的效果。具有优良的化学稳定性、热稳定性、强度、刚度和耐磨耗性，制品有良好的光泽。3.1.2热塑性聚酯合金之PBT/PET合金缺点：PBT/PET合金在熔融滞留状态易发生酯交换反应，初期生成嵌段共聚物，后期则成为无规共聚物，使两聚合物的特长在共混物中消失。因此，防止酯交换反应是制造PBT/PET合金的一个技术关键。实际上，PBT/PET合金几乎都是玻璃纤维增强的，因其可提高结晶速度，增加刚性并使外观更好。GF增强的此类合金主要用于制造各种家用电器部件及车灯罩等。3.1.2热塑性聚酯合金之PBT/PET合金PBT与乙烯系聚合物共混，可提高其冲击强度。但是，乙烯系聚合物与PBT的溶解度参数相差大，相容性不好，在共混时常呈现两相结构．两相界面粘结不良，不能实现增韧改性。为此，人们着眼于用各种改性的乙烯共聚物与PBT共混，以增加共温组分的相容性。3.1.2热塑性聚酯合金之PBT/PE合金PBT/PC合金体系实际上是三元体系，第三组分为EDPM、丙烯酸酯或有机硅类弹性体。共混过程中添加相容剂，适合PBT/PC体系的相容剂有苯乙烯／马来酸酐共聚物(S-g-MAH)、苯乙烯／甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(S-g-GMA)，以及聚乙烯接技共聚物(PE-g-MAH)等。官能化的弹性体作第三组分有利于增加其相容性。PBT/PC共混过程中，易发生酯交换反应，同时体系中微量水分的存在会引起水解反应，这两种反应均导致PBT、PC的降解。PBT/PC合金具有优良的抗低温冲击、耐高温老化和耐化学药品性能。适合用作汽车的外装饰部件、办公自动化和通信设备部件。3.1.2热塑性聚酯合金之PBT/PC合金PBT/ABS合金是典型的不相容体系。PBT与ABS共混，充分地利用了PBT的结晶性和ABS的非结晶性特征，使得该共混合金具有优良的加工成型性、尺寸稳定性、耐药品性以及可涂装性。3.1.2热塑性聚酯合金之PBT/ABS合金PBT/ABS合金广泛用作汽车与摩托车的内外装饰件、小家电部件、光学仪器、办公设备部件与外壳。玻璃纤维增强PBT/ABS合金制品表面光洁、耐高温烧结涂覆、耐汽油，可作为摩托车发动机罩及其他部件。碳纤维增强PBT/ABS合金具有良好的加工流动性、高刚性、低挠度、表面光洁、柔性好，并具有良好的防电磁干扰功能，是手提电脑理想的外壳材料。3.1.2热塑性聚酯合金之PBT/ABS合金PC是一种综合性能较好的工程塑料。但是它的某些缺陷，如易于应力开裂，对缺口敏感，耐磨性欠佳与加工流动性较差等，很有必要改进。3.1.3聚碳酸酯合金PC与ABS共混制备PC/ABS合金，可以降低PC粘度、提高PC的耐应力开裂性，降低冲击对缺口的敏感性，同时还可降低成本。PC/ABS合金综合性能优异。与PC相比，PC/AB5合金既具有PC的耐热性、力学强度和尺寸稳定性，又降低了熔体粘度，改善了加工性能，提高了强度和低温冲击强度。3.1.3聚碳酸酯合金之PC/ABS合金PC/聚烯烃合金包括PC/PP合金和PC/PE合金。PC与聚烯烃共混，可提高PC的抗冲击性能，改善PC的加工流动性，降低制品的内应力，同时还可提高PC的拉伸强度和断裂伸长率，并降低PC的成本。在PC中加入PE，可改进PC的厚壁耐冲击性。PC/聚烯烃合金产品的冲击强度高，冲击强度比PC高4倍，且能耐高温消毒，易加工，流动性好，耐沸水，耐应力开裂，适用于制作食品餐具、容器、安全帽、电器零件、电动工具外壳和纺织用纬纱管等。3.1.3聚碳酸酯合金之PC/聚烯烃合金PS的熔融粘度小,加工性能好，少量的PS与PC共混可大大提高PC的加工流动性，从而提高PC的成型性。PC的双折射率大，难以满足制造某些类型光盘的要求。PS与PC共混可以减小PC的双折射率，从而扩大PC在光盘基材中的应用。PS在PC中还可以起到刚性有机填料的作用，提高PC的硬度。另外，用PS替代部分PC，制成PC/PS合金，可以减少价格昂贵的PC用量，从而降低成本。3.1.3聚碳酸酯合金之PC/PS合金PPO的熔融粘度高，流动性差，加工成型困难。共混改性是PPO最重要的改性措施，其共混物被誉为最典型的聚合物合金。PPO与PS均为非晶聚合物，其相容性非常好。PPO与PS共混，改善了其加工流动性。除了耐热性能略低外．PPO/PS合金的性能与PPO相似，表现出良好的电气性能，均衡的力学性能和突出的耐水、耐热水性能。3.1.4其他合金之PPO合金PPO/PA合金品种有PPO/PA66、PPO/PA6，能提高PA的热性能、力学性能和尺寸稳定性。PPO/PA合金具有PPO的高玻璃化转变温度和尺寸稳定性，同时具有PA的耐溶剂性和成型性．是一种性能优异的工程塑料合金。主要应用于汽车零部件，如车轮盖、发动机同边部件等，还可以用于电子电器、办公用品、医疗器械等设备部件。3.1.4其他合金之PPO合金PPO与PA66、PA6是完全不互容的聚合物，利用相容化和掺混技术，可将非结晶性的FPO和结晶性树脂PA合金化，由PA海相和PPO岛相形成海-岛微观相分离结构。使合金兼具PA和PPO的优点，形成高刚性、高强度、高耐热性、综合性能优异的新型材料。PPO还可与其他聚合物，如PBT、PET、ABS、聚烯烃、PTFE、弹性体等共混形成合金。3.1.4其他合金之PPO合金POM是典型的结晶性聚合物，与其他聚合物共很时相容性较差。