常用塑料改性及其加工工藝

關(guān)于常用塑料改性及其加工工藝第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三一、塑料的分類：按用途分類：通用塑料：PE、PP、ABS、POM、PS

工程塑料：PA、PC、PPO、聚酯類…….其主要區(qū)分依據(jù)：耐溫性的不同，一般通用塑料的耐熱溫度比較低，就PP相對(duì)高一些，也就100℃左右，而工程塑料的耐熱溫度則相對(duì)要高，一般都要在200℃或以上第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三二、PA材料的改性工藝技術(shù)：1、PA材料的特性：

1）、尼龍的分子間可以形成氫鍵，使其結(jié)構(gòu)易結(jié)晶；

2）、由于氫鍵的存在，使得尼龍分子間作用力比較大，賦予尼龍材料具有高的強(qiáng)度和高的耐熱性；

3）、酰胺基是親水基團(tuán)，所以吸水性較大；

4）、尼龍結(jié)構(gòu)中還存在亞甲基或芳基，使尼龍具有一定的柔性及剛性；綜合特性：良好的力學(xué)特性、電性能、耐熱性和韌性，還具有優(yōu)良的耐油性、耐磨性、自潤滑性、耐化學(xué)性和成型加工性。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2、PA材料的一般性能：

1）、外觀為透明或不透明乳白色或淡黃色粒料，常用的PA6、PA66的密度在1.12—1.16；結(jié)晶度高的尼龍材料具有高的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和耐熱溫度；但收縮率大，吸水率也較大；一般加工溫度高時(shí)，冷卻時(shí)間長，材料的結(jié)晶度較高；

2）、力學(xué)性能：尼龍分子主鏈上含有極性酰胺基團(tuán)，因此分子間作用力大，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和模量；尼龍材料隨溫度和濕度的提高，拉伸強(qiáng)度急劇下降，而沖擊強(qiáng)度明顯提高；而玻璃纖維增強(qiáng)后的尼龍受溫度和濕度的影響較??；酰胺基團(tuán)是親水基團(tuán)，具有吸水性，使尼龍性能下降（因水對(duì)尼龍來說是一種有效的增塑劑，使得尼龍結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化）；

第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3）、熱學(xué)性能：尼龍材料的熱變形溫度都不高，一般只有50—75℃，而用玻璃纖維增強(qiáng)后的尼龍材料則可以提高4倍左右，達(dá)200℃；

4）、電性能：尼龍雖有較好的電性能，但因其具有一定的吸濕性，使用時(shí)受到一定的限制，不適合作為高頻和濕態(tài)環(huán)境下的絕緣材料；

5）、環(huán)境性能：尼龍耐化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，可耐大部分的溶劑，尤其是耐油性突出；但是尼龍的耐酸、堿、鹽性不好，可導(dǎo)致溶脹；危害最大的是無機(jī)鹽氯化鋅；

第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3、PA材料的一般改性：

1）、尼龍的改性分為化學(xué)和物理改性：化學(xué)改性是在聚合過程中加入第二、第三單體，得到共聚尼龍；物理改性則是添加一些改性劑，得到改性尼龍；

尼龍的物理改性方法、工藝簡單，有：增強(qiáng)改性增韌改性阻燃改性填充改性共混改性納米改性

第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2）、尼龍?jiān)鰪?qiáng)改性的加工工藝：玻璃纖維增強(qiáng)PA工藝有兩種：短纖法：玻璃纖維與PA經(jīng)混合后擠出造粒長纖法：玻璃纖維與PA經(jīng)不同位置進(jìn)入雙螺桿造粒機(jī)，再經(jīng)剪切、混合后擠出造粒所得；

兩種方法的共同點(diǎn)：玻璃纖維在螺桿擠出機(jī)高剪切和混合作用下，被切成一定長度的纖維均勻的分布在基料PA中，從而增強(qiáng)了材料承載外力作用的能力。

第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3）制造加工過程中的主要影響因素：

a：玻纖的分散：玻璃纖維在樹脂基體中均勻分散及黏結(jié)對(duì)產(chǎn)品性能影響很大。在擠出過程中，玻璃纖維的分散主要通過雙螺桿的剪切混合作用實(shí)現(xiàn)，所以雙螺桿擠出機(jī)剪切元件的尺寸、組合形式至關(guān)重要。另外，相同的螺桿元件組合下，選擇不同的螺桿轉(zhuǎn)速也可以獲得不同的剪切效果。

b：擠出工藝的影響：需選擇合適的擠出溫度，擠出溫度低，則玻璃纖維的包覆效果差，玻纖易外露，材料脆性大；擠出溫度高，則基料易氧化分解，材料力學(xué)性能差；一般低含量纖維加工溫度設(shè)定在熔點(diǎn)附近，高含量纖維加工溫度則應(yīng)高于熔點(diǎn)；

c：玻纖表面處理劑的影響：一般來說，根據(jù)基料性能采用不同的偶聯(lián)劑，要求在加工溫度下不分解，不揮發(fā)；第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三4）、尼龍?jiān)鲰g改性的加工工藝：尼龍?jiān)鲰g主要通過在基料中添加橡膠彈性體以提高材料的抗沖擊性能，從而使材料獲得韌性的提高；增韌理論：銀紋—剪切帶理論橡膠顆粒充當(dāng)應(yīng)力集中點(diǎn)，誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，可消耗大部分的沖擊能

影響增韌效果的主要因素：橡膠粒徑的影響：橡膠顆粒及分布對(duì)韌性有較大的影響；因此與加工溫度、螺桿剪切效果等因素有關(guān)；彈性體交聯(lián)度的影響：橡膠與尼龍黏結(jié)力的影響：第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三三、PP材料的改性工藝技術(shù)：1、PP材料的特性：

1）、PP質(zhì)量輕，密度為0.9—0.91，是通用塑料中最輕的一種；

2）、PP材料具有優(yōu)良的耐熱性，長期使用溫度可達(dá)100℃—120℃，是通用塑料中唯一能在水中煮沸的材料；

3）、PP的耐低溫性差，脆化溫度約為零下30℃—零下10℃，PP的低溫甚至室溫下的抗沖擊性能差，低溫脆化是其主要缺點(diǎn)；

4）、PP是一種非極性塑料，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性；

5）、PP的吸水性小，吸水率還不到0.01%；

6）、PP易老化，通常在大氣中12D就老化變脆，室內(nèi)放置4個(gè)月就會(huì)變質(zhì)；通常需要添加抗氧化劑等來提高其耐候性；

7）、PP的缺點(diǎn)：熔點(diǎn)低、熱變形溫度低、抗蠕變性差、尺寸穩(wěn)定性不好，低溫脆性大；因此一般PP的改性方向都集中在提高PP的沖擊強(qiáng)度和耐熱溫度上第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2、PP材料的一般改性方法：

1）、PP的改性一般分為化學(xué)和物理改性：化學(xué)改性是在分子鏈上進(jìn)行交聯(lián)及接枝；物理改性則是添加一些改性劑，得到改性PP；

PP的改性方法有：接枝改性交聯(lián)改性增韌改性填充改性增強(qiáng)改性

第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2）、PP的增韌改性：

a：PP材料的增韌改性重點(diǎn)在于材料配方的組合、增韌劑的粒徑上。欲得到高抗沖擊性PP材料，須構(gòu)建合理的材料組合，一般常用的增韌劑有EPDM，POE、SBS等橡膠類彈性體；

b：而增韌劑的粒徑一般要求越小越好，粒徑細(xì)小則彈性體的分散效果越高,比表面積也越大,所起到的銀紋誘發(fā)及終止的效果也越好，則材料所表現(xiàn)出的抗沖擊韌性也越好。通常增韌劑粒徑在5um時(shí),則材料所表現(xiàn)出的韌性比較突出；

c：欲得高抗沖擊PP材料，則造粒過程中對(duì)剪切就有很高的依賴，一方面，PP材料非熱敏材料，提高溫度對(duì)材料的流動(dòng)性無明顯效果，為使造粒過程中材料能較好的流動(dòng)就需要提高螺桿轉(zhuǎn)速；且另一方面，螺桿轉(zhuǎn)速的提高也十分有利于提高設(shè)備所起的剪切效應(yīng)（指相同的螺桿組合情況下）；

第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3）、PP的增強(qiáng)改性：

PP材料的增強(qiáng)改性有兩種途徑：

a：剛性無機(jī)填料填充增強(qiáng)：剛性無機(jī)粒子的填充過程可以有效提高PP料的強(qiáng)度、硬度、耐溫性，有效降低了PP料的收縮率和翹曲，有效的降低材料的成本，但是也帶來了材料韌性的下降；

b：玻璃纖維增強(qiáng)：可以明顯提高PP材料的強(qiáng)度、硬度、耐溫性及收縮率，但是由于PP材料屬于非極性材料，其與玻璃纖維的包覆性差，因此導(dǎo)致玻璃纖維增強(qiáng)后的PP材料極易產(chǎn)生注塑件玻纖外露的現(xiàn)象；

第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三4）剛性無機(jī)填料填充增強(qiáng)重點(diǎn)：

a、填料的粒徑；填料粒徑小，可以增大填料的比表面積，提高填料在PP料中的分散性，甚至在粒徑小至一定程度時(shí)，無機(jī)剛性填料還能起到增韌的作用；目前有新材料就使用納米級(jí)填料進(jìn)行填充增強(qiáng)，同時(shí)還能提高材料韌性；目前我司選用的填料目數(shù)為2500目的填料

b、填料的表面處理：由于PP了為非極性材料，因此與填料的包覆性差，所以必須對(duì)填料進(jìn)行表面處理，而表面處理劑用量少的話，則處理劑不能完全包覆于填料的表面，使填料與樹脂不能很好的結(jié)合而失去改性的效果，而若處理劑用量過大，則處理劑就會(huì)在填料表面形成一層雙分子膜，使處理效果變差，因此根據(jù)大量的試驗(yàn)確定處理劑的用量一般在1.5%左右；第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

剛性無機(jī)填料填充增強(qiáng)重點(diǎn)：

c、填料的分散性；填料分散性越好，則填料所能起到的填充增強(qiáng)作用也越高，而提高填料的分散性主要方法就是提高擠出過程中的剪切速率，對(duì)于同樣的螺桿組合下，則提高螺桿轉(zhuǎn)速就顯得十分重要；第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三5）、工藝條件對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)PP的性能影響：工藝條件決定了玻璃纖維的長度、在配方中的分散性以及被樹脂熔體浸潤的狀態(tài)，其中玻璃纖維的長度為關(guān)鍵影響因素；較長的玻璃纖維有利于提高PP的抗拉強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能；

a、提高工藝溫度，PP樹脂的流動(dòng)性增強(qiáng)，則有利于提高玻璃纖維的平均長度；

b、提高螺桿轉(zhuǎn)速，熔體在料筒中的受到的剪切力增大，玻璃纖維與料筒和螺桿的摩擦力增大，導(dǎo)致大量的玻璃纖維被剪斷，纖維的平均長度變??；

c、注塑速度增加，則增大了玻璃纖維的取向，則制件的橫向拉伸強(qiáng)度下降，縱向拉伸強(qiáng)度提高；第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

四、ABS材料的改性工藝技術(shù)：

1、

基本特性：

ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成，使這類材料具有良好的綜合力學(xué)性能；

ABS無毒、略黃、表面光澤好，密度1.02—1.05，機(jī)械性能良好；

ABS耐化學(xué)性較好，水、無機(jī)鹽、酸、堿對(duì)其幾乎無影響，但其在冰乙酸，植物油等的侵蝕下會(huì)引起應(yīng)力開裂；

ABS具有一定的硬度及尺寸穩(wěn)定性，耐熱耐候性差，在紫外線作用下易變硬脆化；

2、加工條件：干燥：ABS塑料的吸濕性一般，若原料的包裝、儲(chǔ)存良好，則可不進(jìn)行干燥處理，否則需要進(jìn)行干燥。一般干燥溫度為80—90℃，料層厚度為20—30mm，干燥時(shí)間為2—4H；溫度：ABS材料含有橡膠成分，過高的加工溫度可能導(dǎo)致橡膠的分解，故需控制加工溫度；一般的加工溫暖度不能超過220℃；第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三五、PC材料的改性工藝技術(shù)：

1、基本特性：

PC是一種性能優(yōu)良的塑料，密度1.2，本色微黃，透明度高；

PC是韌而剛的材料，其抗沖擊性優(yōu)秀，成型收縮率小，吸水率低；

PC具有良好的耐氣候性，其最大的缺點(diǎn)就是易應(yīng)力開裂，耐疲勞強(qiáng)度差；

PC的耐化學(xué)性差，不耐堿、胺、酮、脂、芳香烴等溶劑；

2、加工條件：干燥：PC雖然吸水性小，但在高溫時(shí)對(duì)水分很敏感，非常容易水解，所以加工前必須進(jìn)行干燥；溫度：PC的熔融溫度高，熔體粘度大，流動(dòng)性差，所以加工時(shí)要求有較高的溫度和適當(dāng)?shù)募羟小Ｒ驗(yàn)镻C的熔體粘度對(duì)溫度比較敏感，所以一般可用提高溫度的工藝方法來增加其熔體流動(dòng)性；PC為無定型塑料，玻璃化溫度為150℃，熔融溫度為215—225℃，加工溫度一般可控制在250—310℃之間；第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三六、常用材料的造粒工藝簡介：造粒工序是將高聚物樹脂與各種添加劑、助劑，經(jīng)過計(jì)量、棍合、塑化、切粒制成顆粒狀塑料的生產(chǎn)過程，塑料顆粒是塑料成型加工業(yè)的半成品，也是擠出、注塑、中空吹塑、發(fā)泡等成型加工生產(chǎn)的原材料。樹脂有粉末狀和粒狀兩種。

對(duì)于各種塑料成型加工方法，用顆粒料加工與粉料直接加工相比，用造粒的顆粒料的優(yōu)點(diǎn)如下:

(1)加料方便，不需要在加料斗安裝強(qiáng)制加料器。

(2)顆粒料相對(duì)密度比粉末料大，塑料制品強(qiáng)度較好。

(3)樹脂與各種固體粉末料或液體助劑的混合較均勻，塑料制品的物理性能較均勻。

(4)塑料制品色澤均勻。

(5)顆粒料種含空氣劑揮發(fā)物較少，使塑料制品不易產(chǎn)生氣泡。

(6)顆粒料對(duì)擠出機(jī)和生產(chǎn)環(huán)境無污染。

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生產(chǎn)工藝：

1、配料前的準(zhǔn)備工作：高聚物樹脂在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸過程中，可能混入機(jī)械雜質(zhì)或其他雜質(zhì)，為防止損壞造粒設(shè)備和降低產(chǎn)品質(zhì)量，樹脂須考慮過篩后使用；對(duì)易吸潮的樹脂及添加劑，在捏合或擠出之前必須先干燥除水。例如尼龍樹脂和ABS樹脂均易吸水，必須干燥至含水量小于0.1%；

2、配方稱量：根據(jù)投料量精確稱重，稱量必須準(zhǔn)確無誤，否則會(huì)使制品質(zhì)量不穩(wěn)定

3、捏合：捏合可分為加熱捏合與冷卻捏合，用高速捏合機(jī)或普通攪拌機(jī)，高速捏合機(jī)主要用于填料的表面處理，而普通攪拌則可用于一般配方材料的混拌；

4、擠出造粒

擠出造粒選用雙螺桿擠出機(jī)。主要控制擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、切刀轉(zhuǎn)速和粒料冷卻。使粒料不發(fā)生粘粒，顆粒尺寸均勻，塑化較好。切刀轉(zhuǎn)速調(diào)整到顆粒料長度3~4mm。?螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)整到粒料不發(fā)生粘連。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

5、造粒過程工藝溫度及工藝轉(zhuǎn)速：工藝溫度：以塑料材料的熔點(diǎn)及分解溫度之間的溫度區(qū)間為加工溫度范圍，結(jié)合考慮到材料的摩擦熱，剪切熱等因素的共同作用進(jìn)行調(diào)節(jié)，以材料的熔點(diǎn)為界限，加熱區(qū)溫度要高于熔點(diǎn)10—20℃，剪切區(qū)溫度要基本和熔點(diǎn)一致，而建壓擠出區(qū)則可以考慮等于或低于熔點(diǎn)5—10℃；工藝轉(zhuǎn)速：以配方材料、改性方向及造粒的經(jīng)濟(jì)性為主要依據(jù)進(jìn)行工藝轉(zhuǎn)速的設(shè)定與調(diào)節(jié)；我司大部分材料的造粒工藝轉(zhuǎn)速均設(shè)置在300rpm附近；第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三常用塑料的塑化溫度塑料名稱塑化溫度/℃POM170—190ABS170—230PA210—250PE180—240PP160—220PC210—290第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三常用塑料干燥工藝參數(shù)材料名稱干燥溫度/℃時(shí)間/H材料合適厚度/mm備注POM90—1002.5—4≤50干燥設(shè)備選用的是鼓風(fēng)恒溫干燥箱ABS70—803—4≤50PA110—1304—8≤50PC100—1204—8≤50PP80—903—4≤50第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)晶塑料熔點(diǎn)及熔體允許最低溫度及熱分解溫度結(jié)晶塑料名稱熔點(diǎn)/℃熔體最低允許溫度/℃熱分解溫度/℃PP160—180180350

PA6215—220225310PA66250—255260

POM164—167190222第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

玻璃纖維含量控制方法：（1）原理：灼燒法：在造粒產(chǎn)品中，因樹脂及其他的一些有機(jī)添加劑都能夠被完全燃燒，而玻纖則不能燃燒，因此將被檢物完全燃燒后，剩余物的重量與原重的比值就是被檢物的玻纖含量。（特點(diǎn)：不合適用于阻燃產(chǎn)品的測定?。┦е胤ǎ和ㄟ^測定某一時(shí)間段內(nèi)玻纖被纏繞入螺桿的重量，并測定該段時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量數(shù)值，將結(jié)果加以計(jì)算后，就可以得到被檢物的玻纖含量值。（特點(diǎn)：可以用于所有的產(chǎn)品；因是在生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行，因而快速、準(zhǔn)確且減少了浪費(fèi)量。）第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

（2）測定及計(jì)算的方法：

1．灼燒測定：選取一鐵制容器，記錄該容器的重量；在精度為0.1g的電子稱上稱取10g被檢物，放入容器中，置于電爐上進(jìn)行加熱；待物品冒煙后，用火點(diǎn)燃。使物