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改性塑料知多少?

2019-02-27 11:08:09 山东乐启智能科技有限公司 阅读

一、改性塑料的概念和发展
概念:塑料聚合物通过添加功能助剂、添加剂、填料等、或通过不同聚合物的共混,通过机械设备采用物理方法、化学方法或将不同的方法有机结合,制成符合一定要求的塑料聚合物。
改性技术:主要采用共混、填充、增韧、增强、相容、阻燃、合金化等技术,以提升树脂在阻燃性、耐老化、力学性能以及电、磁、光、热等方面的特性。
在通用塑料工程化、工程塑料高性能化基础上,改性塑料的生产过程也引入了纳米技术、凝聚态物理、节能环保等前沿科学,使得塑料制品的应用广度和深度进一步增加,成为节约石油资源、降低生产成本、增加经济效益的有利手段,其应用覆盖了办公设备、家用电器、电子电气等传统行业和轨道交通、精密仪器、航空航天、新能源等高新技术领域。
从传统行业和高新技术的需求对比来看,传统应用领域的需求更关注产品的成本和不同批次间的一致性,而高新技术领域则关注产品的性能是否满足设计需要。目前,我国从事改性塑料的企业有数百家,从业人员有数万人。汽车、家用电器、灯饰照明等市场的发展使得改性塑料消费量逐年增长,平均年增长率超过15%。
二、塑料改性的热点技术及其原理
尽管改性塑料可以通过多种方法进行实现,但如今采用最多的制作工艺仍是在塑料中填充或是复合压制合金材料。制作过程中主要涉及长玻纤维增强技术、共混与合金技术以及纳米技术等。
1、长玻纤维增强技术
长玻纤维增强技术即在塑料中融入玻璃纤维,从而获得较普通金属在强度、韧性、重量、价格等方面的优势。长玻纤维增强技术主要应用于汽车发展,所获得的高性能改性塑料能够替换汽车上的一些机械零部件,从而使汽车在满足一定强度、使用性条件下获得更轻的重量和性价比。
2、共混与合金技术
共混与合金技术是指将两种或两种以上的聚合物按照一定比例混合,然后通过化学、物理等方法混合金化。通过这种技术获得的改性塑料往往在加工性能、力学性能、耐热性、阻燃性等方面有很大提升,是塑料工业中最为活跃的品种之一,广泛用于精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域。
3、填充与纳米技术
纳米技术不仅能够帮助塑料制品拥有更强的韧性和力学性能,还能够赋予塑料新的性能,拓宽塑料的应用领域。比如各种纳米无机粉体材料改性塑料, 就有着出众的抗老化性。
4、可降解技术
塑料一直是环境治理中的难题。它在自然界中难以降解,因此长期存在于土壤中。如今,环保理念深入人心,淀粉塑料、可降解塑料等绿色环保型改性塑料产品成为新热点。
三、塑料改性再生技术的主要注意点
1、再生塑料的相容性
再生塑料常见的有:PVC、PE、PP、HIPS、ABS、、AS、PMMA、PET、PBT、PC、PA6、PA66、POM、PPS、高温尼龙、EVA、TPU、TPE等,其相容性是相似相容的原则。对于再生材料,关键要把握住哪些能适当混合,哪些混合不好。以下详细介绍不同类别的再生塑料改性需注意的重点:
PE、PP类
原则要分清HDPE(低压PE),LDPE(高压PE)、LLDPE(线性)。对于LDPE与LLDPE混合使用相对问题少,而两者与HDPE混合使用在生产中出现问题较多;
对于像HIPS、ABS、、AS、PMMA中不能含有PE料,而对于象尼龙类含有部分PE,反而有利于解决其吸水性、易钉钉子等性能;
对于PP,在回收再生改性中,可以适当含有部分LDPE与LLDPE。
PVC类
在其中混有部分ABS、EVA类的反而能提高其韧性,因此在生产PVC时,可以适当含有ABS、EVA等。原则上除做PVC/ABS合金,其它材料中不能含有PVC。
ABS类
对于HIPS与ABS,两者之间相容性没有问题,关键是两者混合韧性大幅下降,即使加增韧剂都比较难以提高其冲击性,除非是进行合金化即加入第三成分才能提高其韧性,所以两者一定要分清,不能混合在一起;
ABS与AS可以完全混合,关键是根据其韧性要求来调整其比例;
ABS、AS与PMMA混合在一起可以制作高光ABS,或者添加在亚克力板中使用。
PA类
PA6与PA66可以完全混合,用来改性成尼龙工程料;
对于高温尼龙类要避免混入在PA6或者PA66中,因高温尼龙熔点温度比较高,在PA6或PA66的加工温度中完全不能熔融。
POM类
POM原则上不能混在其它材料中,因其加工温度比较窄且易降解。对于POM再生水口,可以用TPU类增韧剂提高其韧性。
2、再生塑料的合金化
对于再生塑料,有部分是不能充分分开,而我们也可以利用再生塑料的性质,用这些再生料或不能分开的再生料制作塑料合金,生产出符合要求的改性料。所以要知道这些就要了解常生产的塑料合金及其常使用的相容剂。
3、再生塑料的增强
对于再生塑料的增强,常提到的多是玻纤增强,对于像碳纤及钢纤等再生塑料增强比较少见。对于玻璃纤维增强,主要要做好以下几点:
PE/PP合金
这两个材料本身有相容性,对于PE在刚性和耐热性不够的情况下,可以考虑适当加入部分PP(以试验为前提);
对于在PP改性中经常加入PE,主要是提高其增韧性,减少增韧剂POE的用量;
对于再生PE、PP考虑到成本,可以选择再生EVA、POE及聚烯烃弹性体增韧。
PA/PE合金
PA/PE合金,此类合金即可以减少尼龙的吸水性,也可以提高增强的尼龙的柔性。这类再生料市场最多的是此类复合膜,根据尼龙含量的不同再适用方向不同,对于尼龙含量低于30%的可以考虑在PE中消耗使用,对于尼龙含量超过30%的,原则上要使用在尼龙产品中比较理想。如尼龙含量在50%的再生复合膜料,在尼龙6增强30%玻纤中,添加不超20%的再生复合膜料,可以做到与新料尼龙6增强30%的物性。
ABS/PC合金
ABS/PC合金具有良好的机械强度、韧性和阻燃性,广泛用于建材、汽车和电子电器,这类是市场使用量大,再生数量比较多的种类。常用相容剂如ABS、AS、PS等接枝马来酸酐;丙烯酸酯共聚物等,对于其增韧剂主要是MBS类与丙烯酸酯共聚物等。
PC/PBT合金
PC/PBT合金具有高强度高韧性,广泛应用于汽车、电器、体育用品等部件。对于常用相容增韧剂可以参考PC和PBT使用的,如甲基丙烯酸甲酯接枝物、丙烯酸酯共聚物等。
ABS/PMMA合金
ABS与PMMA合金, ABS/PA合金是耐冲击、耐化学性、耐热性和流动性良好的材料,用于汽车内饰件仪表盘、电动工具、运动器具、割草机和吹雪机等工业部件。
对于常用相容增韧可以参考ABS和尼龙使用的,如ABS-g-MAH、POE-g-MAH等。
ABS /PBT合金
ABS/PBT合金有良好的耐热性、强度和流动性,适用于汽车内外饰件、摩托车外饰件、电器外观件等。对于常用相容增韧剂可以参考ABS和PBT使用的,如甲基丙烯酸甲酯接枝物等。
ABS/PCTA合金
ABS/PCTA(常称为低温PET)合金,其两者相容性好,可以根据ABS/PBT合金适当考虑增韧相容体系,很多此类合金在市场作为ABS出售。
ABS/PET合金
ABS/PET合金,此类合金关键是处理好PET的后结晶性,在考虑其相容增韧的同时,要考虑到其结晶性,如增韧相容体系可以考虑甲基丙烯酸甲酯接枝物、沙林树脂等,同时考虑到其加工性,要选择适当的成核剂及润滑剂。
HIPS/PPO合金
HIPS与PPO合金,此二者合金可以以任何比例混合,判断其PPO含量的方式可以通过测试分析,也可以通过简单的热变形温度适当判断,如30%HIPS其热变形温度大概在145度(纯的PPO大概在190度)。
要处理好玻纤与塑料的表面结合,一是添加偶联剂进行表面处理,如PP加玻纤可以添加偶联剂KH-550等;二是添加相容剂进行表面连接处理,如PP加玻纤可以添加PP-g-MAH(PP接枝马来酸酐)等。
根据强度要求,对于强度要求高的尽量玻纤细,如常见玻纤988A,如果不强调一般是给14μ ,而用10μ~12μ的强度就会高。不过也不是越细越好,同等条件小越细就会导致越难剪切与分散,特别是象黏度低的PP与PE更难剪切,有时会导致拉条困难。(内容参考《塑料改性技术方法与新配方新材料实用手册》王经武)
四、改性塑料目前的主要输出行业
1、环保客运主导车用改性塑料
在一辆汽车中,有多个部件需要使用改性塑料,比如保险杠、燃油箱、方向盘、内饰等。每辆汽车使用改性塑料的重量约占汽车自身重量的7%到10%,在40 千克至90千克之间。美国、德国、日本等发达国家的汽车改性塑料用量比例在10%到15%之间,有些甚至高达20%,如奥迪A2型汽车,塑料件总重量已达220千克,占自重的24.6%。
足以可见,改性塑料在汽车制造领域有着巨大的市场。
在轻量化技术中,以碳纤维为增强体,结合工程塑料耐腐蚀、低比重、抗冲击、易成型、可二次使用等优点制备的碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP),因其出色的性能已广泛应用于汽车领域,它可替代传统金属材料及玻璃纤维增强材料制备的零部件,如汽车前端模块、发动机周边、车身、座椅骨架、电池托架、动力电池包壳体等。如金旸新材料开发的碳纤维增强PA系列减重效果明显,可实现10%-20%的减重。
除了轻量化材料外,免喷涂、低气味等环保材料也开始普遍应用于汽车领域。涂料中含有大量的VOC(挥发性有机物),免喷涂材料作为可以替代传统涂装的环保材料,受政策、市场的利好,如今已是一款热门车用材料,可应用于汽车控制面板、格栅、挡泥板、保险杠、后视镜外壳等部件,还可呈现金属质感。
2、轨道交通对改性塑料的需求
我国轨道交通的发展就像中国高铁的速度一样飞速向前,高铁和动车的国产化率越来越高,以及乘坐舒适性的提升,无疑对国产材料提出了更高的性能要求。
在改性塑料领域,聚酰胺复合材料具有高弹性、自润滑性、耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性等特点,能满足轴承的性能要求,对铁路运输安全、高速、重载起到了关键作用。
国外如瑞典SKF公司在客车车辆轴承和机车牵引电机轴承上均采用25%的玻纤增强PA66复合材料制作轴承保持架。国内如金旸开发的PA6/PA66,具有高弹性、耐冲击、耐腐蚀、易加工、质轻等特点,可用于滚动轴承保持架、轨距挡板、轨距块、绝缘垫片、管套等零部件。
3、国产航空材料比例逐渐增加
我国航空领域曾受制于人,对进口材料比较依赖,长期以来国内材料供应商能够生产符合航空性能要求的材料少之又少。
不过,伴随着C919、运20、歼20等国产飞机研发技术的日趋成熟,国内同步展开了一系列新材料研发,越来越多的技术壁垒被打破,越来越多的国产高性能材料开始应用到航空领域。目前,我国自主研发的改性塑料具有耐高温变化、自润滑、抗震、耐化学和耐磨等特点,可用于机翼、支架、磨擦面、天线罩等多个零部件。此外,PEEK复合材料可减轻飞机重量,曾应用于空客飞机的客舱门,目前也有多家国内供应商具备此项技术。

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