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 20  专注高分子材料

抗紫外线、抗黄变

谈谈工程塑胶的五大种类及其加工使用过程中常用的助剂汇总

       工程塑胶具有优异性能,近来工程塑胶已被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业,以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。本文概述工程塑胶的种类,及对工程塑胶加工过程中常用的助剂做一汇总。工程塑胶的种类通常有聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、热塑性聚酯、改性聚苯醚等五大类。

       一、聚碳酸酯(PC)。

       聚碳酸酯具有优良性能,被广泛用于各种安全灯罩、信号灯,体育馆、体育场的透明防护板,采光玻璃,高层建筑玻璃,汽车反射镜、挡风玻璃板,飞机座舱玻璃,摩托车驾驶安全帽;用量比较大的市场是计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片材,CD和DVD光盘,也是最有潜力的市场之一。它既具有类似有色金属的强度,同时又兼备延展性及强韧性,它的冲击强度极高,用铁锤敲击不能被破坏,能经受住电视机荧光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度很好,并可施以任何着色。

       二、聚酰胺(PA,俗名:尼龙)。

       聚酰胺比重小(只有金属的1/7)、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能。它加工简便、效率高、比重轻、可以加工成各种制品来代替金属,广泛用于汽车及交通运输业。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大,其次是电子电气。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件,大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.6~4千克。

       三、聚甲醛(POM)。

       它是一种性能优良的工程塑料,有“ 超钢”之称。POM具有类似金属的硬度、强度和钢性,在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性,并富于弹性,此外它还有较好的耐化学品性。聚甲醛以低于其他许多工程塑料的成本,正在替代一些传统上被金属所占领的市场,如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件,已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用,如医疗技术、运动器械等方面,POM也表现出较好的增长态势。

       四、聚苯醚(PPO)。

       聚苯醚PPO是2,6-二取代基苯酚经氧化偶联聚合而成的热塑性树脂,一般呈土黄色粉末状。常用的是由2,6-二甲基苯酚合成的聚苯醚,具有优良的综合性能,在长期负荷下,具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性;使用温度范围广,在-127~121℃范围内长期使用;具有优良的耐水、耐蒸汽性能,制品具较高的拉伸强度和抗冲强度,抗蠕变性也好。此外,有较好的耐磨性和电性能。聚苯醚(PPO)主要用于代替不锈钢制造外科医疗器械,在机电工业中可制作齿轮、鼓风机叶片、管道、阀门、螺钉及其他紧固件和连接件等,还用于制作电子、电气工业中的零部件,如线圈骨架及印刷电路板等。

       五、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。

       它是一种热塑性聚酯,非增强型的PBT与其它热塑性工程塑料相比,加工性能和电性能较好。PBT玻璃化温度低,模具温度在50℃时即可迅速结晶,加工周期短。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)被广泛应用于电子、电气和汽车工业中。PBT的高绝缘性及耐温性,使其可用作电视机的回扫变压器、汽车分电盘和点火线圈、办公设备壳体和底座、各种汽车外装部件、空调机风扇、电子炉灶底座、办公设备壳件。

       以下汇总下工程塑料加工中常见的添加助剂及其作用。

       一、增塑剂。

       增塑剂有降低塑料玻璃化温度及最低成型温度的作用,通常玻璃化温度的降低值与增塑剂的体积分量成正比。一些玻璃化温度较高的塑料,为了制取室温下的软质制品和改善加工时的熔融流动性能,就需要加入一定量的增塑剂。这些小分子量的油状的增塑剂与高聚物有良好的相溶性,它们分布在高分子链之间,降低了它们分子间的作用力,从而在一定温度和压力下容易使分子链运动,达到加工成型的目的。增塑剂可分为主增塑剂和副增塑剂两大类,主增塑剂与树脂的相溶性好、塑化效率高、耐迁移、低挥发性、低的油(水)抽出性、低温柔性;副增塑剂的相溶性较差,主要是与主增塑剂一道使用以降低成本,也称增量剂。

       二、阻燃剂。减缓塑料燃烧性能的助剂称阻燃剂,根据阻燃机理的不同常可分为四种类型。

       与塑料的分解产物相结合而产生一种可闷火焰的气体,如三氧化锑与PVC分解时释放出来的氯化氢反应,即生成有熄火作用的三氯氧化锑;吸收燃烧时产生的热量来冷却塑料,以减缓燃烧速率如氢氧化铝,氢氧化铝是阻燃剂中用的最普遍的一种,它起填料、灭烟剂、阻燃剂的作用,同时价格低廉、对聚合物性能影响又小,应用增长很快;提供一种与氧气隔绝的涂层,如磷酸酯类,主要产品有磷酸三甲苯酯等,它们实际上也是一种有阻燃性能的增塑剂;能产生阻止燃烧反应的游离基,这些游离基可与塑料反应生成燃烧性能较差的产物。

       三、稳定剂。

       塑料在加工、贮存和使用过程中,在光、热、氧的作用下,会发生褪色、脆化、裂开的老化现象。为延缓和阻止老化现象的发生,必须加入稳定剂。主要用来防止热老化的叫热稳定剂;主要用来防止氧化老化的叫做抗氧剂;主要用来防止光老化的叫做光稳定剂(又主要分为紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂两类)。上述几类不同功能的助剂统称为稳定剂。

       四、发泡剂。

       发泡剂是一类受热时会分解放出气体的有机化合物,这些气体留在塑料基材中便成为有许多细微泡沫结构的泡沫塑料。发泡剂中应用比较常见的是偶氮二甲酰胺。作为一种良好的发泡剂应具备这些条件,即短时间内放出气体,放气速度可以调节,分解放出的气体应是CO₂、N₂之类的惰性气体,在塑料中容易分散和分解,分解温度适当,分解时发热量不大,分解反应是不可逆的,发泡剂无毒等。

       五、交联剂。

       交联剂主要用在高分子材料中,如橡胶与热固性树脂等。因为高分子材料的分子结构是线性结构,无交联时材料强度低,易拉断,且没有弹性。交联剂的作用就是在线型的分子之间产生化学键,使线型分子相互连在一起,形成网状结构,提高高分子材料的强度和弹性。一般的交联剂多指有机过氧化物,如聚乙烯的交联剂可使用过氧化二异丙苯;橡胶中用的交联剂主要是硫磺,还要加促进剂。

       六、偶联剂。

       偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质。通常偶联剂的分子结构中存在两种官能团,一种可与高分子基体发生化学反应或有较好的相容性;另一种可与无机填料形成化学键。有机硅烷是广泛使用的偶联剂,有机钛酸酯也是一种高效的偶联剂。硅烷偶联剂的通式可写为RSiX3(R是与聚合物分子有亲和力和反应能力的活性官能团,如乙烯基、氯丙基、环氧基、甲基丙烯酰基、胺基和巯基等;X为能够水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等)。增强剂或填料用偶联剂处理后,可使其表面获得一种化学改性,而在分散的无机相和连续的聚合物之间形成一种桥键,成为一种复合材料,提高增强剂或填料的作用。

       七、成核剂。

       成核剂适用于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料,它通过改变树脂的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短成型周期,提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能。

       八、增强材料和填料。

       在许多塑料中,增强材料和填料占有相当的比重,尤其是增强塑料和钙塑材料,添加的主要目的是为了提高塑料制品的强度和刚性。常用的增强材料有玻璃纤维、石棉、石英、炭黑、硅酸盐、碳酸钙、金属氧化物等。

       九、润滑剂。

      高分子塑料在热加工过程中,往往要加入少量的润滑剂才能加工,同时达到容易脱模的目的。润滑剂可以分为外润滑剂与内润滑剂两种。外润滑剂主要作用是使聚合物熔融体能顺利地离开加工设备的热金属表面而有利于它的流动,外润滑剂与聚合物的相溶性较差,只是在聚合物与金属的界面处形成薄薄的润滑剂层;内润滑剂与聚合物有良好的相溶性,能降低聚合物分子间的内聚力,从而有助于聚合物的流动和降低由内摩擦热所致的升温。最常用的外润滑剂是硬脂酸及其金属盐类,内润滑剂是低分子量的聚乙烯等。

       十、脱模剂。

       脱模剂是一种介于模具和成品之间的功能性物质,耐化学性,在与不同树脂的化学成份(特别是苯乙烯和胺类)接触时不被溶解。脱模剂还具有耐热及应力性能,不易分解或磨损;脱模剂粘合到模具上而不转移到被加工的制件上,不妨碍喷漆或其他二次加工操作。由于注塑、挤出、压延、模压、层压等工艺的迅速发展,脱模剂的用量也大幅度地提高。

       十一、抗静电剂。

        抗静电剂大多数是电解质,它们与合成树脂的相溶性有限,这样可以迁移至塑料表面,达到吸潮和消除静电的作用。

       十二、着色剂。

       着色剂通常是不能溶于普通溶剂的颜料,使用时需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。无机颜料热稳定性、光稳定性优良,价格低,但着色力相对差,相对密度大;有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小,但耐热性、耐候性和遮盖力等性质不如无机颜料。着色剂主要包括色母粒和荧光增白剂。色母粒是一种把超常量的颜料或染料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体。其基本组成包括颜料或染料、载体、分散剂、添加剂。色母粒有利于保持颜料的化学稳定性和颜色稳定性,提高颜料的分散性,操作简单,转色容易,环境干净,节省时间和原材料。荧光增白剂是一种荧光染料,也称白色染料,是一种复杂的有机化合物。它能激发入射光线产生荧光,使所染物质获得类似萤石的闪闪发光的效应,使肉眼看到的物质很白。荧光增白剂有很多种类。

       十三、抗菌剂。

       抗菌剂是具有抑菌和杀菌性能的物质,它能够在一定时间内,使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的生长或繁殖保持在必要水平以下。

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