第3章成型用物料及配方设计

《第3章成型用物料及配方设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章成型用物料及配方设计（58页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、高分子加工原理与技术湖北汽车工业学院材料学院任伊锦任伊锦3.1 高分子材料 第3章 成型用物料及配方设计 3.1.1 3.1.1 橡胶橡胶通用合成橡胶通用合成橡胶特种合成橡胶特种合成橡胶丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBR）顺丁橡胶（顺丁橡胶（BR）丁腈橡胶丁腈橡胶（NBR）乙丙橡胶（乙丙橡胶（EPDM）氯丁橡胶氯丁橡胶（CR）异戊橡胶（异戊橡胶（IR）硅橡胶（硅橡胶（SiR）氟橡胶氟橡胶（FPM）聚氨酯橡胶（聚氨酯橡胶（PU）橡胶橡胶合成合成 橡胶橡胶天然橡胶天然橡胶胶乳胶乳3.1 高分子材料 第3章 成型用物料及配方设计 3.1.2 3.1.2 塑料塑料聚乙烯（聚乙烯（PE）环氧树脂（环氧树脂（EP

2、）聚丙烯（聚丙烯（PP）酚醛树脂（酚醛树脂（PF）聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）聚氨酯（聚氨酯（PU）聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）不饱和聚脂（不饱和聚脂（UP）聚甲基丙烯酸甲酯（聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）电讯器材和电木制电讯器材和电木制品（如插座、开关品（如插座、开关等），耐热绝缘部等），耐热绝缘部件及各种结构件。件及各种结构件。最好的透明材料，透最好的透明材料，透光率达到光率达到92%以上，以上，比普通玻璃好。比普通玻璃好。通用塑料通用塑料3.1 高分子材料 第3章 成型用物料及配方设计 3.1.2 3.1.2 塑料塑料工程塑料工程塑料聚砜（聚砜（PSU）聚酰胺（聚酰胺（PA）聚醚砜（聚醚砜（

3、PES）聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）聚甲醛（聚甲醛（POM）聚苯硫醚（聚苯硫醚（PPS）聚对苯二甲酸丁二醇聚对苯二甲酸丁二醇酯（酯（PBT）聚四氟乙烯聚四氟乙烯（PTFE）丙烯腈丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙苯乙烯（烯（ABS）又称尼龙。强度较高，又称尼龙。强度较高，耐磨、自润滑性好，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工广泛用作机械、化工及电气零件。及电气零件。热稳定性高是其热稳定性高是其最最突出的特点。使用突出的特点。使用温度温度150174。用于机械设备等工用于机械设备等工业。业。优良的机械性能，优良的机械性能，透明无毒，应用透明无毒，应用广泛。广泛。3.2 添加剂

4、 第3章 成型用物料及配方设计 助剂的作用：改善成型工艺性能；助剂的作用：改善成型工艺性能；改善制品的使用性能或降低成本。改善制品的使用性能或降低成本。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 助剂的类型及改性功能助剂的类型及改性功能3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 （1）助剂与聚合物要有良好的相容性；）助剂与聚合物要有良好的相容性；（2）助剂与加工条件要相适应；）助剂与加工条件要相适应；（3）助剂要有良好的耐久性；）助剂要有良好的耐久性；（4）助剂要满足制品的性能要求和适应制品使用的环境条件；）助剂要满足制品的性能要求和适应制品使用的环境条件；（5）注意助剂配合中的协同效应和

5、对抗作用。）注意助剂配合中的协同效应和对抗作用。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.1 3.2.1 稳定剂稳定剂热稳定剂热稳定剂 为防止塑料在加工和使用过程中由于受热而引起降解所加入的助剂称为防止塑料在加工和使用过程中由于受热而引起降解所加入的助剂称为热稳定剂。主要用于聚氯乙烯。为热稳定剂。主要用于聚氯乙烯。热稳定剂作用机理（1）捕捉降解时放出的）捕捉降解时放出的HCl（2）置换不稳定氯原子）置换不稳定氯原子（3）钝化具有催化作用的金属氯原子）钝化具有催化作用的金属氯原子（4）防止自动氧化）防止自动氧化（5）与共轭双键结构起加成作用）与共轭双键结构起加成作用（6）能与自由基起

6、反应）能与自由基起反应3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.1 3.2.1 稳定剂稳定剂光稳定剂光稳定剂 各种高分子材料，特别是无色透明制品，在使用过程中由于日光照射各种高分子材料，特别是无色透明制品，在使用过程中由于日光照射（主要是紫外线）的影响，会引发自动氧化反应而导致聚合物的降解，使制（主要是紫外线）的影响，会引发自动氧化反应而导致聚合物的降解，使制品的外观和物理机械性能劣化，这一现象称为品的外观和物理机械性能劣化，这一现象称为光老化或气候老化光老化或气候老化。凡是能够抑制光老化，延长它的使用寿命的物质凡是能够抑制光老化，延长它的使用寿命的物质都称为光稳定剂。都称为光稳定

7、剂。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.1 3.2.1 稳定剂稳定剂光稳定剂光稳定剂 根据聚合物对紫外线的敏感波长，选用在此波长范围内吸收能力尽可能根据聚合物对紫外线的敏感波长，选用在此波长范围内吸收能力尽可能 高的光稳定剂。高的光稳定剂。光稳定剂与其它添加剂的相互配合作用。光稳定剂与其它添加剂的相互配合作用。光稳定剂的用量与其本身的效能和制品的薄厚有关。光稳定剂的用量与其本身的效能和制品的薄厚有关。考虑光稳定剂的毒性。考虑光稳定剂的毒性。光稳定剂的选用光稳定剂的选用3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.1 3.2.1 稳定剂稳定剂抗氧剂抗氧剂定义：定义：是一

8、类化学物质，在塑料中添加少量抗氧剂，就能抑制或延缓聚合物是一类化学物质，在塑料中添加少量抗氧剂，就能抑制或延缓聚合物 在正常或较高温度下的氧化。在正常或较高温度下的氧化。高抗氧性能高抗氧性能相容性好相容性好不易挥发和分解不易挥发和分解耐抽出性好耐抽出性好不污染制品不污染制品无毒或低毒无毒或低毒价格低廉价格低廉满足条件3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.1 3.2.1 稳定剂稳定剂抗氧剂抗氧剂（按抗氧剂的作用机理）（按抗氧剂的作用机理）有不稳定的有不稳定的H原子，原子，可与自由基或增长可与自由基或增长链发生作用，阻止链发生作用，阻止自由基或增长链从自由基或增长链从聚合物中夺取聚

9、合物中夺取H原子，原子，使氧化降解被终止。使氧化降解被终止。使氢过氧化物分解成非自由基型的使氢过氧化物分解成非自由基型的稳定化合物，从而避免因氢过氧化稳定化合物，从而避免因氢过氧化物分解成自由基而引起的一系列降物分解成自由基而引起的一系列降解反应。解反应。阻碍酚类仲芳胺类链终止型抗氧剂（主抗氧剂）亚磷酸酯类含硫化合物氢过氧化物分解剂（辅助抗氧剂）金属钝化剂金属钝化剂能阻止金属催化氧化降解反应。能阻止金属催化氧化降解反应。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.1 3.2.1 稳定剂稳定剂生物抑制剂生物抑制剂定义：定义：用以抑制用以抑制生物生物危害和繁殖的物质。危害和繁殖的物质。抑

10、菌剂抑菌剂防虫剂防虫剂防兽剂防兽剂种类3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂定义定义：添加到聚合物中，能够增加其塑性、改善成型时的流动性、：添加到聚合物中，能够增加其塑性、改善成型时的流动性、赋予制品柔韧性的物质。赋予制品柔韧性的物质。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂增塑剂增塑剂作用作用软化温度、熔融温度和玻璃化温度均降低；软化温度、熔融温度和玻璃化温度均降低；耐寒性、柔韧性、耐寒性、柔韧性、抗冲击强度和伸长抗冲击强度和伸长率会提高。率会提高。熔体粘度减小，熔体粘度减小，流动性增加，流动性增加，易于成

11、型加工；易于成型加工；阻隔性、耐热性、脆性、硬度、抗张阻隔性、耐热性、脆性、硬度、抗张强度、弹性模量等均将下降；强度、弹性模量等均将下降；3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂增塑原理增塑原理增塑剂按其作用原理和作用方式，可分为增塑剂按其作用原理和作用方式，可分为内增塑内增塑和和外增塑外增塑两种。两种。内增塑：内增塑：以异种单体分子进行嵌段共聚或接枝共聚，从而降低分以异种单体分子进行嵌段共聚或接枝共聚，从而降低分子间的引力，如氯乙烯和醋酸乙烯共聚。子间的引力，如氯乙烯和醋酸乙烯共聚。外增塑：外增塑：借助于某些具有溶剂化能力的低分子物质，掺入到树脂借助

12、于某些具有溶剂化能力的低分子物质，掺入到树脂分子间，增大分子间的距离，以达到降低树脂分子间引力，增塑的结分子间，增大分子间的距离，以达到降低树脂分子间引力，增塑的结果是分子间的引力降低，使被增塑的树脂变得柔软，同时降低树脂加果是分子间的引力降低，使被增塑的树脂变得柔软，同时降低树脂加工温度。工温度。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（1）与树脂相容性好）与树脂相容性好相容性是指增塑剂与树脂相互混合时的溶解能力。如果二者之间相相容性是指增塑剂与树脂相互混合时的溶解能力。如果二者之间相容性不好，增塑剂就会从制品中析出，产生表面容性不好

13、，增塑剂就会从制品中析出，产生表面“喷霜喷霜”或或“出汗出汗”现现象。因此说，相容性是增塑剂最基本要求之一。象。因此说，相容性是增塑剂最基本要求之一。（2）塑化效率要高）塑化效率要高使树脂达到某一柔软程度的增塑剂用量称为该增塑剂的使树脂达到某一柔软程度的增塑剂用量称为该增塑剂的塑化效率塑化效率。塑化。塑化效率是一个相对值，可以用来比较增塑剂的塑化效果。效率是一个相对值，可以用来比较增塑剂的塑化效果。表示塑化效率的方法常用玻璃化温度表示塑化效率的方法常用玻璃化温度(Tg)的降低和模量的下降来表示。的降低和模量的下降来表示。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑

14、剂增塑剂应用性能应用性能（3）耐寒性好）耐寒性好增塑剂的耐寒性与增塑剂的结构有密切的关系，一般相容性良好的增增塑剂的耐寒性与增塑剂的结构有密切的关系，一般相容性良好的增塑剂，其耐寒性都较差，特别是含有环状结构的增塑剂，其耐寒性显著降塑剂，其耐寒性都较差，特别是含有环状结构的增塑剂，其耐寒性显著降低。低。具有直链烷基的邻苯二甲酸酯类增塑剂的耐寒性是良好的，随着烷基具有直链烷基的邻苯二甲酸酯类增塑剂的耐寒性是良好的，随着烷基支链的增加，耐寒性相应降低。一般烷基链越长，耐寒性越好。支链的增加，耐寒性相应降低。一般烷基链越长，耐寒性越好。目前主要使用脂肪族二元酸酯作为耐寒增塑剂。直链醇的邻苯二甲酸目前

15、主要使用脂肪族二元酸酯作为耐寒增塑剂。直链醇的邻苯二甲酸酯、二元醇的脂肪酸酯以及环氧脂肪酸单酯等，都有良好的低温性能。酯、二元醇的脂肪酸酯以及环氧脂肪酸单酯等，都有良好的低温性能。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（4）耐老化性好）耐老化性好塑料耐老化性能的改善主要依靠热稳定剂、抗氧剂和光稳定剂等的作塑料耐老化性能的改善主要依靠热稳定剂、抗氧剂和光稳定剂等的作用。用。使用的增塑剂不同，耐老化性也有很大差别。增塑剂酸值越低，成型使用的增塑剂不同，耐老化性也有很大差别。增塑剂酸值越低，成型加工中越稳定。加工中越稳定。抗氧剂的加入可以显

16、著改善的耐老化性和热稳定性。烷基支链多的增抗氧剂的加入可以显著改善的耐老化性和热稳定性。烷基支链多的增塑剂，其耐热性较差。塑剂，其耐热性较差。除结构影响外，增塑剂的纯度对耐热性影响也十分显著，一般增塑剂除结构影响外，增塑剂的纯度对耐热性影响也十分显著，一般增塑剂的纯度越高，热稳定性越好。的纯度越高，热稳定性越好。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（5）增塑效果要持久（）增塑效果要持久（耐挥发性、耐抽出性和耐迁移性耐挥发性、耐抽出性和耐迁移性）塑料中的增塑剂，特别是塑料中的增塑剂，特别是PVC软制品中的增塑剂，其用量较大，故要软制品

17、中的增塑剂，其用量较大，故要求增塑剂能长期保留在塑料制品中，即耐久性要好。求增塑剂能长期保留在塑料制品中，即耐久性要好。增塑剂的挥发、抽出、迁移等损失过程包括三个基本阶段：增塑剂的挥发、抽出、迁移等损失过程包括三个基本阶段：一是增塑剂向表面扩散；一是增塑剂向表面扩散；二是在内表面转变成二是在内表面转变成“横卧横卧”的状态；的状态；三是扩散离开表面。三是扩散离开表面。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（6）电绝缘性好）电绝缘性好软质软质PVC制品对电绝缘性要求较高，特别是用作绝缘或护套的电线、制品对电绝缘性要求较高，特别是用作绝缘或

18、护套的电线、电缆料。电缆料。极性较强的，相容性良好的主增塑剂，其电性能较好，如氯化石蜡、极性较强的，相容性良好的主增塑剂，其电性能较好，如氯化石蜡、苯二甲酸酯、石油磺酸苯酯和磷酸酯等电绝缘性较好。苯二甲酸酯、石油磺酸苯酯和磷酸酯等电绝缘性较好。总的说来，随增塑剂用量增加，电绝缘性逐渐变差。分子内支链较多总的说来，随增塑剂用量增加，电绝缘性逐渐变差。分子内支链较多的、塑化效率差的增塑剂有较好的电性能。的、塑化效率差的增塑剂有较好的电性能。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（7）阻燃性好）阻燃性好随着塑料制品在建筑、交通、电气，特别是

19、电缆，矿用运输带及各种家用电随着塑料制品在建筑、交通、电气，特别是电缆，矿用运输带及各种家用电器方面的应用，都要求塑料能阻燃，甚至燃烧时最好不产生有毒有害气体。器方面的应用，都要求塑料能阻燃，甚至燃烧时最好不产生有毒有害气体。影响增塑剂阻燃性有下列三方面因素：影响增塑剂阻燃性有下列三方面因素：一是取决于增塑剂相对于树脂的挥发性，挥发性越大，阻燃性越差；一是取决于增塑剂相对于树脂的挥发性，挥发性越大，阻燃性越差；二是取决于燃烧时产生的分解物，分解物最好不是阻燃物；二是取决于燃烧时产生的分解物，分解物最好不是阻燃物；三是取决于增塑剂的化学结构，增塑剂中凡含有磷、氯和芳基的结构者，阻三是取决于增塑剂

20、的化学结构，增塑剂中凡含有磷、氯和芳基的结构者，阻燃性比较好。燃性比较好。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（8）毒性低）毒性低塑料制品特别是塑料薄膜、容器、软管等已广泛用于食品和药品的贮存塑料制品特别是塑料薄膜、容器、软管等已广泛用于食品和药品的贮存和包装等方面，因此要求这些制品必须是无毒或低毒的。和包装等方面，因此要求这些制品必须是无毒或低毒的。对于塑料本身大部分不存在毒性问题。就对于塑料本身大部分不存在毒性问题。就PVC而言，由于聚合工艺不断而言，由于聚合工艺不断改进，其氯乙烯单体含量已降至改进，其氯乙烯单体含量已降至5pp

21、m以下。世界绿色组织已不再因以下。世界绿色组织已不再因PVC的的毒性问题反对使用这种塑料。毒性问题反对使用这种塑料。塑料制品中所添加的各种助剂，其中许多品种都有可能被水质或油质塑料制品中所添加的各种助剂，其中许多品种都有可能被水质或油质食品抽出，然后进入人体。因此，对塑化物来说，添加的助剂，特别是增食品抽出，然后进入人体。因此，对塑化物来说，添加的助剂，特别是增塑剂的毒性问题必须予以重视。塑剂的毒性问题必须予以重视。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂应用性能应用性能（9）耐霉菌性好）耐霉菌性好某些塑料制品（如电线电缆、农用薄膜、建材等）在使用过程

22、中会接某些塑料制品（如电线电缆、农用薄膜、建材等）在使用过程中会接触自然界的微生物，而塑料中的增塑剂往往成为微生物的营养源，因而易触自然界的微生物，而塑料中的增塑剂往往成为微生物的营养源，因而易受霉菌、细菌的侵害，结果使塑料性能降低。受霉菌、细菌的侵害，结果使塑料性能降低。长链的脂肪酸酯类最易受霉菌侵害，脂肪族二元酸酯也易受侵害；而长链的脂肪酸酯类最易受霉菌侵害，脂肪族二元酸酯也易受侵害；而邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类则有较强的抗菌性，特别是以酚类为原料的磷邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类则有较强的抗菌性，特别是以酚类为原料的磷酸酯如酸酯如TCP、TPP等有优良的抗菌性。环氧化大豆油等也容易受菌类的侵等有

23、优良的抗菌性。环氧化大豆油等也容易受菌类的侵害。害。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂增塑机理增塑机理关于增塑剂的作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用关于增塑剂的作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用润滑、润滑、凝胶、自由体积凝胶、自由体积等理论来给予解释。等理论来给予解释。1 1、润滑理论：、润滑理论：增塑剂起增塑剂起界面润滑剂界面润滑剂的作用，是因聚合物大分子间具有作用力，增塑剂的加的作用，是因聚合物大分子间具有作用力，增塑剂的加入能促进聚合物大分子间或链段间的运动，甚至当大分子的某些部分缔结成凝胶入能促进聚合物大分子间或链段间的运动，甚至

24、当大分子的某些部分缔结成凝胶网状时，增塑剂也能起润滑作用而网状时，增塑剂也能起润滑作用而降低分子间的降低分子间的“摩擦力摩擦力”，使大分子链能相互使大分子链能相互滑移。即增塑剂产生了滑移。即增塑剂产生了“内部润滑作用内部润滑作用”。此理论能解释增塑剂的加入使聚合物粘度减小，流动性增加，易于成型加工，此理论能解释增塑剂的加入使聚合物粘度减小，流动性增加，易于成型加工，以及聚合物的性质不会明显改变的原因。以及聚合物的性质不会明显改变的原因。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂增塑机理增塑机理关于增塑剂的作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用关于增塑剂的

25、作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用润滑、润滑、凝胶、自由体积凝胶、自由体积等理论来给予解释。等理论来给予解释。2 2、凝胶理论：、凝胶理论：聚合物（主要指无定形）的增塑过程是使组成聚合物的大分子力图分开，聚合物（主要指无定形）的增塑过程是使组成聚合物的大分子力图分开，而大分子之间的吸引力又尽量使其重新聚集在一起的过程，这样而大分子之间的吸引力又尽量使其重新聚集在一起的过程，这样“时开时集时开时集”构成一种动平衡。在一定温度和浓度下，聚合物大分子间的构成一种动平衡。在一定温度和浓度下，聚合物大分子间的“时开时集时开时集”，造，造成分子间存在若干成分子间存在若干物理物理“连接点连接点”，增塑剂

26、的作用是有选择地在这些增塑剂的作用是有选择地在这些“连接点连接点”处使聚合物溶剂化，拆散或隔断物理处使聚合物溶剂化，拆散或隔断物理“连接点连接点”，导致大分子间的分开。这一，导致大分子间的分开。这一理论更适用于增塑剂用量大的极性聚合物的增塑。理论更适用于增塑剂用量大的极性聚合物的增塑。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂增塑机理增塑机理关于增塑剂的作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用关于增塑剂的作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用润滑、润滑、凝胶、自由体积凝胶、自由体积等理论来给予解释。等理论来给予解释。3、自由体积理论：、自由体积理论：增塑剂

27、的加入后会增加聚合物的自由体积。而所有聚合物在玻璃化温度增塑剂的加入后会增加聚合物的自由体积。而所有聚合物在玻璃化温度Tg时时的自由体积是一定的，而增塑剂的加入，使大分子间距离增大，体系的自由体积的自由体积是一定的，而增塑剂的加入，使大分子间距离增大，体系的自由体积增加，聚合物的粘度和增加，聚合物的粘度和Tg下降，塑性增大。下降，塑性增大。显然增塑的效果与加入增塑剂的体积成正比。但它不能解释许多聚合物在增显然增塑的效果与加入增塑剂的体积成正比。但它不能解释许多聚合物在增塑剂量低时所发生的反增塑现象等。塑剂量低时所发生的反增塑现象等。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.

28、2.2 增塑剂增塑剂增塑机理增塑机理上述三种理论虽各在一定范围内解释了增塑原理，但迄今还没有一套上述三种理论虽各在一定范围内解释了增塑原理，但迄今还没有一套完整的理论来解释增塑的复杂原理。完整的理论来解释增塑的复杂原理。普遍被认为的理论介绍如下：普遍被认为的理论介绍如下：高分子材料的增塑，是由于材料中高聚物分子链间聚集作用的削弱而高分子材料的增塑，是由于材料中高聚物分子链间聚集作用的削弱而造成的。增塑剂分子插入到聚合物分子链间，削弱了聚合物分子链间的造成的。增塑剂分子插入到聚合物分子链间，削弱了聚合物分子链间的引力，结果增加了聚合物分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶引力，结果增加了聚合物

29、分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加。度，从而使聚合物的塑性增加。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.2 3.2.2 增塑剂增塑剂增塑剂种类增塑剂种类主增塑剂辅助增塑剂增塑剂与聚合物相容性大小通用增塑剂耐寒增塑剂耐热增塑剂耐光增塑剂增塑剂应用性能单体型增塑剂聚合型增塑剂增塑剂分子量大小3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.3 3.2.3 填充剂与增强剂填充剂与增强剂填充剂：填充剂：又称填料。使用其的主要目的是增加制品的体积，降低成本，又称填料。使用其的主要目的是增加制品的体积，降低成本，故又有增量剂之称。故又有增量剂之称。增强剂：

30、增强剂：加入聚合物中，使其机械性能得到提高的纤维类材料。加入聚合物中，使其机械性能得到提高的纤维类材料。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.3 3.2.3 填充剂与增强剂填充剂与增强剂1、加入的目的：、加入的目的：橡胶：橡胶：a 增大容积和降低成本增大容积和降低成本;b 改进混炼性能，如调节可塑性、黏度、防止收缩、改进混炼性能，如调节可塑性、黏度、防止收缩、提高表面性能；提高表面性能；c 改进硫化胶性能，如增加抗张强度、抗撕强度、耐磨性；调节改进硫化胶性能，如增加抗张强度、抗撕强度、耐磨性；调节硬度和弹性，改善耐热性、耐油性、耐候性等；硬度和弹性，改善耐热性、耐油性、耐候性等

31、；d 发挥其他作用，如减少硬橡胶发挥其他作用，如减少硬橡胶硫化时的发热收缩等。硫化时的发热收缩等。塑料：改善塑料的成型加工性能；提高制品的尺寸稳定性、耐热性、硬度、耐候塑料：改善塑料的成型加工性能；提高制品的尺寸稳定性、耐热性、硬度、耐候性；赋予塑料新的性能（电镀性、印刷性等）；降低成本、增加体积、减少高分性；赋予塑料新的性能（电镀性、印刷性等）；降低成本、增加体积、减少高分子化合物的用量。子化合物的用量。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.3 3.2.3 填充剂与增强剂填充剂与增强剂2、对制品性能的影响因素：对制品性能的影响因素：（1）粒径：）粒径：粒径愈细，对塑料制品的刚

32、性、冲击性、拉伸强度、稳定性、外观等改进作粒径愈细，对塑料制品的刚性、冲击性、拉伸强度、稳定性、外观等改进作用愈大。但粒径过细，不易分散，粒子易聚集，从而影响性能。用愈大。但粒径过细，不易分散，粒子易聚集，从而影响性能。（2）粒子表面性质：）粒子表面性质：表面性质取决于其化学组成、晶体结构、吸附物质等，这些组成影响填充剂表面性质取决于其化学组成、晶体结构、吸附物质等，这些组成影响填充剂对橡胶的浸润性、分散性、硫化性、补强性、耐候性等。利用偶联剂或表面活性剂对橡胶的浸润性、分散性、硫化性、补强性、耐候性等。利用偶联剂或表面活性剂进行处理，使其表面活化，浸润性好，粒子易被橡胶包覆，补强作用显著提高

33、。进行处理，使其表面活化，浸润性好，粒子易被橡胶包覆，补强作用显著提高。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.3 3.2.3 填充剂与增强剂填充剂与增强剂2、对制品性能的影响因素：对制品性能的影响因素：（3）颗粒形状：）颗粒形状：球状、立方体状等球状、立方体状等同向性填充剂同向性填充剂：提高成型加工性能，机械强度：提高成型加工性能，机械强度差。针状、板状等差。针状、板状等异向性填充剂异向性填充剂：与同向性填料相反。：与同向性填料相反。常用填充剂：常用填充剂：碳酸钙，陶土，硫酸钡，石膏粉，滑石粉，石棉粉等。碳酸钙，陶土，硫酸钡，石膏粉，滑石粉，石棉粉等。3.2 添加剂 第3章 成

34、型用物料及配方设计 3.2.3 3.2.3 填充剂与增强剂填充剂与增强剂3、选择原则选择原则（1）分散性好；分散性好；（2）对聚合物及其它助剂呈惰性，对加工性能无严重损害；对聚合物及其它助剂呈惰性，对加工性能无严重损害；（3）不严重损坏设备、不因分解或吸湿使制品产生气泡；不严重损坏设备、不因分解或吸湿使制品产生气泡；3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.4 3.2.4 润滑剂润滑剂 为改善塑料熔体流动性能，减少或避免熔体对设备的摩擦和粘附为改善塑料熔体流动性能，减少或避免熔体对设备的摩擦和粘附以及改进制品表面光洁度等而加入的助剂称为润滑剂。以及改进制品表面光洁度等而加入的助剂称

35、为润滑剂。（1）要求：）要求：a.分散性良好。分散性良好。b.与聚合物有适当的相容性。与聚合物有适当的相容性。c.热稳定性良好。热稳定性良好。d.不损害最终产品的物理性质。不损害最终产品的物理性质。e.不引起颜色漂移。不引起颜色漂移。f.无毒性。无毒性。g.对整个加工成本来说是廉价的。对整个加工成本来说是廉价的。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.4 3.2.4 润滑剂润滑剂高级脂肪醇、脂肪酸酯、液体石蜡等内润滑剂(有限的相容性）减小聚合物分子内摩擦。改进塑料熔体流动性。石蜡烃、28个C以上高级脂肪醇，PE蜡、矿物油、氟烃外润滑剂（很低的相容性）仅在塑料熔体表层。减小了熔体与

36、加工设备的摩擦。润滑剂（2）分类（按作用机理）分类（按作用机理）有不少润滑剂兼具内润滑与外润滑两种作用。如：金属皂、脂肪酸（有不少润滑剂兼具内润滑与外润滑两种作用。如：金属皂、脂肪酸（C18C28）。）。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.5 3.2.5 交联剂与偶联剂交联剂与偶联剂交联剂：交联剂：能使线形聚合物转变成网状或体型聚合物的一类物质。能使线形聚合物转变成网状或体型聚合物的一类物质。橡胶用交联剂习惯上称为硫化剂，塑料用交联剂习惯上称为固化橡胶用交联剂习惯上称为硫化剂，塑料用交联剂习惯上称为固化剂、硬化剂。经过交联，材料的物理力学性能，如拉伸强度、抗撕裂剂、硬化剂。经

37、过交联，材料的物理力学性能，如拉伸强度、抗撕裂强度、回弹性、定伸强度等上升，伸长率、永久变形下降，耐热性、强度、回弹性、定伸强度等上升，伸长率、永久变形下降，耐热性、高温下的尺寸稳定性和耐化学药品性能提高。高温下的尺寸稳定性和耐化学药品性能提高。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.5 3.2.5 交联剂与偶联剂交联剂与偶联剂 偶联剂偶联剂:是一类具有两不同性质是一类具有两不同性质官能团官能团的物质，其分子结构的最大的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起

38、化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能等。复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能等。按偶联剂的按偶联剂的化学结构化学结构及组成分为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类及组成分为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和锆类和锆类化合物化合物四大

39、类四大类 3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.5 3.2.5 交联剂与偶联剂交联剂与偶联剂 偶联剂用于偶联剂用于橡胶工业橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能，并且能减小磨性和耐老化性能，并且能减小NR用量，从而降低成本。偶联剂在用量，从而降低成本。偶联剂在复合复合材料材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体基体树树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面

40、层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。耐应力及电绝缘性能。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.6 3.2.6 其他助剂其他助剂着色剂着色剂无 机 颜 料不 溶 性 颜 料色 淀 颜 料有 机 颜 料颜 料（固 体 微 粒）染 料（分 子 状 态）着 色 剂 给予塑料以给予塑料以色彩或特殊色彩或特殊光学性能或使之具有易于识光学

41、性能或使之具有易于识别等功能别等功能的材料。的材料。包括：整体着色（内着色）包括：整体着色（内着色）表面着色（外着色）表面着色（外着色）3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.6 3.2.6 其他助剂其他助剂着色剂着色剂作为着色剂的条件：作为着色剂的条件：a.好的耐热性。好的耐热性。b.良好的光稳定性。良好的光稳定性。c.耐酸性良好。耐酸性良好。d.具鲜明色彩和高度的着色力。具鲜明色彩和高度的着色力。e.具有良好的分散性。具有良好的分散性。f.耐溶剂性良好。耐溶剂性良好。g.不应有粘附在加工机械表面的现象。不应有粘附在加工机械表面的现象。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设

42、计 3.2.6 3.2.6 其他助剂其他助剂抗静电剂抗静电剂 带静电制品易积灰，容易产生静电火花，引起火灾。利用防静电带静电制品易积灰，容易产生静电火花，引起火灾。利用防静电剂消除静电。剂消除静电。加入量一般加入量一般1%。抗静电剂主要有胺的衍生物、季铵盐类、磷酸酯类和聚乙二醇酯抗静电剂主要有胺的衍生物、季铵盐类、磷酸酯类和聚乙二醇酯类。这类物质既有微弱的电离性，又有适当的吸水性，致使高分子材类。这类物质既有微弱的电离性，又有适当的吸水性，致使高分子材料表面具有导电的分子层，来保证制品在较长时间内不会出现带电现料表面具有导电的分子层，来保证制品在较长时间内不会出现带电现象。象。3.2 添加剂

43、第3章 成型用物料及配方设计 3.2.6 3.2.6 其他助剂其他助剂阻燃剂阻燃剂阻止或减缓塑料燃烧的作用。阻止或减缓塑料燃烧的作用。包括包括反应型阻燃剂反应型阻燃剂：聚合物合成时引入难燃结构（基团）。：聚合物合成时引入难燃结构（基团）。应用于热固性塑料。应用于热固性塑料。添加型阻燃剂添加型阻燃剂：应用于热塑性塑料。使用量较大，会使：应用于热塑性塑料。使用量较大，会使 制品的力学性能下降。制品的力学性能下降。常用种类：常用种类：磷酸酯类、含卤磷酸酯类、有机卤化物、无机阻燃剂。磷酸酯类、含卤磷酸酯类、有机卤化物、无机阻燃剂。3.2 添加剂 第3章 成型用物料及配方设计 3.2.6 3.2.6 其

44、他助剂其他助剂（1）发泡剂）发泡剂（2）防雾剂）防雾剂（3）开口剂（滑爽剂）开口剂（滑爽剂）（4）塑解剂）塑解剂（5）PVC抗冲改性剂抗冲改性剂3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.1 3.3.1 高分子材料的配方设计原则和流程高分子材料的配方设计原则和流程3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.1 3.3.1 高分子材料的配方设计原则和流程高分子材料的配方设计原则和流程制品设计制品设计配方设计原则：配方设计原则：在满足综合性能的前提下，实现经济的合理性，在满足综合性能的前提下，实现经济的合理性，达到制品性能、加工性能和经济的综合平衡。达到制品性能、加工性能和

45、经济的综合平衡。3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.1 3.3.1 高分子材料的配方设计原则和流程高分子材料的配方设计原则和流程制品设计制品设计3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法配方设计是高分子化合物与添加剂的配合，需满足以下条件：配方设计是高分子化合物与添加剂的配合，需满足以下条件：1、制品的性能要求；、制品的性能要求；2、成型加工性能的要求；、成型加工性能的要求；3、原材料的要求；、原材料的要求；4、配方成本的要求。、配方成本的要求。3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.

46、3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法配方设计的一般步骤：配方设计的一般步骤：1、收集原材料资料，初定产品形状尺寸、部件的作用和成型加工方法；、收集原材料资料，初定产品形状尺寸、部件的作用和成型加工方法；2、初选材料，进行配方设计和试验；、初选材料，进行配方设计和试验；3、依据材料性能数据，进行结构设计；、依据材料性能数据，进行结构设计；4、制成实物模型，进行实样试验或模拟试验；、制成实物模型，进行实样试验或模拟试验；5、再设计与再试验；、再设计与再试验；6、依模型试验和制品成本，进行最终选材和配方设计、依模型试验和制品成本，进行最终选材和配方设计 7、材料规范化

47、。、材料规范化。3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法材料配方的表示方法：材料配方的表示方法：1、以聚合物质量为以聚合物质量为100份的配方表示法份的配方表示法 以聚合物的量为基准（以聚合物的量为基准（100份），其他组分以相对于聚合物的质量分数表份），其他组分以相对于聚合物的质量分数表示。示。适用于科研论文和报告适用于科研论文和报告 2、以混合料质量为以混合料质量为100份的配方表示法份的配方表示法 以聚合物及各种添加剂的混合料总质量为以聚合物及各种添加剂的混合料总质量为100份，各组分以质量分数表份，各组分以

48、质量分数表示。示。便于成本核算、计算材料消耗便于成本核算、计算材料消耗 3、以混合料体积为以混合料体积为100份的配方表示法份的配方表示法 各组分体积总和为各组分体积总和为100份。份。常用于按体积计算成本常用于按体积计算成本 4、生产配方生产配方 按设备的生产能力，计算出各组分每次的投料质量数。按设备的生产能力，计算出各组分每次的投料质量数。便于生产操作便于生产操作3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法 配方设计方法配方设计方法是指确定配方中各种添加剂的加入方法，涉及实验是指确定配方中各种添加剂的加入方法，涉及

49、实验步骤安排、变量选择和变量范围的确定。步骤安排、变量选择和变量范围的确定。配方的制定是一个经验加理论的过程配方的制定是一个经验加理论的过程：初始工作人员：要反复修改多次才得到一个配方；初始工作人员：要反复修改多次才得到一个配方；经验工作人员：可能一次性得到合理配方；经验工作人员：可能一次性得到合理配方；现已经发展到利用计算机进行配方设计。现已经发展到利用计算机进行配方设计。3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法 配方设计术语配方设计术语：因素因素是指影响材料性能指标的因子。是指影响材料性能指标的因子。如原材料、

50、工艺条件等；如原材料、工艺条件等；水平水平是指每个因素可能处于的状态。是指每个因素可能处于的状态。如原材料品种、用量或工艺参数等。如原材料品种、用量或工艺参数等。3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法 配方设计时要考虑的因素配方设计时要考虑的因素：（1）配方包括多种原料，存在多因素变量的问题；）配方包括多种原料，存在多因素变量的问题；（2）各因数的水平数并不相等，需要活用正交表；）各因数的水平数并不相等，需要活用正交表；（3）各原料之间存在显著的交互作用；）各原料之间存在显著的交互作用；（4）可根据试验情况，将工

51、艺条件作为独立的因素；）可根据试验情况，将工艺条件作为独立的因素；（5）严格控制试验的每一步骤，尽量排除试验误差；）严格控制试验的每一步骤，尽量排除试验误差；（6）经验规律和统计数学相结合，发挥最佳效能。）经验规律和统计数学相结合，发挥最佳效能。3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法配方设计方法配方设计方法：1、单因素变量配方设计方法、单因素变量配方设计方法 适用于制品性能只受一个因素（添加剂）影响的配方。单因适用于制品性能只受一个因素（添加剂）影响的配方。单因素变量试验采用的搜索方法有：素变量试验采用的搜索方法

52、有：爬山法；爬山法；黄金分割法；黄金分割法；平分法平分法分批试验法；分批试验法；抛物线法；抛物线法；分数法分数法3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.2 3.3.2 高分子材料的配方设计方法高分子材料的配方设计方法配方设计方法配方设计方法：2、多因素变量配方设计方法、多因素变量配方设计方法 适用于制品性能受二个或二个以上因素（添加剂）影响的配适用于制品性能受二个或二个以上因素（添加剂）影响的配方。多因素变量试验采用的搜索方法有：方。多因素变量试验采用的搜索方法有：正交设计法；正交设计法；回归分析法回归分析法3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.3 3.3.3 典型配方典型配方3.3 配方设计 第3章 成型用物料及配方设计 3.3.3 3.3.3 典型配方典型配方本章本章结束结束