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八種常見的塑料改性技術對比分析
2017-05-14 09:03:40



(1)纖維增強
       長纖維增強熱塑性塑料(UCRT)是新型輕質高強度工程結構材 料,因其重量輕、價廉、易于回收重復利用,在汽車上的應用發展很快。用天然 纖維如亞麻、劍麻增強塑料制造車身零件,在汽車行業已經得到認可。一方面是 由于天然纖維是環保材料,另一方面植物纖維比玻纖輕 40%,減輕車重可降低油 耗。用亞麻增強 PP 制作車身底板,材料的拉伸強度比鋼要高,剛度不低于玻纖 增強材料,制件更易于回收。英國 GKN 技術公司用纖維增強塑料制造的傳動軸, 重量減輕 50%-60%,抗扭性比鋼大 1.0 倍,彎曲剛度大 1.5 倍。塑料彈簧可明顯 減輕重量。 用碳纖維增強塑料(CFRP)制造的板簧為 14kg, 減輕重量 76%。 在美國、 日本、歐洲都已使用板簧、圓柱形螺旋彈簧實現了纖維增強塑料化,除具有明顯 的防振和降噪效果外,還達到輕量化的目的。

(2)增韌技術
       高分子結構材料的剛度(包括強度)和韌性是相互制約的兩 項最重要的性能指標。因此,增強剛度的同時增強增韌的研究一直是高分子材料 科學的難題。中科院化學研究所高分子共混填充增強增韌新途徑,該成果在解決 高分子材料同時增強增韌的科學難題方面獲得重要突破, 在國內首次成功地制備 出超高韌性聚烯烴工程塑料,為大品種通用塑料升級,為工程塑料以及工程塑料 進一步高性能化提供了新途徑。教育部超重力工程技術研究中心研制成功國家 “863”計劃項目—“納米 CaCO3 塑料增韌母料及其制備技術” 。這種母料可使 PVC 增韌改性,主要應用于 PVC 門窗異型材生產,也可應用于 PVC 管材、板材等 其他硬制品的生產。從發展趨勢看,PVC 塑料門窗大有全面取代鋼窗和木質門窗 之勢。目前國內 PVC 門窗異型材年生產能力為 100 萬 t,且呈不斷上升之勢。采用納米 CaCO3 塑料增韌母料生產 PVC 門窗異型材,不僅可以全面提高產品性能, 而且每噸異型材成本可降低 100 多元。同時,其應用領域還將向 PP、ABS 等塑料 材料中擴展。 采用納米 CaCO3 對 PVC 進行增韌改性是近年發展起來的非彈性體增 韌塑料技術(無機剛性粒子增韌塑料技術),國內尚處于研究階段。直接添加納米 CaCO3 會出現兩大問題: 一是納米粒子會在塑料基體中聚結, 以至于分散不均勻, 影響增韌效果;二是由于納米 CaCO3 顆粒微小,極易產生粉塵,影響環境。而納米 CaCO3 塑料增韌母料及其制備技術的成功研制, 有效地解決了國內外同一研究 領域中所面臨的這兩大難題。

(3)填充改性(粉體填充)
       塑料填充改性自二十世紀八十年代初投入市場 以來,由于其價格低廉、產品性能優異,并改善塑料制品的某些物理特性,可替 代合成樹脂,且生產工藝簡單、投資較小、具有顯著的經濟效益和社會效益。星 期填充改性的無機粉體材料表面改性劑從硬脂酸到偶聯劑,收到了一定的效果, 而偶聯劑有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、硼酸酯、磷酸酯等品種紛紛涌現。 滑石粉常用于填充聚丙烯。滑石粉具有薄片構型的片狀結構特征,因此粒度較 細的滑石粉可用作聚丙烯的補強填充劑。在聚丙烯的改性體系中,加人超細滑石 粉母料不但能夠顯著的提高聚丙烯制品的剛性、表面硬度、耐熱蠕變性、電絕緣 性、尺寸穩定性,還可以提高聚丙烯的沖擊強度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉 還能起到成核劑的作用,提高聚丙烯的結晶性,從而使聚丙烯各項機械性能得以 提高,由于提高了聚丙烯的結晶性,細化晶粒,也就提高了聚丙烯的透明性。填充20%和 40%超細滑石粉的聚丙烯復合材料,不論是在室溫和高溫下,都能夠顯 著提高聚丙烯的剛性和高溫下的耐蠕變性能。對于聚乙烯吹塑薄膜來說,填充超細滑石粉母料比其他填料好,易成型、工藝性好。

(4) 共混改性
        塑料共混改性是指在一種樹脂中摻入一種或多種其它樹脂(包 括塑料和橡膠),從而達到改變原有樹脂性能的一種改性方法。塑料共混改性是 一種與添加改性并駕齊驅的常用塑料改性方法。它與塑料添加改性的區別在于, 添加改性是在樹脂中混入小分子物質, 而塑料共混改性是在樹脂中混入高分子物質。由于共混改性的復合體系中都為高分子物質,因而其相容性好于添加體系, 且改性的同時,對原有樹脂的其它性能影響比較小。塑料的共混物也稱為聚合物 合金,是一種開發新型高分子材料最有效的辦法,也是對現有塑料品種實現高性 能化、精細化的主要途徑。幾乎所有塑料需要的性能都可通過共混改性而取得。 例如,PP 具有密度小、透明性好、拉伸強度高、硬度高、耐熱性好等優點,但 其沖擊性能差、耐應力開裂性不好,如與 HDPE 共混,即可保持 PP 原有的優點, 又可使共混物具有耐沖擊、耐應力開裂及耐低溫等優點。

(5)阻燃技術
       一般來講,高聚物阻燃技術主要分為添加型與反應型兩種 方式,主要是以添加型為主。即在普通粒料中添加與之匹配的阻燃劑,在攪拌機 內充分混合,然后進入以雙螺桿擠出機為主的混煉裝置重新造粒,制備出阻燃改 性的"阻燃塑料"。近十年來在 PP 阻燃技術上,以意大利都靈大學教授 Camino 首創的膨脹型阻燃劑發揮了巨大的作用,這類 PN 系阻燃劑具有高效、熱和光穩 定性高、低毒、低煙、低腐蝕,對加工和機械性能影響小,不會引起環境污染。 添加型阻燃劑常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴雙酚 A,六溴環十二烷等,其 中尤以十溴二苯醚使用量為最大。溴系阻燃劑的分解溫度大多在 200-300℃左 右,與各種高聚物的分解溫度相匹配,因此能在最佳時刻與氣相及凝聚相同時起 到阻燃作用,且添加量小、阻燃效果好。

(6)接枝改性
       目前接枝改性塑料作為大分子偶聯劑、相容劑、增韌劑等, 應用十分廣泛。當前最常見的接枝單體是馬來酸酑、GMA 和丙烯酸、GMA 和丙烯 酸,均存在聚傾向大、接枝率和接枝效率低等缺點,而且丙烯酸的腐蝕性很強。 聚丙烯接枝改性的目的是為了提高聚丙烯與金屬、極性塑料、無機填料的粘結性 或增溶性。所用的接枝單體一般是丙烯酸及其酯類、馬來酸酑及其酯類、馬來酰亞胺類等。接枝的方法有:①溶液法,在溶劑中加入過氧化物引發劑進行共聚; ②輻射法,在高能射線下接枝;③熔融混煉法,在過氧化物存在下,于熔融狀態 下混煉,進行接枝,常常在雙螺桿擠出機中進行。接枝改性的高分子材料的性能 與接枝物的物化性能有關,也與接枝物的含量、接枝鏈的長度等有關,其基本性 能與聚丙烯相似, 但與極性高分子材料、 無機材料、 橡膠等的相容性可大大提高。 接枝 PP 的結晶度和熔點隨接枝物含量的提高而下降,透明性和低溫熱封性卻隨 之提高。

(7)導電功能改性
       多年以來,有關復合型導電高分子的研究不勝枚舉, 但仍有許多問題沒有得到很好的解決。如在添加導電介質提高導電性的同時,力 學性能會有所下降, 因此復合型導電高分子材料的發展主要集中在降低電阻率與 提高材料的綜合性能兩個方面。POE 是使用茂金屬催化劑乙烯-辛烯或乙烯-丁烯 的共聚物,其具有分子量分布窄、共聚單體分布窄和支鏈較長等特點,既有優異 的韌性,又有良好的加工性,用 POE 對聚烯烴進行共混改性,顯示出比傳統彈性 體更好的增韌效果。

(8)熱塑性彈性體
       熱塑性彈性體(TPE)兼具熱塑性塑料的重復加工性和橡膠的高彈性等物理機械性能,同時又具有優異的回收再生性,作為一種全新的 高分子材料市場迅速發展。熱塑性彈性體具有非常廣泛的產品適應性。由于熱塑 性彈性體特殊的分子結構的可調整性和可控制性,表現出多種優異性能。隨著新 型改性技術的不斷出現與材料性能的不斷提高, 熱塑性彈性體必將擁有更加廣闊 的市場空間。目前熱塑性彈性體已發展到十幾個品種,已取代部分天然橡膠、合 成橡膠和塑料。其中汽車用熱塑性彈性體是最重要的應用領域,占到三分之一, 其次是建筑業、醫用和日用生活制品。

 
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