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配方设计要点
配方设计的关键为选材、搭配、用量、混 合四大要素,表面看起来很简单,但其实 包含了许多内在联系,要想设计出一个高 性能、易加工、低价格的配方也并非易事, 需要考虑的因素很多,现提出一些要点供 读者参考。
树脂的选择
品种的选择: 树脂要选择与改性目标性能最接近的品种, 以节省加入助剂的使用量。 如耐磨改性,树脂要首先考虑选择三大耐 磨树脂:即聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、超 高相对分子质量聚乙烯(UHWPE); 透明改性,树脂要首先考虑选择三大透明 树脂:聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)及聚碳酸酯(PC)。
当今,树脂和助剂的种类繁多,若按其功 能、品种、等级、牌号等分类可达数万种, 因此塑料配方也是千变万化。塑料配方设 计通常是指根据试验数据等资料,恰当地 确定可满足产品使用性能、加工性能和成 本要求的树脂、助剂的种类及其用量等的 一项重要工作。
配方设计原则
塑料配方设计有以下注意事项:①制品的 使用功能;②加工性能;③加工及使用时 的环保问题;④成本等。
总之,配方工作者一般是在考虑制品的物 理机械性能、加工性能和成本三者平衡的 前提下进行配方设计的。设计的重点是如 何保持制品的使用性能及加工性能的平衡, 所以说塑料配方设计不仅是一门科学,而 且也包含运用成功经验的技巧。
塑料制品使用性能
塑料制品使用性能应包括其本身的力学性 能和使用时的特殊性能要求。塑料制品的 性能要求一般包括拉伸强度、冲击强度、 弯曲强度、压缩强度、耐热性、电绝缘性、 耐化学性、透明性、气密性等。各种制品 的使用要求不同,需要的性能亦异。
一般情况下,不可能满足所有的条件,但 应尽可能的满足主要条件。只要满足主要 条件就可以了。
关于质量标准的掌握,一般按下述条件而 定。
(1)能否承受使用环境温度的变化、阳光的 影响及使用时负荷的变化;
环保要求
配方设计需适应环保要求。 一般塑料制品着重评价其使用寿命。实际
上应从原材料的生产、加工、物质流通、 使用乃至废弃整个过程来全面考虑。延长 制品使用寿命对节省资源和节约能源有利, 对废弃物的再利用和原材料的安全性也需 重视。
成本问题
在配方设计时,除了保证产品能够顺利加工和满 足产品标准要求以外,还必须最大限度降低产品 的成本。因此,要充分了解原材料的性能价格比 以及相互间的作用与禁忌事项,运用先进的科学 实验方法选择最佳的性价比。当可以替代使用时, 尽量使用来源广、采购方便、成本低的助剂。降 低生产成本要考虑包括原材料成本和加工成本在 内的总成本。
以聚苯硫醚为例,用作不粘锅、散热器零 件和配油器零件时,需要耐热耐油;用作 汽车刹车零件、离合器和机械中的齿轮时, 需要有较高的刚性和抗蠕变性。
再以改性聚酰亚胺为例,用作交通运输包 装时,需要耐水性和阻燃性好;用作航空 航天工业的高温管和高温涂层时,需要有 耐高温、耐湿热和耐辐射性能。
工性能
塑料配方设计
配方设计的重要性
塑料因其质轻、易加工、美观实用、价格 低等特点广泛应用于日常生活、各行各业 及高精尖技术领域。塑料的主要成分是树 脂,占总质量的40%~100%。绝大多数 塑料制造的第一步是合成树脂的生产,然 后根据需要,将树脂(有时加入一定量的 助剂)进一步加工成塑料制品。有少数品 种(如浇注制品)其树脂的合成和塑料的 成型是同时进行的。
耐热改性,首先考虑选择聚苯硫醚、聚酰 亚胺、聚苯并咪唑和聚芳砜;
耐低温改性,首先考虑选择低分子量聚乙 烯、聚碳酸酯和热塑性弹性体类(聚酯类 热塑性弹性体、聚烯类热塑性弹性体、聚 氨酯类弹性体);
隔热改性,首先考虑选择聚氨酯硬质泡沫 塑料、酚醛、脲醛泡沫塑料和聚苯乙烯泡 沫塑料。
一般要求树脂成本低、性能高,同时还要 考虑外观美及耐久性,所以很难选择一种 能满足所有性能要求的合适树脂。
例如,添加能改善加工性能的助剂虽然提高了原 材料成本,但能大幅度降低加工成本,那么也就 能降低总成本。
其它因素
配方设计还包括产品设计、生产工艺设计 等在内的产品开发。因此,在深入理解配 方设计在整个开发过程中的重要性的基础 上,还必要考虑其他的相关因素。有了这 些基本的原则作指导,我们在进行配方设 计时就能做到全面考虑,综合运用。
例如,用注射成型方法生产透明容器时, 在一般情况下可选择聚苯乙烯或聚甲基丙 烯酸甲酯两种树脂,但如果要求廉价为首 要条件,则选用聚苯乙烯;反之,如果强 调耐候性能好时,就要选用聚甲基丙烯酸 甲酯;如果还要再加上耐冲击性能好,则 就要排除上述两种树脂而选择聚碳酸酯, 当然成本要提高。
在选择时还应考虑以下内容:
以HDPE 瓶而言,装油需要耐油性;装碳酸 饮料需要具有阻隔性;装光敏性药品时要 有遮光性。
以PP 注射椅子为例,在北方需要低温抗冲 击性强;用于矿井下,需要防静电、阻燃 性。
以聚四氟乙烯为例,用作活塞环、轴承、 轴瓦、滑块、密封环等机械零件时,需要 具有低的摩擦系数和自润滑性;用作绝缘 材料时,需要其不受温度、湿度和频率的 影响,具有优异的电绝缘性;用作防腐材 料时,需要有优异的化学稳定性。
所选择的树脂能否承受住使用环境中最高 和最低的温度,在这个温度范围内树脂是 否变形、发生龟裂、耐冲击性能如何等。 若不符合要求,就要改变现有的树脂品种, 另选新的品种,或进行改性处理。
另外,选择的树脂还需要考虑在使用环境 中的其他影响因素。如在要求制品尺寸稳 定性能好时,还要考虑到树脂的热膨胀系 数、成型初期及成型后期的收缩率变化、 吸湿性等因素。
配方设计时需考虑加工性能。 例如纯的PVC无法塑化加工,必须加入增塑剂、
稳定剂等助剂。加入增塑剂,可以削弱分子间的 作用力,增加分子间的移动性,从而降低玻璃化 转变温度使熔融加工温度降低,低于PVC 的分解 温度。加入热稳定剂,可以抑制PVC 脱HCl 反应, 提高PVC 热分解温度,使之高于PVC 的熔融加工 温度。又如PVC 薄膜的制造中,吹塑法常选用内 润滑剂,压延法则选用外润滑剂。
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