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                  塑料技術

                  改性塑料
                    改性塑料  ,是指在通用塑料和工程塑料的基礎上,經過填充、共混、增強等方法加工改性 ,提高了阻燃性、強度、抗衝擊性、韌性等方面的性能的塑料製品。
                  簡要
                    通過改性的塑料部件不僅能夠達到一些鋼材的強度性能  ,還具有質輕、色彩豐富、易成型等一系列優點,因此“以塑代鋼”的趨勢在很多行業都顯現出來 ,而現階段要找出一種大規模替代塑料製品的材料幾乎是不可能的。
                  改性塑料產品主要種類有阻燃樹脂類、增強增韌樹脂類、塑料合金類、功能色母類等 。

                  細分類別

                  圖表 改性塑料的主要細分類別、消費羣體及市場應用情況
                  大類
                  細分
                  消費羣體
                  具體應用
                  阻燃樹脂類
                  阻燃高抗衝聚苯乙烯樹脂、阻燃聚丙烯樹脂、阻燃ABS樹脂等
                  電視機制造企業、電腦製造企業、辦公電器(打印機、複印機、傳真機等)企業、燈飾企業、電工企業、音響廠等
                  製造各種產品的外殼、內部零件、周邊器材(接插件、配電盤、插頭)等
                  增強增韌樹脂類
                  耐候增韌PP專用料
                  家電企業 ,汽車零部件企業等
                  生產家電及汽車產品內部零件
                  玻纖增強熱塑性塑料
                  電腦配件企業、機械零部件企業、電動工具企業、燈具企業等
                  製造電腦配件、機械零部件、電動工具及燈具零部件
                   
                  塑料合金類
                  PC合金產品
                  電工企業、計算機制造企業、辦公電器(打印機、複印機、傳真機等)企業、汽車配件廠等
                  生產汽車儀表面板、計算機和辦公室自動化設備、電動工具外殼、蜂窩電話等
                  PVC合金產品
                  家電廠商、電子電器廠商等
                  家電外殼、電器開關、電錶外殼、燈飾材料、通訊網絡、建材等
                   
                  聚酯合金產品等
                  汽車、家電、電動工具等企業
                  汽車零部件、家電零件、電動工具零件等
                   
                  功能色母類
                  高抗衝聚苯乙烯增韌阻燃色母料
                  電視機制造企業、音響廠等
                  製造電子、電器產品的外殼等
                  改進技術
                  一、增強技術
                  纖維增強是塑料改性的重要方法這一 ,鎂鹽晶須和玻璃纖維均能有效地提高聚丙烯的綜合性能。以玻璃纖維增強的聚丙烯具有較低的密度 ,低廉的價格以及可以循環使用等優點  ,正逐步取代工程塑料與金屬在汽車儀表板,汽車車身和底盤零件中的應用:與玻璃纖維相比 ,鎂鹽晶須的模塑製品具有更高的精度  ,尺寸穩定性和表面光潔度,適用於製備各種形狀複雜的部件 ,輕質高強度阻燃部件和電子電器部件  。作爲一種改性劑 ,鎂鹽晶須能大幅度提高聚丙烯的強度,剛度,抗衝擊和阻燃性能。因此,鎂鹽晶須和玻璃纖維在聚丙烯改性中的應用越來越受到重視。 [1] 
                  二、增韌技術
                  礦物質增強增韌是最爲普遍的改性途徑之一。向聚丙烯原料中添加的礦物質通常是碳酸鈣 ,滑石粉,硅灰石,玻璃微珠 ,雲母粉等 。這些礦物質不僅可以在一定程度上改善聚丙烯材料的機械性能和衝擊韌性,降低聚丙烯材料的成型收縮率以加強其尺寸穩定性 ,並且由於礦物質與聚丙烯基體在成本上的巨大差別,可以大幅度降低聚丙烯材料的成本 。
                  礦物質增強增韌聚丙烯是所有改性聚丙烯材料在家用電器中應用最廣泛的一種。波輪洗衣機和滾筒洗衣機的內筒一般使用的都是礦物質增強增韌聚丙烯材料,以代替早期的不鏽鋼內筒。聚丙烯材料經礦物質增強增韌後 ,可克服其原有的強度不足 ,光澤度不好 ,收縮太大等問題 。這種改性聚丙烯除了用於製作洗衣機的內筒以外,還被用於製作波輪和取衣口等部件 ,僅海爾集團對其每年的用量就在1700噸左右(每個洗衣機內筒約重2kg)。這種材料的礦物質添加量高達40% ,其拉伸強度達33Mpa  ,斷裂伸長率可達90%以上 ,缺口衝擊強度約爲10KJ/m2  。
                  微波爐的很多部件也採用礦物質增強增韌聚丙烯材料製造 。由於礦物質的加入  ,可以在聚丙烯材料本身較高的耐熱溫度的基礎上,使其耐熱溫度進一步得到提高 ,以適應微波爐對高溫的要求。例如,微波爐門體的密封條,微波爐揚聲器喇叭口,喇叭支架等都採用了這種改性的聚丙烯材料。冰箱上的擱物架也基本採用了礦物質增強增韌聚丙烯材料,由於與玻璃面板可進行整體注塑 ,從而很好地解決了原來ABS材料的面板沁水問題。
                  三、填充改性
                  新型高填充玻纖改性塑料,它可克服常規玻璃纖維增強熱塑性塑料的缺陷。這種材料的基體是高溫熱塑性塑料如液晶聚合物,聚醚碸 ,聚醚酰亞胺和聚苯硫醚 。在玻纖填充量在80%時 ,改性材料但仍能操持良好的可加工性  。用新材料生產的部件具有耐磨損和耐溫變的良好特性 。這種新材料可與塑料和金屬粘合,適用於表面摸塑設備加工  ,潛在的應用包括汽車和燃料系統部件,軸承,電子零部件,抗刮傷外殼等 ,這種玻璃增強物的輔加效益是阻燃性好,能回收利用,高度耐熱和尺寸穩定等 。
                  四、共混與塑料合金技術
                  塑料共混改性指在一種樹脂中摻入一種或多種其他樹脂(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。氟塑料合金是採用國內現有的超高分子量聚全氟乙丙烯(FER)爲主要原料,與四氟乙烯加填料直接共混,用物理方法制造的,此材料性能超過了世界公認的“塑料王”聚四氟乙烯。
                  五、阻燃技術
                  高聚物的阻燃技術,當前主要以添加型溴系阻燃劑爲主,常用的有十溴二苯醚、八溴醚、四溴雙酚A、六溴環十二烷等 ,其中尤以十溴二苯使用量爲最大 ,溴化環氧樹脂由於具有優良的熔流速率 ,較高的阻燃效率,優異的熱穩定性和光穩定性,又能使被阻燃材料具有良好的物理機械性能 ,不起霜,從而被廣泛地應用於PBT、PET、ABS、尼龍66等工程塑料,熱塑性塑料以PC/ABS塑料合金的阻燃處理中。
                  阻燃劑家族中的其他品種有磷系、三嗪系、硅系、膨脹型、無機型等 ,這些阻燃劑在各種不同使用領域發揮着各自獨特的阻燃效果 。在磷系阻燃劑中 ,有機磷系的品種大都是油液狀,在高聚物加工過程中不易添加,一般在聚氨酯泡沫、變壓器油、纖維素樹脂、天然和合成橡膠中使用 。而無機磷系中的紅磷 ,是純阻燃元素 ,阻燃效果好 ,但它色澤鮮豔,因而應用受部分限制。紅磷的應用要注意微粒化和表面包覆 ,這樣使它在高聚物中有較好的分散性,與高聚物的相容高性好,不易遷移,能長久保持高聚物難燃性能。
                  六、納米複合技術
                  科研人員發現,當微粒達到納米量級時會出現一種新奇現象,它的週期性邊界被破壞  ,從而使其聲、光、電、磁、熱力學等性能呈現出與傳統材料的極大差異。根據納米材料的結構特點,把不同材料在納米尺度下進行合成與組合,可以形成各種各樣的納米複合材料,例如納米功能塑料。
                  一般塑料常用的種類有PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PA(聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)等幾十種 ,爲滿足一些行業的特殊需求,用納米技術改變傳統塑料的特性 ,呈現出優異的物理性能 ,強度高 ,耐熱性強,重量更輕。隨着汽車應用塑料數量越來越多 ,納米塑料很可能會普遍應用在汽車上 。這些納米功能塑料最引起汽車業內人士注意的有阻燃塑料、增強塑料、抗紫外線老化塑料、抗菌塑料等。
                  增強塑料是在塑料中填充經表面處理的納米級無機材料蒙脫土、CaCO3、SiO2等 ,這些材料對聚丙烯的分子結晶有明顯的聚斂作用 ,可以使聚丙烯等塑料的抗拉強度,抗衝擊韌性和彈性模量上升 ,使塑料的物理性能得到明顯改善。增強增韌塑料可以代替金屬材料 ,由於它們比重小,重量輕,因此廣泛用於汽車上可以大幅度減輕汽車重量 ,達到節省燃料的目的。這些用納米技術改性的增強增韌塑料,可以用於汽車上的保險槓、座椅、翼子板、頂蓬蓋、車門、發動機蓋、行李艙蓋等 ,某至還可用於變速器箱體 ,齒輪傳動裝置等一些重要部件  。
                  七、熱塑性彈性體技術
                  熱塑性彈性體簡稱TPE/TPR ,以SEBS、SBS爲基材 ,是一類具有通用塑料加工性能 ,但產品有着類似文聯橡膠性能的高分子合金材料。在多材料模塑中 ,熱塑性彈性體有4個基本的類型  ,即苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、熱塑性硫化膠(TPV)、熱塑性聚氨酯(TPU)和共聚多酯(COPE) 。
                  熱塑性聚氨酯彈性體是第一個能夠運用熱塑性工藝加工的彈性體。有聚酯和聚醚兩種類型 ,聚酯型具有較高的機械性能 ,聚醚型比聚酯型具有較好的水解穩定性和低溫韌性。聚氨酯橡膠具有良好的耐磨性、添加劑可以提高耐候性,尺寸穩定性和耐熱性 ,減少摩擦或增加阻燃性  ,它們在各硬度等級產品中具有很廣泛的應用 ,涉及汽車密封件和墊圈 ,穩定杆套,醫用導管、起博器和人造心臟裝置、手機天線齒輪、滑輪、鏈輪、滑槽襯裏、紡織機械部件、腳輪、墊圈、隔膜、聯軸器和減振部件 。
                  共聚多酯彈性體具有良好的動態性能、高模數、高伸長和撕裂強度 ,還有在高溫和低溫條件下具有良好的抗撓屈疲勞性 。通過組合紫外線穩定劑或炭黑可以提高耐候性 ,耐無氧化酸性、一些脂族烴、芳烴燃料、鹼性溶液、液壓流體的性能表現爲良好甚至優異;然而,無極性材料  ,如強無機酸和鹼、氯化溶劑、苯酚類和甲酚會使聚酯降解 ,共聚多酯在一般情況下比熱塑性彈性體昂貴 ,應用於彈性聯軸器、隔、齒輪、波紋管墊環、保護套、密封件、運動鞋鞋底、電氣接頭、扣件、旋鈕和襯套中。
                  2007年世界熱塑性彈性體(TPE)消費超過230萬噸 ,總產值超過110億美元 ,2001-2007年間世界消費保持年均6.5%的增長率 。其中,北美消費平均增幅爲5.7%,歐洲爲4.4%,拉丁美洲則以兩位數速率快速增長 ,亞太地區年均增幅大於8%  。高速的增長將帶動各行各業對TP巨的使用,汽車和日用品消費是拉動熱塑性彈性體消費增長的主要因素 ,不同品種的熱塑性彈性體增長率不相同 。熱塑性聚氨酯應用以年均6.3%的速率增長 ,主要應用於汽車業預計未來熱塑性聚氨酯在日用品和體育用品上應用會有所突破 。
                  八、反應接枝改性
                  在由一種或幾種單體組成的聚合物的主鏈上 ,通過一定的途徑接上由另一種單體或幾種單體組成的支鏈的共聚反應。是高聚物改性技術中最易實現的一種化學方法。
                  馬來酸酐接枝改性聚合物一般採用雙螺桿擠出機熔融接枝法制備,其系類品種包括聚乙烯(PE-g-MAH)、聚丙烯(PP-g-MAH)、ABS(ABS-g-MAH)、POE(POE-g-MAH)、EPDM(EPDM-g-MAH)等,其操作工藝簡單、生產成本低、產品質量穩定等特點 。其中產品MAH接枝率在0.5~2.5%範圍內可調,其他力學性能指標優良 。可廣泛用作各類非極性聚合物(如PE、PP等)與極性聚合物(如PC、PET、PA等)其混改性時的相容劑等。
                  納米碳酸鈣是一種十分重要的無機增韌增強功能性填料  ,被廣泛地應用在塑料、橡膠、塗料和造紙等工業領域 ,爲降低納米碳酸鈣表面高勢能、調節疏水性、提高與基料之間的潤溼性和結合力、改善材料性能,須對納米碳酸鈣進行表面改性常用的碳酸鈣表面改性方法主要以脂肪酸(鹽) ,鈦酸酯 ,鋁酸酯等偶聯劑在碳酸鈣表面進行化學改性,從而使改性碳酸鈣填充的聚合物衝擊強度得到較大的提高,爲了提高無機填料與有機基體之間的相容性 ,用高分子有機物對無機填料進行表面接枝改性是一種常用方法。Takao Nakatsuka 以磷酸鹽改性超細CaC03表面 ,然後與聚異丁烯酸接枝,P.Godard採用羧酸吸附和聚丁基丙烯酸接枝對CaC03表面改性 ,與丙稀單體混合後通過聚合製備了性能較好的PP/CaC03複合材料。