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塑料配方设计的一些要点之助剂形态

配方设计表面看起来很简单,但其实包含了很多内在的联系,为了设计出高性能、易加工、低价格的配方,需要考虑的因素很多,现提出以下几个方面的因素供参考:树脂的选择、助剂的选择、助剂的形态、助剂的加入量、配方中各组分间的关系、保证配方中各组分混合均匀、配方中一些组分的负面影响、配方应考虑加工性、卫生及环保要求、助剂的价格和来源

本次内容属于连载,将在后面几天陆续推出!快人一步预览或者往期回顾,请回复关键词:配方设计

(三)塑料配方设计的一些要点之助剂的形态

3助剂的形态

助剂形态不同,改性的效果也不同。

3.1助剂的形状

(1)纤维状填料的增强效果好。纤维的形状可用长径比(L/D)表示,L/D越大、增强效果越好。树脂在熔融状态时比在粉末状态时有利于保持长径比,减小断纤几率,这就是为什么不从进料口而从中部加料口加入玻璃纤维的原因。

(2)球型填料的增韧效果好、并可增加制品的光亮度。硫酸钡为典型的球型填料,因此高光泽PP的填充选用硫酸钡,硫酸钡也可以小幅度提高制品的刚性及韧性。

3.2助剂的粒度


(1)粒状助剂粒度的表示方法

粒状助剂的粒度可用目数或平均粒径表示,通常用的目数与平均粒径的关系见表2

2平均粒径与目数的关系

Tab.2 The relationship of mesh and average diameteof particle

目数

20

80

100

150

200

325

400

625

1250

2500

12500

平均粒径/μm

833

175

147

104

74

43

38

20

10

5

1

注:目数有多种表示方法,本表中的目数为每平方英寸筛网上的筛孔数目


(2)填料粒度对填充塑料的力学性能的影响

粒度尺寸越小,对填充材料的拉伸强度和冲击强度提高越大。,在用20%(质量分数)硅灰石填充PA6时,粒度对填充PA6的力学性能的影响见表3

3 粒度对20%硅灰石填充PA6的力学性能的影响

Tab.3 The effect of granularity on the mechanicproperties

of PA6 composite Filled 20% wollstonite

性能

1250

800

400

325

150

拉伸强度/MPa

127.5

127.4

126.0

124.5

124.5

冲击强度/(kJ·m-2)

15.5

15.1

14.8

14.4

13.5


(3)粒度对无机阻燃剂阻燃性能的影响

无机阻燃剂的粒度越小,阻燃效果越好。例如水合金属氧化物和三氧化二锑的粒度越小,达到同等阻燃效果的用量就越少。

LDPE中加入80份不同粒度的氢氧化铝的阻燃效果见表4

4 氢氧化铝的粒度对其在LDPE中阻燃效果的影响

Tab.4 The effect of Al(OH)3 granuarityon its flame retarding in LDPE

粒度/μm

25

5

1

氧指数/%

23

28

33

ABS中加入4%粒度为45μm的三氧化二锑与加入1%粒度为0.03μm的三氧化二锑阻燃效果相同。


(4)粒度尺寸对着色剂着色力的影响

着色剂的粒度越小,着色力越高、遮盖力越强、色泽越均匀。但着色剂的粒度不是越小越好,存在一个上限值,而且对不同性能的上限值不同。对着色力而言,偶氮类着色剂的上限粒度为0.1μm,酞菁类着色剂的上限粒度尺寸为0.05μm。对遮盖力而言,着色剂的上限粒度尺寸为0.05μm左右。


(5)粒度尺寸对导电助剂导电性能的影响

以炭黑为例,其粒度越小,越易形成网状导电通路,达到同样的导电效果时加入炭黑的量越低。但同着色剂一样,粒度大小也有一个上限值,粒度太小,导电助剂易于团聚而难于分散,效果反而不好。

3.3助剂的表面处理

与树脂良好的相容性是发挥助剂功效的关键。因此,必须设法提高或改善其与树脂的相容性,如采用表面活性剂、偶联剂或相容剂对其进行表面活化处理。

所有无机类添加剂经过表面处理,效果大都提高。尤其以粉末填料最为明显,其他还有玻璃纤维、无机阻燃剂等。

表面处理以偶联剂和相容剂为主,偶联剂有硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类,常用相容剂有所用树脂的马来酸酐接枝聚合物。

4助剂的加入量

从改性效果看,有的助剂加入量越多越好,如阻燃剂、增韧剂、磁粉、阻隔材料等,有的助剂加入量有最佳值,如导电助剂形成到电通路后即可,再增加无效果;偶联剂,表面包覆即可;抗静电剂,在制品表面形成泄电荷层即可。在设计配方时,应该在能满足改性效果的前提下,添加量最小,以降低成本。

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