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塑料改性的手段及類別
什么是改性塑料？
在通用塑料和工程塑料的基礎上，通過物理、化學、機械等方式，經(jīng)過填充、共混、增強等加工方法，改善塑料的性能或增加功能，對塑料的阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性等機械性能得到改善和提高，使得塑料能適用在特殊的電、磁、光、熱等環(huán)境條件下。
塑料改性技術的應用范圍
1、從原料樹脂的生產(chǎn)到多種規(guī)格及品種的改性塑料母料的生產(chǎn)；
2、應用于幾乎所有的塑料制品的原材料與成型加工過程中。
塑料改性的應用范圍很廣泛，幾乎所有塑料的性能都可通過改性方法得到改善。如塑料的外觀、透明性、密度、精度、加工性、機械性能、化學性能、電磁性能、耐腐蝕性能、耐老化性、耐磨性、硬度、熱性能、阻燃性、阻隔性等方面。
為了降低塑料制品的成本、改善性能、提高功能，都離不開塑料改性技術。
塑料改性方法
物理改性：原則上不發(fā)生化學反應，主要是物理混合過程。在物理改性過程中往往也伴隨有化學反應的發(fā)生。
化學改性：在聚合物分子鏈上通過化學方法進行嵌段共聚、接枝共聚、交聯(lián)與降解等反應，或者引入新的官能團而形成特定功能的高分子材料。
塑料主要改性技術手段
填充
通過給普通塑料加入無機礦物（有機）粉末，改善塑料材料的剛性、硬度、耐熱性等性能。
填充劑種類繁多，其特性也極復雜。
塑料填充劑(filler for plastics)的作用：
提高塑料加工性能、改進物化性質(zhì)、增加容積、降低成本。
塑料增量填充劑應具備的特性：
(1)化學性質(zhì)不活潑，呈惰性，不與樹脂及其他助劑發(fā)生不良反應；
(2)不影響塑料的耐水性、耐化學藥品性、耐候性、耐熱性等；
(3)不降低塑料的物理性能；
(4)可以大量填充；
(5)相對密度小，對制品的密度影響不大；
(6)價格相對低廉。
增強
1、措施：通過在加入玻璃纖維、碳纖維等纖維狀物質(zhì)。
2、效果：可以明顯改善材料的剛性、強度、硬度、耐熱性，
3、不良影響：但很多材料會導致表面不良和韌性明顯降低。
4、增強原理：
•• 增強材料具有較高的強度和模量；
• 樹脂具有許多固有的優(yōu)良物理、化學(耐腐蝕、絕緣、耐輻照、耐瞬時高溫燒蝕等)和加工性能；
• 樹脂與增強材料復合后，增強材料可以起到增進樹脂的力學或其他性能，而樹脂對增強材料可以起到粘合和傳遞載荷的作用，使增強塑料具有優(yōu)良性能。
增韌
有較多的材料韌性不夠、太脆，可以通過加入韌性較好的材料或者超細無機材料，增加材料韌性和低溫使用性能。
增韌劑：為了降低塑料硬化后的脆性，提高其沖擊強度和延伸率而加入樹脂中的一種添加劑。
常用增韌劑：多為馬來酸酐接枝相容劑）——
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA)、
氯化聚乙烯(CPE)、
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、
苯乙烯-丁二烯熱塑性彈性(SBS)、
三元乙丙橡膠(EPDM)......，
都是用于塑料特別是工程塑料上效果顯著的增韌劑。
阻燃
在較多的場合，要求材料有阻燃性，比較常用的場合是電子電器，汽車行業(yè)也有阻燃要求，但一般較低。阻燃可以通過加入阻燃劑實現(xiàn)。
大多數(shù)塑料具可燃性。隨著塑料在建筑、家具、交通、航空、航天、電器等方面的廣泛應用，提高塑料的阻燃性已成為十分迫切的課題。
阻燃劑：又稱難燃劑，耐火劑或防火劑，賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑；它們大多是元素周期表中第ⅤA(磷)、ⅦA(溴、氯)和ⅢA(銻、鋁)族元素的化合物。
具有抑煙作用的鉬化合物、錫化合物和鐵化合物等亦屬阻燃劑的范疇，主要適用于有阻燃需求的塑料，延遲或防止塑料尤其是高分子類塑料的燃燒。
使其點燃時間增長，點燃自熄，難以點燃。
阻燃原理
1、吸熱作用
任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經(jīng)氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的抑制。
在高溫條件下，阻燃劑發(fā)生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結(jié)合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。
2、覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。
如有機阻磷類阻燃劑受熱時能產(chǎn)生結(jié)構更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進入氣相參與燃燒過程。
3、抑制鏈反應
根據(jù)燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū)，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。
如含鹵阻燃劑，它的蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發(fā)出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時處于氣相燃燒區(qū)，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。
4、不燃氣體窒息作用
阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續(xù)進行，達到阻燃的作用。
塑料阻燃等級
可燃性UL94等級——是應用最廣
泛的塑料材料可燃性能標準。它用來評價材料在被點燃后熄滅的能力。根據(jù)燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。
塑料阻燃等級：
由HB，V-2，V-1，V-0，5VB 向5VA逐級遞增。
HB：UL94標準中最低的阻燃等級。
V-2，V-1，V-0，5VB ，5VA阻燃標準
耐寒（耐候）
一般指塑料在低溫下的耐寒能力，由于塑料固有的低溫脆性，使塑料在低溫下變脆，所以像汽車里面的塑料件，一般要求耐寒。
耐候性：是指塑料制品因受到陽光照射，溫度變化，風吹雨淋等外界條件的影響，而出現(xiàn)的褪色、變色、龜裂、粉化和強度下降等一系列老化的現(xiàn)象。
紫外線照射是促使塑料老化的關鍵因素。
針對各種材料及不同使用情況制訂了各種耐候性的測定方法，如各種老化試驗，模擬天然的氣候條件，進行試驗。
涂層耐候性試驗又稱大氣曝曬試驗，考核涂料本身對大氣的耐久性。
皮革耐候性可在模擬自然氣候的耐候試驗箱（或老化箱，加速耐候儀）內(nèi)進行測定。
塑料合金
塑料合金是利用物理共混或化學接枝、共聚的方法，將兩種或多種材料制備成高性能、功能化、專用化一種新材料，達到改善一種材料的性能或兼具兩種材料特性的目的。
塑料合金廣泛用于汽車、電子、精密儀器、辦公設備、包裝材料、建筑材料等領域。
它能改善或提高現(xiàn)有塑料的性能并降低成本。
通用塑料合金：如PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)合金，使用廣泛，生產(chǎn)技術被普遍掌握。
工程塑料合金：泛指工程塑料(樹脂)的共混物，主要包括以PC、PBT、PA、POM(聚甲醛)、PPO、PTFE(聚四氟乙烯)等工程塑料為主體的共混體系，以及ABS樹脂改性材料。
PC/ABS合金的產(chǎn)量每年都以10%左右的速度增長，其增速在塑料領域中排在前列。目前，PC/ABS合金化研究已經(jīng)成為高分子合金研究熱點。
改性塑料的主要細分類別
下表為改性塑料的主要細分類別、消費群體及市場應用情況。
1、阻燃樹脂類
阻燃塑料產(chǎn)品可大大減少發(fā)生短路、過載、水浸等情況時產(chǎn)生火災的風險。
2、增強增韌樹脂類
主要分為耐候增韌PP專用料、玻纖增強熱塑性塑料等產(chǎn)品。
1）耐候增韌PP專用料：耐候增韌PP專用料是一種具有工程塑料特性的聚丙烯新材料，具有低溫韌性好、成型收縮率小、剛性高、耐候性強等優(yōu)點，主要用于需耐氣候、紫外線的戶外環(huán)境。其主要消費群體有家電企業(yè)，汽車零部件企業(yè)等。
2）玻纖增強熱塑性塑料類：產(chǎn)品主要有玻纖增強AS/ABS、玻纖增強PP、玻纖增強尼龍、 玻纖增強PBT/PET、玻纖增強 PC、玻纖增強PPE/PPS等。其主要消費群體有電腦配件企業(yè)、機械零部件企業(yè)、電動工具企業(yè)、燈具企業(yè)等。
3、塑料合金類
主要分為PC合金、PVC合金以及聚酯合金等。
PC合金產(chǎn)品特點：沖擊強度高、抗蠕變性、耐熱、吸水率低，無毒、介電性優(yōu)良等特點。
PC合金應用：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/ABS合金：以PVC和ABS為基體，添加增韌劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑等多種改性劑生產(chǎn)而成。
性能優(yōu)勢：優(yōu)異的力學性能、耐候性能、加工流變性能，制品表面光澤好，注塑、擠出效果好，是一種性價比極為優(yōu)異的合金材料。
應用范圍：可以替代阻燃耐候ABS、PC等，應用于家電外殼、電器開關、電表外殼、燈飾材料、通訊網(wǎng)絡、建材等方面。
聚酯合金：具有優(yōu)異的機械性能（耐疲勞）、尺寸穩(wěn)定性、耐化學試劑、耐環(huán)境應力開裂的能力，
應用范圍：汽車、家電、電動工具等領域。
4、功能色母類
主要是指高抗沖聚苯乙烯增韌阻燃色母料。
功能色母的特點——既能降低生產(chǎn)成本又能提高產(chǎn)品品質(zhì)。
1、滿足UL94、IEC-65和GB8898等標準對電器、電子產(chǎn)品的阻燃要求；
2、改善HIPS樹脂的韌性、加工流動性和脫模性；
3、賦予HIPS樹脂顏色。
改性塑料發(fā)展前景——三大變化
（1）通用塑料的工程塑料化
盡管工程塑料新品種不斷增加，并不斷開拓應用領域，而且由于生產(chǎn)裝置的擴大，成本逐漸降低。但是，在改性設備、改性技術不斷發(fā)展成熟的今天，通用熱塑性樹脂通過改性不斷具有工程化特點，已經(jīng)搶占了部分傳統(tǒng)工程塑料的應用市場。
（2）工程塑料的高性能化
隨著國內(nèi)汽車、電氣、電子、通訊和機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，改性工程塑料的需求將大幅上升，各種高強度耐熱型工程塑料將得到廣泛應用。
（3）特種工程塑料的低成本化
聚苯硫醚（PPS）、聚酰亞胺（PIM）、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）和液晶聚合物（LCP）等高性能工程塑料，由于具有電性能好、耐高溫和尺寸穩(wěn)定等特性，有的還具有很好的阻燃性、耐放射性、耐化學性和機械性能，因此在電子電器、汽車、儀機電表、家電、航空、涂料行業(yè)、石油化工以及火箭、宇航等尖端科技領域具有越來越重要的應用。
