《塑料配方設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《塑料配方設計（58頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 十 七 章 塑 料 選 材 及 配 方 設 計 17.1 配 方 設 計 的 重 要 性n 塑 料 因 其 質(zhì) 輕 、 易 加 工 、 美 觀 實 用 、 價 格 低 等 特 點 廣 泛 應 用 于 日 常 生活 、 各 行 各 業(yè) 及 高 精 尖 技 術 領 域 。 塑 料 的 主 要 成 分 是 樹 脂 ， 占 總 質(zhì) 量的 40 100 。n 絕 大 多 數(shù) 塑 料 制 造 的 第 一 步 是 合 成 樹 脂 的 生 產(chǎn) ， 然 后 根 據(jù) 需 要 ， 將 樹脂 （ 有 時 加 入 一 定 量 的 助 劑 ） 進 一 步 加 工 成 塑 料 制 品 。 有 少 數(shù) 品 種（ 如 澆

2、注 制 品 ） 其 樹 脂 的 合 成 和 塑 料 的 成 型 是 同 時 進 行 的 。 n 樹 脂 和 助 劑 的 種 類 繁 多 ， 若 按 其 功 能 、 品 種 、 等 級 、 牌 號 等 分 類 可 達數(shù) 萬 種 ， 因 此 塑 料 配 方 也 是 千 變 萬 化 。 塑 料 配 方 設 計 通 常 是 指 根 據(jù) 試驗 數(shù) 據(jù) 等 資 料 ， 恰 當 地 確 定 可 滿 足 產(chǎn) 品 使 用 性 能 、 加 工 性 能 和 成 本 要求 的 樹 脂 、 助 劑 的 種 類 及 其 用 量 等 的 一 項 重 要 工 作 。 配 方 設 計 原 則n 塑 料 配 方 設 計 應 注

3、意 ： 制 品 的 使 用 功 能 ； 加 工 性 能 ； 加 工 及 使 用 時 的 環(huán) 保 問 題 ； 成 本 等 。n 總 之 ， 配 方 工 作 者 一 般 是 在 考 慮 制 品 的 物 理 機 械 性 能 、 加工 性 能 和 成 本 三 者 平 衡 的 前 提 下 進 行 配 方 設 計 的 。 設 計 的重 點 是 如 何 保 持 制 品 的 使 用 性 能 及 加 工 性 能 的 平 衡 ， 所 以說 塑 料 配 方 設 計 不 僅 是 一 門 科 學 ， 而 且 也 包 含 運 用 成 功 經(jīng)驗 的 技 巧 。 塑 料 制 品 使 用 性 能n 塑 料 制 品 使 用 性

4、能 應 包 括 其 本 身 的 力 學 性 能 和 使 用 時 的 特 殊 性 能 要 求 。塑 料 制 品 的 性 能 要 求 一 般 包 括 拉 伸 強 度 、 沖 擊 強 度 、 彎 曲 強 度 、 壓 縮強 度 、 耐 熱 性 、 電 絕 緣 性 、 耐 化 學 性 、 透 明 性 、 氣 密 性 等 。 各 種 制 品的 使 用 要 求 不 同 ， 需 要 的 性 能 也 不 相 同 。n 以 塑 料 瓶 而 言 ， 裝 油 需 要 耐 油 性 ； 裝 碳 酸 飲 料 需 要 具 有 阻 隔 性 ； 裝 光敏 性 藥 品 時 要 有 遮 光 性 。 n 以 PP 注 射 椅 子 為

5、例 ， 在 北 方 需 要 低 溫 抗 沖 擊 性 強 ； 用 于 礦 井 下 ， 需 要防 靜 電 、 阻 燃 性 。n 以 PTFE為 例 ， 用 作 活 塞 環(huán) 、 軸 承 、 滑 塊 、 密 封 環(huán) 等 零 件 時 ， 需 要 有 低的 摩 擦 系 數(shù) 和 自 潤 滑 性 ； 用 作 絕 緣 材 料 時 ， 需 要 不 受 溫 度 、 濕 度 和 頻率 的 影 響 ， 電 絕 緣 性 優(yōu) 異 ； 用 作 防 腐 材 料 時 ， 需 優(yōu) 異 的 化 學 穩(wěn) 定 性 。 加 工 性 能n 配 方 設 計 時 需 考 慮 加 工 性 能 。n 如 ： 純 的 PVC無 法 塑 化 加 工 ，

6、 必 須 加 入 增 塑 劑 、 穩(wěn) 定 劑 等助 劑 。 加 入 增 塑 劑 ， 可 以 削 弱 分 子 間 的 作 用 力 ， 增 加 分 子間 的 移 動 性 ， 從 而 降 低 玻 璃 化 轉(zhuǎn) 變 溫 度 使 熔 融 加 工 溫 度 降低 ， 低 于 PVC 的 分 解 溫 度 。 加 入 熱 穩(wěn) 定 劑 ， 可 以 抑 制PVC 脫 HCl 反 應 ， 提 高 PVC 熱 分 解 溫 度 ， 使 之 高 于 PVC 的 熔 融 加 工 溫 度 。 又 如 PVC 薄 膜 的 制 造 中 ， 吹 塑 法 常 選用 內(nèi) 潤 滑 劑 ， 壓 延 法 則 選 用 外 潤 滑 劑 。 環(huán) 保

7、要 求n 一 般 塑 料 制 品 著 重 評 價 其 使 用 壽 命 。 實 際 上 應 從 原 材 料 的 生 產(chǎn) 、 加 工 、物 質(zhì) 流 通 、 使 用 乃 至 廢 棄 整 個 過 程 來 全 面 考 慮 。 延 長 制 品 使 用 壽 命 對節(jié) 省 資 源 和 節(jié) 約 能 源 有 利 ， 對 廢 棄 物 的 再 利 用 和 原 材 料 的 安 全 性 也 需重 視 。成 本 問 題 n 要 充 分 了 解 原 材 料 的 性 能 價 格 比 以 及 相 互 間 的 作 用 與 禁 忌 事 項 ， 運用 先 進 的 科 學 實 驗 方 法 選 擇 最 佳 的 性 價 比 。 當 可 以

8、替 代 使 用 時 ， 盡量 使 用 來 源 廣 、 采 購 方 便 、 成 本 低 的 助 劑 。 降 低 生 產(chǎn) 成 本 要 考 慮 包括 原 材 料 成 本 和 加 工 成 本 在 內(nèi) 的 總 成 本 。n 例 如 ， 添 加 能 改 善 加 工 性 能 的 助 劑 雖 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 總 成 本 。 配 方 設 計 要 點n 配 方 設 計 的 關 鍵 為 選 材 、 搭 配 、 用 量 、 混 合 四大 要 素 ， 表 面 看 起 來 很 簡 單 ， 但 其 實 包 含 了 許多 內(nèi) 在

9、 聯(lián) 系 ， 要 想 設 計 出 一 個 高 性 能 、 易 加 工 、低 價 格 的 配 方 也 并 非 易 事 ， 需 要 考 慮 的 因 素 很多 。 樹 脂 的 選 擇n 品 種 的 選 擇 : 樹 脂 要 選 擇 與 改 性 目 標 性 能 最 接 近 的 品 種 ， 以 節(jié) 省 加 入 助劑 的 使 用 量 。 如 耐 磨 改 性 ， 樹 脂 要 首 先 考 慮 選 擇 三 大 耐 磨 樹 脂 ： 即 聚 酰胺 (PA)、 聚 甲 醛 (POM)、 超 高 相 對 分 子 質(zhì) 量 聚 乙 烯(UHWPE)； 透 明 改 性 ， 樹 脂 要 首 先 考 慮 選 擇 三 大 透 明 樹

10、 脂 ： 聚 苯 乙 烯(PS)、 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 (PMMA)及 聚 碳 酸 酯 (PC)。 n 耐 熱 改 性 ， 首 先 考 慮 選 擇 聚 苯 硫 醚 、 聚 酰 亞 胺 、 聚 苯 并 咪唑 和 聚 芳 砜 ；n 耐 低 溫 改 性 ， 首 先 考 慮 選 擇 低 分 子 量 聚 乙 烯 、 聚 碳 酸 酯 和熱 塑 性 彈 性 體 類 （ 聚 酯 類 熱 塑 性 彈 性 體 、 聚 烯 類 熱 塑 性 彈性 體 、 聚 氨 酯 類 彈 性 體 ） ；n 隔 熱 改 性 ， 首 先 考 慮 選 擇 聚 氨 酯 硬 質(zhì) 泡 沫 塑 料 、 酚 醛 、 脲醛 泡 沫 塑

11、料 和 聚 苯 乙 烯 泡 沫 塑 料 。 n 一 般 要 求 樹 脂 成 本 低 、 性 能 高 ， 同 時 還 要 考 慮 外 觀 美 及 耐久 性 ， 所 以 很 難 選 擇 一 種 能 滿 足 所 有 性 能 要 求 的 合 適 樹 脂 。n 例 如 ， 用 注 射 成 型 方 法 生 產(chǎn) 透 明 容 器 時 ， 在 一 般 情 況 下 可選 擇 聚 苯 乙 烯 或 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 兩 種 樹 脂 ， 但 如 果 要 求廉 價 為 首 要 條 件 ， 則 選 用 聚 苯 乙 烯 ； 反 之 ， 如 果 強 調(diào) 耐 候性 能 好 時 ， 就 要 選 用 聚 甲 基 丙 烯

12、 酸 甲 酯 ； 如 果 還 要 再 加 上耐 沖 擊 性 能 好 ， 則 就 要 排 除 上 述 兩 種 樹 脂 而 選 擇 聚 碳 酸 酯 ，當 然 成 本 要 提 高 。 n 在 選 擇 時 還 應 考 慮 以 下 內(nèi) 容 ： 所 選 擇 的 樹 脂 能 否 承 受 住 使 用 環(huán) 境 中 最 高 和 最 低 的 溫 度 ，在 這 個 溫 度 范 圍 內(nèi) 樹 脂 是 否 變 形 、 發(fā) 生 龜 裂 、 耐 沖 擊 性 能如 何 等 。 若 不 符 合 要 求 ， 就 要 改 變 現(xiàn) 有 的 樹 脂 品 種 ， 另 選新 的 品 種 ， 或 進 行 改 性 處 理 。n 另 外 ， 選 擇

13、 的 樹 脂 還 需 要 考 慮 在 使 用 環(huán) 境 中 的 其 他 影 響 因素 。 如 在 要 求 制 品 尺 寸 穩(wěn) 定 性 能 好 時 ， 還 要 考 慮 到 樹 脂 的熱 膨 脹 系 數(shù) 、 成 型 初 期 及 成 型 后 期 的 收 縮 率 變 化 、 吸 濕 性等 因 素 。 n 一 般 情 況 下 ， 不 可 能 滿 足 所 有 的 條 件 ， 但 應 盡 可 能 的 滿足 主 要 條 件 。 只 要 滿 足 主 要 條 件 就 可 以 了 。n 關 于 質(zhì) 量 標 準 的 掌 握 ， 一 般 按 下 述 條 件 而 定 。（ 1） 能 否 承 受 使 用 環(huán) 境 溫 度 的

14、變 化 、 陽 光 的 影 響 及 使 用 時負 荷 的 變 化 ；（ 2） 制 品 是 否 合 乎 衛(wèi) 生 標 準 及 安 全 性 ；（ 3） 彎 曲 強 度 、 拉 伸 強 度 、 沖 擊 強 度 、 電 絕 緣 性 、 阻 燃 性 、耐 水 性 、 耐 油 性 能 、 電 學 性 能 是 否 符 合 產(chǎn) 品 標 準 ；（ 4） 尺 寸 穩(wěn) 定 性 、 光 學 性 能 、 抗 毒 抗 濕 抗 菌 性 能 如 何 ；（ 5） 外 觀 上 及 經(jīng) 濟 成 本 、 特 殊 要 求 是 否 能 達 到 要 求 。 流 動 性 的 選 擇n 不 同 品 種 的 樹 脂 具 有 不 同 的 流 動 性

15、 ， 按 此 將 塑 料 分 成 高 流動 性 、 中 等 流 動 性 和 低 流 動 性 三 類 ， 具 體 如 下 ： 高 流 動 性 ： 聚 苯 乙 烯 (PS)， 高 抗 沖 聚 苯 乙 (HIPS)， ABS，聚 乙 烯 (PE)、 聚 丙 烯 (PP)、 聚 酰 胺 PA等 。 中 等 流 動 性 ： 聚 碳 酸 酯 (PC)、 改 性 聚 苯 醚 (mPPO)、 聚 苯硫 醚 (PPS)等 。 低 流 動 性 ： 聚 四 氟 乙 烯 (PTFE)、 超 高 相 對 分 子 質(zhì) 量 聚 乙 烯 (UHMWPE)、 聚 苯 醚 (PPO)等 。 n 流 動 性 的 選 擇 配 方 中

16、 各 種 塑 化 材 料 的 粘 度 要 接 近 ， 以 保 證 加 工 流 動 性 。 對 于 粘 度 相 差懸 殊 的 材 料 ， 要 加 過 渡 料 ， 以 減 小 粘 度 梯 度 。 如 阻 燃 配 方 中 用 PA66增韌 時 ， 常 加 入 PA6作 為 過 渡 料 ， 阻 燃 配 方 中 用 PA6增 韌 時 ， 常 加 入HDPE作 為 過 渡 料 。n 同 一 品 種 樹 脂 也 具 有 不 同 的 流 動 性 。 主 要 原 因 為 相 對 分 子 質(zhì) 量 及 其分 布 的 不 同 ， 所 以 同 一 種 樹 脂 有 許 多 不 同 的 牌 號 。 由 于 不 同 加 工

17、方法 要 求 的 樹 脂 流 動 性 不 同 所 以 樹 脂 又 分 為 注 塑 級 、 擠 出 級 、 吹 塑級 、 壓 延 級 等 牌 號 ， 具 體 如 下 表 所 示 ： 助 劑 的 選 擇n 按 改 性 目 標 選 助 劑 ： 按 要 改 性 目 標 選 擇 合 適 的 助 劑 ， 加 入 助 劑 應 能 充 分 發(fā) 揮其 功 效 ， 并 達 到 要 求 的 指 標 。 指 標 一 般 為 產(chǎn) 品 的 國 家 標準 、 國 際 標 準 ， 或 客 戶 提 出 的 專 項 指 標 。 以 下 是 為 了 使塑 料 具 有 某 種 特 殊 性 能 需 要 加 入 的 助 劑 。 助 劑

18、選 擇 的 參 考 意 見 為 ：n 增 韌 添 加 彈 性 體 、 熱 塑 性 彈 性 體 和 剛 性 增 韌 材 料 ；n 增 強 添 加 玻 璃 纖 維 、 碳 纖 維 、 晶 須 和 有 機 纖 維 ；n 阻 燃 添 加 溴 類 (普 通 溴 系 和 環(huán) 保 溴 系 )、 磷 類 、 氮 類 、 氮 /磷 復 合 類 膨 脹 型 阻 燃 劑 、 三 氧 化 二 銻 、 水 合 金 屬 氧 化 物 等各 類 阻 燃 劑 ；n 抗 靜 電 添 加 各 類 抗 靜 電 劑 ； n 導 電 添 加 碳 類 (炭 黑 、 石 墨 、 碳 纖 維 、 碳 納 米 管 )、 金 屬纖 維 和 粉 ，

19、 金 屬 氧 化 物 n 磁 性 添 加 鐵 氧 體 磁 粉 ， 稀 土 磁 粉 包 括 釤 鈷 類 (SmCo5 或Sm2Co17)、 釹 (nv)鐵 硼 類 (NdFeB)、 釤 (shan)鐵 氮 類 (SmFeN)，鋁 鎳 鈷 類 磁 粉 三 大 類 ；n 導 熱 添 加 金 屬 纖 維 和 粉 末 ， 金 屬 氧 化 物 、 氮 化 物 和 碳 化物 ， 碳 類 材 料 如 炭 黑 、 碳 纖 維 、 石 墨 和 碳 納 米 管 ， 半 導 體材 料 如 硅 、 硼 ；n 耐 熱 添 加 玻 璃 纖 維 、 無 機 填 料 、 耐 熱 劑 如 取 代 馬 來 酰 亞胺 類 和 晶 型

20、 成 核 劑 ； n 透 明 添 加 成 核 劑 ， 對 PP而 言 ， 晶 型 成 核 劑 的 山 梨 醇 衍生 物 系 列 產(chǎn) 品 Millad 3988效 果 最 好 ；n 耐 磨 添 加 PTFE、 石 墨 、 二 硫 化 鉬 、 銅 粉 等 ；n 電 絕 緣 添 加 煅 燒 高 嶺 土 等 ；n 絕 熱 添 加 云 母 、 蒙 脫 土 、 石 英 等 。 n 助 劑 與 樹 脂 要 匹 配 助 劑 選 擇 時 ， 要 有 針 對 性 應 選 擇 對 樹 脂 改 性 效 果 好 的 品 種 。 (1)紅 磷 阻 燃 劑 適 用 于 PA、 聚 對 苯 二 甲 酸 丁 酯 (PBT)、

21、聚 對 苯 二甲 酸 乙 酯 (PET)。 (2)氮 系 阻 燃 劑 適 用 于 含 氧 類 工 程 塑 料 ， 如 PA、 PBT、 PET等 。 (3)玻 璃 纖 維 對 結(jié) 晶 型 塑 料 的 耐 熱 改 性 效 果 好 ， 對 非 結(jié) 晶 型 塑 料效 果 差 。 (4)炭 黑 在 結(jié) 晶 型 樹 脂 中 效 果 好 。 助 劑 的 形 態(tài)n 助 劑 的 形 狀 纖 維 狀 填 料 的 增 強 效 果 好 。 纖 維 的 形 狀 可 用 長 徑 比 (L/D)表示 ， L/D越 大 、 增 強 效 果 越 好 。 樹 脂 在 熔 融 狀 態(tài) 時 比 在 粉 末狀 態(tài) 時 有 利 于 保

22、 持 長 徑 比 。 減 小 斷 纖 幾 率 。 這 就 是 為 什 么不 從 進 料 口 而 從 中 部 加 料 口 加 入 玻 璃 纖 維 的 原 因 。n 球 型 填 料 的 增 韌 效 果 好 、 并 可 增 加 制 品 的 光 亮 度 。 硫 酸鋇 為 典 型 的 球 型 填 料 ， 因 此 高 光 澤 PP的 填 充 選 用 硫 酸 鋇 ，硫 酸 鋇 也 可 以 小 幅 度 提 高 制 品 的 剛 性 及 韌 性 。 助 劑 的 粒 度n 粒 狀 助 劑 粒 度 的 表 示 方 法 粒 狀 助 劑 的 粒 度 可 用 目 數(shù) 或 平 均 粒 徑 表 示 ， 通 常 用 的 目數(shù) 與

23、 平 均 粒 徑 的 關 系 見 下 表 。注 ： 目 數(shù) 有 多 種 表 示 方 法 本 表 中 的 目 數(shù) 為 每 平 方 英 寸 篩 網(wǎng) 上 的 篩 孔 數(shù) 目 n 填 料 粒 度 對 填 充 塑 料 的 力 學 性 能 的 影 響 粒 度 尺 寸 越 小 ， 對 填 充 材 料 的 拉 伸 強 度 和 沖 擊 強 度 提 高 越 大 。在 用 20 (質(zhì) 量 分 數(shù) )硅 灰 石 填 充 PA6時 ， 粒 度 對 填 充 PA6的力 學 性 能 的 影 響 見 下 表 ： n 粒 度 對 無 機 阻 燃 劑 阻 燃 性 能 的 影 響 無 機 阻 燃 劑 的 粒 度 越 小 ， 阻 燃

24、 效 果 越 好 。 例 如 水 合 金 屬 氧化 物 和 三 氧 化 二 銻 的 粒 度 越 小 ， 達 到 同 等 阻 燃 效 果 的 用量 就 越 少 。 在 LDPE中 加 入 80份 不 同 粒 度 的 氫 氧 化 鋁 的 阻燃 效 果 見 下 表 在 ABS中 加 入 4%粒 度 為 45m 的 三 氧 化 二 銻 與 加 入1%粒 度 為 0.03m 的 三 氧 化 二 銻 阻 燃 效 果 相 同 。 n 粒 度 尺 寸 對 著 色 劑 著 色 力 的 影 響 著 色 劑 的 粒 度 越 小 ， 著 色 力 越 高 、 遮 蓋 力 越 強 、 色 澤 越 均 勻 。 但著 色 劑

25、 的 粒 度 不 是 越 小 越 好 ， 存 在 一 個 上 限 值 ， 而 且 對 不 同 性 能的 上 限 值 不 同 。 對 著 色 力 而 言 ， 偶 氮 類 著 色 劑 的 上 限 粒 度 為0.1m， 酞 菁 類 著 色 劑 的 上 限 粒 度 尺 寸 為 0.05m。 對 遮 蓋 力 而言 ， 著 色 劑 的 上 限 粒 度 尺 寸 為 0.05m左 右 。n 粒 度 尺 寸 對 導 電 助 劑 導 電 性 能 的 影 響 以 炭 黑 為 例 ， 其 粒 度 越 小 ， 越 易 形 成 網(wǎng) 狀 導 電 通 路 ， 達 到 同樣 的 導 電 效 果 時 加 入 炭 黑 的 量 越

26、低 。 但 同 著 色 劑 一 樣 ， 粒 度大 小 也 有 一 個 上 限 值 ， 粒 度 太 小 ， 導 電 助 劑 易 于 團 聚 而 難 于分 散 ， 效 果 反 而 不 好 。 助 劑 的 表 面 處 理n 與 樹 脂 良 好 的 相 容 性 是 發(fā) 揮 助 劑 功 效 的 關 鍵 。 因 此 ， 必 須設 法 提 高 或 改 善 其 與 樹 脂 的 相 容 性 如 采 用 表 面 活 性 劑 、偶 聯(lián) 劑 或 相 容 劑 對 其 進 行 表 面 活 化 處 理 。n 所 有 無 機 類 添 加 劑 經(jīng) 過 表 面 處 理 ， 效 果 大 都 提 高 。 尤 其 以粉 末 填 料 最

27、 為 明 顯 ， 其 他 還 有 玻 璃 纖 維 、 無 機 阻 燃 劑 等 。 n 表 面 處 理 以 偶 聯(lián) 劑 和 相 容 劑 為 主 ， 偶 聯(lián) 劑 有 硅 烷 類 、 鈦 酸酯 類 和 鋁 酸 酯 類 ， 常 用 相 容 劑 有 所 用 樹 脂 的 馬 來 酸 酐 接 枝聚 合 物 。 助 劑 的 加 入 量n 從 改 性 效 果 看 ， 有 的 助 劑 加 入 量 越 多 越 好 ， 如 阻 燃 劑 、增 韌 劑 、 磁 粉 、 阻 隔 材 料 等 ， 有 的 助 劑 加 入 量 有 最 佳 值 ，如 導 電 助 劑 形 成 到 電 通 路 后 即 可 ， 再 增 加 無 效 果

28、； 偶 聯(lián)劑 ， 表 面 包 覆 即 可 ； 抗 靜 電 劑 ， 在 制 品 表 面 形 成 泄 電 荷層 即 可 。 在 設 計 配 方 時 ， 應 該 在 能 滿 足 改 性 效 果 的 前 提下 ， 添 加 量 最 小 ， 以 降 低 成 本 。 保 證 配 方 中 各 組 分 混 合 均 勻n 配 方 中 各 組 分 的 均 分 布 是 使 配 方 能 達 到 改 性 要 求 的 保 證 ，可 采 取 下 面 的 方 法 保 證 各 組 分 的 均 勻 分 布 ： (1)分 次 加 入 對 于 填 料 加 入 量 過 大 的 配 方 ， 填 料 最 好 分 兩 次 加 入 ： 第 一次

29、 在 加 料 斗 。 第 二 次 在 中 間 側(cè) 加 料 口 。 如 加 150份 氫 氧 化鋁 的 無 鹵 阻 燃 PE配 方 ， 就 要 分 兩 次 加 入 。 否 則 不 能 造 粒 。填 料 的 偶 聯(lián) 劑 處 理 ， 一 般 以 分 三 次 噴 入 為 佳 。 這 樣 能 達 到分 散 均 勻 ， 偶 聯(lián) 效 果 好 。 n 合 理 的 加 料 順 序 在 PVC或 填 充 母 料 的 配 方 中 ， 各 種 料 的 加 料 順 序 很重 要 。 如 填 充 母 料 要 先 加 填 料 。 這 樣 有 利 于 在 混 合后 的 升 溫 過 程 中 除 去 其 中 的 水 份 和 后

30、續(xù) 的 偶 聯(lián) 處 理 。外 潤 滑 劑 要 后 加 ， 以 免 影 響 其 他 物 料 的 均 勻 混 合 。 配 方 中 一 些 組 分 的 負 面 影 響n 設 計 配 方 時 要 全 面 考 慮 ， 加 入 的 助 劑 在 滿 足 塑 料 的 某 種 性能 同 時 。 應 盡 可 能 不 影 響 其 他 性 能 。n 如 高 填 充 配 方 對 復 合 材 料 的 力 學 性 能 和 加 工 性 能 影 響 很 大 ，使 其 沖 擊 強 度 和 拉 伸 強 度 大 幅 度 下 降 ， 加 工 流 動 性 變 差 。n 如 果 制 品 對 復 合 材 料 的 某 項 性 能 有 影 響

31、， 在 配 方 設 計 中 要考 慮 補 償 措 施 ， 如 加 入 彈 性 體 以 減 少 對 沖 擊 性 能 的 影 響 ，加 入 潤 滑 劑 以 改 善 加 工 性 能 。 n 抗 沖 擊 性 大 部 分 無 機 材 料 和 部 分 有 機 材 料 都 降 低 材 料 的 抗 沖 擊 性 。為 了 降 低 對 沖 擊 強 度 的 影 響 ， 設 計 配 方 時 可 以 考 慮 加 入 彈性 體 或 增 韌 劑 。n 透 明 性 大 多 數(shù) 無 機 材 料 對 透 明 性 都 有 影 響 ， 折 光 指 數(shù) 與 樹 脂 相近 的 無 機 材 料 對 透 明 性 的 影 響 較 小 。 對

32、主 要 用 于 HDPE塑 料 袋 的 透 明 填 充 母 料 ， 可 選 擇 對 透 明 性 影 響 較 小 的 特殊 品 種 的 滑 石 粉 。 有 些 有 機 化 合 物 也 影 響 塑 料 的 透 明 性 ，如 在 PVC的 增 韌 劑 中 ， 除 MBS外 ， CPE、 EVA、 ACR都影 響 制 品 的 透 明 性 。 在 無 機 阻 燃 材 料 中 ， 只 有 膠 體 五 氧化 二 銻 不 影 響 制 品 的 透 明 性 。 n 顏 色 配 方 設 計 ， 一 定 要 注 意 助 劑 本 身 的 顏 色 及 其 變 色 性 。 有 些 助 劑本 身 顏 色 很 深 ， 這 會

33、影 響 制 品 的 顏 色 ， 難 以 制 備 淺 色 制 品 。 如炭 黑 為 黑 色 ， 只 能 制 備 深 色 制 品 ； 其 他 如 石 墨 、 紅 磷 、 二 硫 化鉬 、 金 屬 粉 末 及 工 業(yè) 礦 渣 等 本 身 都 有 顏 色 ， 選 用 時 要 注 意 。 還有 些 助 劑 本 身 為 白 色 ， 但 在 加 工 中 因 高 溫 會 變 色 ， 如 硅 灰 石 本身 為 白 色 ， 但 填 充 到 樹 脂 中 加 工 后 就 成 淺 灰 色 。n 其 他 性 能 塑 料 的 導 熱 改 性 一 般 為 加 入 金 屬 類 和 碳 類 導 熱 劑 ， 但 此 類 導 熱 劑

34、又 是 導 電 劑 ， 在 提 高 導 熱 性 同 時 會 提 高 導 電 性 ， 從 而 影 響 絕 緣 性 。對 于 同 時 要 求 絕 緣 和 導 熱 的 塑 料 ， 不 能 加 入 具 有 導 電 性 的 導 熱 劑 ，只 能 加 入 絕 緣 類 導 熱 劑 ， 如 陶 瓷 類 金 屬 氧 化 物 。 配 方 應 考 慮 加 工 性n 配 方 要 保 證 材 料 適 當 的 加 工 性 ， 并 對 加 工 設 備 和 使 用 環(huán) 境 無 不 良 影 響 。助 劑 必 須 具 有 良 好 的 流 動 性 及 耐 熱 性 。 此 外 ， 助 劑 對 樹 脂 的 加 工 性 影響 要 小 ；

35、 對 設 備 的 磨 損 和 腐 蝕 應 盡 可 能 小 ， 加 工 時 不 放 出 有 毒 氣 體 ，損 害 加 工 人 員 的 健 康 。n 流 動 性n 大 部 分 無 機 填 料 都 影 響 加 工 性 ， 在 加 入 量 大 時 ， 需 要 相 應 加 入 加 工 助劑 以 補 償 損 失 的 流 動 性 ， 如 加 入 潤 滑 劑 等 。 n 有 機 助 劑 一 般 都 能 改 善 塑 料 的 加 工 性 ， 如 十 溴 二 苯 醚 、 四 溴 雙 酚 A阻燃 劑 都 可 改 善 塑 料 的 加 工 流 動 性 ， 尤 其 四 溴 雙 酚 A的 效 果 更 明 顯 。n 一 般 的

36、 PVC改 性 配 方 都 需 加 入 適 量 的 潤 滑 劑 。 n 耐 熱 性 除 發(fā) 泡 劑 、 引 發(fā) 劑 、 交 聯(lián) 劑 因 功 能 要 求 必 須 分 解 外 ， 應 保 證助 劑 在 加 工 溫 度 不 分 解 。 (1)氫 氧 化 鋁 因 分 解 溫 度 低 ， 不 適 合 用 于 PP， 只 能 用 于 PE中 。 (2)四 溴 雙 酚 A因 分 解 溫 度 低 ， 不 適 合 于 ABS的 阻 燃 改 性 。 (3)大 部 分 有 機 染 料 分 解 溫 度 低 ， 不 適 合 高 溫 加 工 的 工 程 塑 料 。 (4)改 性 塑 料 配 方 在 加 工 過 程 中 ，

37、 都 需 要 加 入 抗 氧 劑 ， 以 防 止因 螺 桿 的 強 烈 剪 切 作 用 使 其 熱 分 解 而 導 致 材 料 變 黃 。 n 衛(wèi) 生 及 環(huán) 保 要 求 配 方 中 的 各 類 助 劑 應 對 操 作 者 無 害 、 對 設 備 無 害 、 對 使 用者 無 害 、 對 環(huán) 境 無 害 。 衛(wèi) 生 性 ： 樹 脂 和 所 選 助 劑 應 該 無 毒 ， 或 有 害 物 含 量 在 控 制 規(guī) 定 的 范圍 內(nèi) 。 塑 料 配 方 設 計 中 各 組 分 的 相 容 性n 對 于 一 個 好 的 配 方 ， 除 了 配 方 組 分 選 擇 合 理 、 用 量 搭 配 得當 外

38、， 配 方 中 各 組 分 之 間 還 要 具 有 良 好 的 相 容 性 ， 這 樣 ，才 能 充 分 發(fā) 揮 不 同 組 分 的 應 盡 作 用 。n 判 斷 不 同 組 分 的 相 容 性 如 何 ， 一 條 根 本 的 原 則 ， 即 相 似相 容 ， 可 分 為 以 下 幾 個 方 面 ： 溶 度 參 數(shù) 相 近 原 則 、 極 性 相 近 原 則 、 結(jié) 構(gòu) 相 近 原 則 、 結(jié)晶 能 力 相 近 原 則 、 表 面 張 力 相 近 原 則 、 粘 度 相 近 原 則 。 n 提 高 相 容 性 的 方 法 有 ： 添 加 偶 聯(lián) 劑 、 添 加 相 容劑 、 交 聯(lián) 技 術 和

39、 IPN技 術 。 塑 料 配 方 中 各 組 分 的 關 系n 大 多 數(shù) 塑 料 配 方 中 都 不 只 含 有 一 種 添 加 劑 ， 而 是 含 有 兩種 或 兩 種 以 上 添 加 劑 。 這 些 不 同 的 添 加 劑 之 間 往 往 會 產(chǎn)生 一 定 的 相 互 作 用 ， 從 而 影 響 整 個 配 方 的 性 能 發(fā) 揮 。 配方 中 各 組 分 的 相 互 關 系 有 如 下 三 類 ， 即 協(xié) 同 作 用 、 對 抗作 用 和 加 和 作 用 。 17.2 塑 料 配 方 設 計 方 法一 、 塑 料 配 方 的 表 示 方 法n 以 樹 脂 基 體 為 100份 的 配

40、 方 表 示 方 法 。 這 種 表 示 方 法 是 以樹 脂 基 體 100份 為 基 準 配 方 中 其 他 組 分 以 相 對 樹 脂 基 體 的用 量 份 數(shù) 來 表 示 。 由 于 計 量 容 易 ， 廣 泛 用 于 工 業(yè) 生 產(chǎn) 和 科學 研 究 中 。n 以 混 合 料 總 量 為 100份 的 配 方 表 示 方 法 。 即 以 配 方 中 組 分總 用 量 為 100份 ， 配 方 中 各 組 分 以 其 所 占 的 分 數(shù) 來 表 示 。這 種 表 示 方 法 利 于 進 行 原 料 消 耗 量 和 生 產(chǎn) 成 本 的 核 算 。 n 在 對 配 方 中 各 組 分 用

41、量 進 行 計 量 時 ， 一 般 多 用 質(zhì) 量 來表 示 。 當 配 方 中 含 有 少 量 液 體 時 ， 配 方 中 含 量 大 的 固體 組 分 用 質(zhì) 量 來 表 示 ， 而 為 了 配 料 方 便 ， 液 體 組 分可 用 體 積 來 表 示 。 如 在 塑 料 著 色 配 方 中 ， 會 用 到 少 量的 白 油 等 液 體 分 散 劑 ， 一 般 即 用 體 積 來 表 示 。 配 方 設 計 方 法一 、 單 因 素 變 量 配 方 設 計 方 法n 這 種 方 法 要 找 出 問 題 的 關 鍵 ， 抓 住 主 要 矛 盾 ， 在 試 驗 中 只考 慮 一 個 因 素 ，

42、 而 將 其 他 因 素 作 為 不 變 量 ， 以 期 得 這 一 變量 的 最 佳 值 。 然 后 以 此 最 佳 值 為 該 變 量 的 固 定 值 ， 再 考 察其 他 變 量 ， 依 此 類 推 ， 直 至 找 到 理 想 的 配 方 。 在 用 此 種 方法 確 定 配 方 時 ， 必 須 保 證 生 產(chǎn) 工 藝 條 件 和 測 試 條 件 的 一 致 ，否 則 無 法 取 舍 。 n 用 單 因 素 法 來 安 排 試 驗 ， 常 用 的 方 法 有 以 下 幾 種 ：n 逐 步 提 高 法 、 黃 金 分 割 法 、 平 分 法 、 分 批 試 驗 法 。 1. 逐 步 提 高

43、 法n 此 法 俗 稱 爬 山 法 ， 其 關 鍵 是 首 先 要 確 定 起 點 位 置 和 試 驗 范圍 ， 起 點 位 置 和 試 驗 范 圍 選 得 好 ， 試 驗 的 次 數(shù) 就 會 少 一 些 。起 點 位 置 確 定 后 ， 在 試 驗 范 圍 內(nèi) ， 向 原 料 增 加 和 減 少 方 向各 選 一 點 ， 這 點 距 起 點 的 距 離 稱 為 步 長 ， 步 長 的 選 擇 一 般先 大 后 小 。 試 驗 過 程 中 需 經(jīng) 反 復 試 驗 和 取 舍 來 確 定 原 料 用量 的 增 減 和 步 長 的 大 小 ， 直 至 達 到 變 量 的 最 佳 值 。n 這 種

44、方 法 適 合 于 對 配 方 進 行 微 調(diào) ， 優(yōu) 點 是 比 較 穩(wěn) 妥 ， 缺 點是 對 經(jīng) 驗 依 賴 性 大 ， 試 驗 次 數(shù) 較 多 。 2、 黃 金 分 割 法 此 法 又 稱 0.618法 ， 只 需 確 定 試 驗 范 圍 ， 而 無 須 確 定 起 點 位 置 和步 長 。 在 試 驗 過 程 中 先 在 試 驗 范 圍 內(nèi) 的 0.618處 及 0.382處 分 別 做一 次 試 驗 ， 而 后 比 較 試 驗 結(jié) 果 ， 進 行 取 舍 ， 縮 小 試 驗 范 圍 。 在 新確 定 的 試 驗 范 圍 內(nèi) 重 復 上 述 過 程 ， 直 至 達 到 目 標 點 。

45、這 種 方 法 的優(yōu) 點 是 試 驗 量 相 對 較 少 ， 但 欠 穩(wěn) 妥 。3. 平 分 法 n 此 法 又 稱 對 分 法 ， 與 黃 金 分 割 法 有 些 類 似 ， 不 同 在 于 步 長 的選 擇 固 定 為 0.5， 但 此 法 應 用 較 少 一 般 要 在 已 知 制 品 所 需 性 能指 標 和 所 考 察 的 變 量 對 相 關 性 能 指 標 影 響 規(guī) 律 的 情 況 下 ， 才能 使 用 。 4、 分 批 試 驗 法n 可 分 為 均 分 分 批 試 驗 法 和 比 例 分 批 試 驗 法 兩 種 ，兩 者 的 區(qū) 別 在 于 前 者 先 在 試 驗 范 圍 內(nèi)

46、均 勻 安 排 一批 試 驗 ， 根 據(jù) 試 驗 結(jié) 果 ， 確 定 新 的 試 驗 范 圍 ， 再重 復 上 述 過 程 ， 直 至 得 到 最 好 的 結(jié) 果 。 此 法 的 缺點 在 于 試 驗 次 數(shù) 較 多 。 而 后 者 是 按 一 定 比 例 一 次性 把 所 有 可 能 的 試 驗 都 安 排 下 去 ， 此 法 主 要 適 用于 原 料 少 量 變 化 就 能 引 起 較 大 的 性 能 指 標 變 化 的場 合 。 多 因 素 變 量 配 方 設 計 方 法n 當 配 方 設 計 中 同 時 存 在 兩 個 以 上 自 變 量 影 響 因 變 量 （ 制 品性 能 ） 時

47、， 就 需 采 用 多 因 素 試 驗 法 。 多 因 素 試 驗 方 法 很 多 ，其 中 以 正 交 試 驗 用 得 最 多 。正 交 設 計 法n 正 交 試 驗 法 是 在 優(yōu) 選 的 試 驗 范 圍 內(nèi) ， 首 先 確 定 試 驗 的 因 素數(shù) 和 水 平 數(shù) ， 而 后 一 次 性 布 置 一 批 試 驗 ， 再 用 直 觀 分 析 法和 方 差 分 析 法 對 試 驗 結(jié) 果 進 行 分 析 和 整 理 縮 小 優(yōu) 選 范 圍 ，分 析 出 各 因 素 對 指 標 影 響 的 主 次 ， 各 因 素 中 最 好 的 水 平 。此 法 只 需 做 少 量 試 驗 就 可 判 斷 出

48、 較 優(yōu) 的 配 方 。 正 交 設 計 法 正 交 表 的 組 成n 正 交 設 計 的 核 心 是 一 個 正 交 設 計 表 ， 簡 稱 正 交 表 。 一 個 典型 的 正 交 表 可 由 下 式 表 達 ： LM（ bK）n 式 中 L為 正 交 表 的 符 號 K為 實 驗 中 變 量 的 數(shù) 目 ， 習 慣 稱 其 為 因 素 或 因 子 b為 每 個 因 素 所 取 的 幾 個 實 驗 值 數(shù) 目 ， 稱 為 水 平 ， 水 平值 同 經(jīng) 驗 確 定 ， 要 求 各 水 平 值 之 間 要 有 合 理 的 差 距 M為 實 驗 次 數(shù) ， 一 般 由 經(jīng) 驗 確 定 ， 但 大

49、 致 規(guī) 律 如 下 ： 對 于 二 水 平 實 驗 M=K+1 對 于 三 水 平 實 驗 M=b（ K-1） 上 述 規(guī) 律 并 不 全 部 適 用 ， 也 有 例 外 ， 如 L27（ 313） 。n 指 標 ， 正 交 表 的 最 后 一 項 為 實 驗 目 的 ， 即 指 標 ， 它 為衡 量 實 驗 結(jié) 果 好 壞 的 參 數(shù) ， 如 產(chǎn) 品 合 格 率 、 硬 度 、 耐熱 溫 度 、 沖 擊 強 度 、 氧 指 數(shù) 及 體 積 電 阻 率 等 。 n 常 用 的 典 型 正 交 表 有 ：二 水 平 ： L4（ 23） 、 L8（ 27） 、 L12（ 211） 等三 水 平

50、： L6（ 33） 、 L9（ 34） 、 L18（ 37） 等四 水 平 ： L16（ 45） 等二 水 平 L4（ 23） 正 交 表 二 水 平 L8（ 27） 正 交 表 二 水 平 L12（ 211） 正 交 表 三 水 平 L9（ 34） 正 交 表 四 水 平 L16（ 45） 正 交 表 正 交 設 計 實 驗 結(jié) 果 分 析 法n 實 驗 分 析 可 以 解 決 如 下 三 個 方 面 的 問 題 ： 1. 對 指 標 的 影 響 ， 哪 個 因 素 主 要 ， 哪 個 因 素 次 要 ， 分 清 主次 關 系 ； 2. 各 個 因 素 以 哪 個 水 平 為 最 好 ； 3

51、. 各 個 因 素 用 什 么 樣 的 水 平 組 合 下 來 指 標 值 最 好 。 常 用 的 分 析 方 法 有 兩 種 ， 即 直 觀 分 析 法 和 方 差 分 析 法 。 直 觀 分 析 法n 計 算 每 個 水 平 幾 次 實 驗 取 得 指 標 的 平 均 值 ， 進 行 比 較 ， 找出 每 個 因 素 的 最 佳 水 平 ； 幾 個 因 素 的 最 佳 水 平 組 合 起 來 ，即 為 最 佳 配 方 或 工 藝 條 件 ； 另 外 ， 計 算 每 個 因 素 不 同 水 平所 取 得 不 同 指 標 值 差 ， 何 種 因 素 不 同 水 平 之 間 指 標 差 大 ，即

52、 為 對 指 標 最 有 影 響 的 因 素 。n 直 觀 分 析 法 直 觀 、 簡 便 ， 但 不 能 區(qū) 分 因 素 與 水 平 的 作 用 差異 。 方 差 分 析 法n 其 方 法 為 通 過 偏 差 的 平 方 和 及 自 由 度 等 一 系 列 計 算 ， 將 因素 和 水 平 的 變 化 引 起 實 驗 結(jié) 果 間 的 差 異 與 誤 差 的 波 動 區(qū) 分開 來 ， 這 樣 來 分 析 正 交 實 驗 的 結(jié) 果 ， 對 下 一 步 或 投 入 生 產(chǎn)的 可 靠 性 很 大 。 正 交 設 計 法 舉 例n 熱 固 性 塑 料 壓 制 成 型 配 方 及 工 藝 條 件 的

53、確 定 。1. 設 計 正 交 表 指 標 ： 硬 度 合 格 率 。 因 素 ： 模 板 溫 度 、 交 聯(lián) 時 間 及 交 聯(lián) 劑 用 量 三 因 素 K=3。 水 平 ： 每 個 因 素 取 二 水 平 b=2 n 實 驗 次 數(shù) ： M=K+1=3+1=4次n 正 交 表 選 L4（ 23） 2. 按 正 交 表 做 實 驗 ， 并 將 結(jié) 果 填 入 L4（ 23） 正 交 表 中 三 因 素 二 水 平 L4（ 23） 正 交 表 3. 試 驗 結(jié) 果 分 析 采 用 直 觀 分 析 法計 算 每 一 個 因 素 不 同 水 平 二 次 試 驗 的 平 均 值 ， 如 下 ： A1

54、=1/2（ 90+85） =87.5 A2=1/2（ 45+70） =57.5 B1=1/2（ 90+45） =67.5 B2=1/2（ 85+70） =77.5 C1=1/2（ 90+70） =80 C 2=1/2（ 85+45） =65 比 較 A1和 A2， B1和 A2， C1和 C2， 可 以 找 出 優(yōu) 化 條 件 為 A1、B2、 C1 n 還 有 一 個 比 較 三 個 因 素 哪 一 個 對 指 標 影 響 大 的 問 題 ， 可以 通 過 計 算 極 差 （ Rj） 找 出 ， 極 差 值 Rj=|A1-A2|=|87.5-57.5|=30， 將 計 算 結(jié) 果 列 于 表 中 ， 可 以 看 出 R1最 大 ， 說明 模 板 溫 度 對 硬 度 合 格 率 影 響 最 大 。n 最 終 所 設 計 的 配 方 正 確 與 否 ， 要 經(jīng) 過 實 驗 來 篩 選 。 一般 按 配 方 制 成 母 料 ， 檢 測 其 加 工 性 ， 然 后 制 成 試 樣 ，檢 測 其 使 用 性 能 。 需 要 重 復 試 驗 才 能 得 到 最 佳 的 實 用配 方 。