常用塑料改性及其加工工艺医学PPT.ppt

常用塑料改性技术 1 一 塑料的分类 按用途分类 通用塑料 PE PP ABS POM PS工程塑料 PA PC PPO 聚酯类 其主要区分依据 耐温性的不同 一般通用塑料的耐热温度比较低 就PP相对高一些 也就100 左右 而工程塑料的耐热温度则相对要高 一般都要在200 或以上 2 医药交流PPT 二 PA材料的改性工艺技术 1 PA材料的特性 1 尼龙的分子间可以形成氢键 使其结构易结晶 2 由于氢键的存在 使得尼龙分子间作用力比较大 赋予尼龙材料具有高的强度和高的耐热性 3 酰胺基是亲水基团 所以吸水性较大 4 尼龙结构中还存在亚甲基或芳基 使尼龙具有一定的柔性及刚性 综合特性 良好的力学特性 电性能 耐热性和韧性 还具有优良的耐油性 耐磨性 自润滑性 耐化学性和成型加工性 3 医药交流PPT 2 PA材料的一般性能 1 外观为透明或不透明乳白色或淡黄色粒料 常用的PA6 PA66的密度在1 12 1 16 结晶度高的尼龙材料具有高的拉伸强度 冲击强度和耐热温度 但收缩率大 吸水率也较大 一般加工温度高时 冷却时间长 材料的结晶度较高 2 力学性能 尼龙分子主链上含有极性酰胺基团 因此分子间作用力大 具有较高的机械强度和模量 尼龙材料随温度和湿度的提高 拉伸强度急剧下降 而冲击强度明显提高 而玻璃纤维增强后的尼龙受温度和湿度的影响较小 酰胺基团是亲水基团 具有吸水性 使尼龙性能下降 因水对尼龙来说是一种有效的增塑剂 使得尼龙结构稳定化 4 医药交流PPT 3 热学性能 尼龙材料的热变形温度都不高 一般只有50 75 而用玻璃纤维增强后的尼龙材料则可以提高4倍左右 达200 4 电性能 尼龙虽有较好的电性能 但因其具有一定的吸湿性 使用时受到一定的限制 不适合作为高频和湿态环境下的绝缘材料 5 环境性能 尼龙耐化学稳定性优良 可耐大部分的溶剂 尤其是耐油性突出 但是尼龙的耐酸 碱 盐性不好 可导致溶胀 危害最大的是无机盐氯化锌 5 医药交流PPT 3 PA材料的一般改性 1 尼龙的改性分为化学和物理改性 化学改性是在聚合过程中加入第二 第三单体 得到共聚尼龙 物理改性则是添加一些改性剂 得到改性尼龙 尼龙的物理改性方法 工艺简单 有 增强改性增韧改性阻燃改性填充改性共混改性纳米改性 6 医药交流PPT 2 尼龙增强改性的加工工艺 玻璃纤维增强PA工艺有两种 短纤法 玻璃纤维与PA经混合后挤出造粒长纤法 玻璃纤维与PA经不同位置进入双螺杆造粒机 再经剪切 混合后挤出造粒所得 两种方法的共同点 玻璃纤维在螺杆挤出机高剪切和混合作用下 被切成一定长度的纤维均匀的分布在基料PA中 从而增强了材料承载外力作用的能力 7 医药交流PPT 3 制造加工过程中的主要影响因素 a 玻纤的分散 玻璃纤维在树脂基体中均匀分散及黏结对产品性能影响很大 在挤出过程中 玻璃纤维的分散主要通过双螺杆的剪切混合作用实现 所以双螺杆挤出机剪切元件的尺寸 组合形式至关重要 另外 相同的螺杆元件组合下 选择不同的螺杆转速也可以获得不同的剪切效果 b 挤出工艺的影响 需选择合适的挤出温度 挤出温度低 则玻璃纤维的包覆效果差 玻纤易外露 材料脆性大 挤出温度高 则基料易氧化分解 材料力学性能差 一般低含量纤维加工温度设定在熔点附近 高含量纤维加工温度则应高于熔点 c 玻纤表面处理剂的影响 一般来说 根据基料性能采用不同的偶联剂 要求在加工温度下不分解 不挥发 8 医药交流PPT 4 尼龙增韧改性的加工工艺 尼龙增韧主要通过在基料中添加橡胶弹性体以提高材料的抗冲击性能 从而使材料获得韧性的提高 增韧理论 银纹 剪切带理论橡胶颗粒充当应力集中点 诱发大量银纹和剪切带 可消耗大部分的冲击能影响增韧效果的主要因素 橡胶粒径的影响 橡胶颗粒及分布对韧性有较大的影响 因此与加工温度 螺杆剪切效果等因素有关 弹性体交联度的影响 橡胶与尼龙黏结力的影响 9 医药交流PPT 三 PP材料的改性工艺技术 1 PP材料的特性 1 PP质量轻 密度为0 9 0 91 是通用塑料中最轻的一种 2 PP材料具有优良的耐热性 长期使用温度可达100 120 是通用塑料中唯一能在水中煮沸的材料 3 PP的耐低温性差 脆化温度约为零下30 零下10 PP的低温甚至室温下的抗冲击性能差 低温脆化是其主要缺点 4 PP是一种非极性塑料 具有优良的化学稳定性 5 PP的吸水性小 吸水率还不到0 01 6 PP易老化 通常在大气中12D就老化变脆 室内放置4个月就会变质 通常需要添加抗氧化剂等来提高其耐候性 7 PP的缺点 熔点低 热变形温度低 抗蠕变性差 尺寸稳定性不好 低温脆性大 因此一般PP的改性方向都集中在提高PP的冲击强度和耐热温度上 10 医药交流PPT 2 PP材料的一般改性方法 1 PP的改性一般分为化学和物理改性 化学改性是在分子链上进行交联及接枝 物理改性则是添加一些改性剂 得到改性PP PP的改性方法有 接枝改性交联改性增韧改性填充改性增强改性 11 医药交流PPT 2 PP的增韧改性 a PP材料的增韧改性重点在于材料配方的组合 增韧剂的粒径上 欲得到高抗冲击性PP材料 须构建合理的材料组合 一般常用的增韧剂有EPDM POE SBS等橡胶类弹性体 b 而增韧剂的粒径一般要求越小越好 粒径细小则弹性体的分散效果越高 比表面积也越大 所起到的银纹诱发及终止的效果也越好 则材料所表现出的抗冲击韧性也越好 通常增韧剂粒径在5um时 则材料所表现出的韧性比较突出 c 欲得高抗冲击PP材料 则造粒过程中对剪切就有很高的依赖 一方面 PP材料非热敏材料 提高温度对材料的流动性无明显效果 为使造粒过程中材料能较好的流动就需要提高螺杆转速 且另一方面 螺杆转速的提高也十分有利于提高设备所起的剪切效应 指相同的螺杆组合情况下 12 医药交流PPT 3 PP的增强改性 PP材料的增强改性有两种途径 a 刚性无机填料填充增强 刚性无机粒子的填充过程可以有效提高PP料的强度 硬度 耐温性 有效降低了PP料的收缩率和翘曲 有效的降低材料的成本 但是也带来了材料韧性的下降 b 玻璃纤维增强 可以明显提高PP材料的强度 硬度 耐温性及收缩率 但是由于PP材料属于非极性材料 其与玻璃纤维的包覆性差 因此导致玻璃纤维增强后的PP材料极易产生注塑件玻纤外露的现象 13 医药交流PPT 4 刚性无机填料填充增强重点 a 填料的粒径 填料粒径小 可以增大填料的比表面积 提高填料在PP料中的分散性 甚至在粒径小至一定程度时 无机刚性填料还能起到增韧的作用 目前有新材料就使用纳米级填料进行填充增强 同时还能提高材料韧性 目前我司选用的填料目数为2500目的填料b 填料的表面处理 由于PP了为非极性材料 因此与填料的包覆性差 所以必须对填料进行表面处理 而表面处理剂用量少的话 则处理剂不能完全包覆于填料的表面 使填料与树脂不能很好的结合而失去改性的效果 而若处理剂用量过大 则处理剂就会在填料表面形成一层双分子膜 使处理效果变差 因此根据大量的试验确定处理剂的用量一般在1 5 左右 14 医药交流PPT 刚性无机填料填充增强重点 c 填料的分散性 填料分散性越好 则填料所能起到的填充增强作用也越高 而提高填料的分散性主要方法就是提高挤出过程中的剪切速率 对于同样的螺杆组合下 则提高螺杆转速就显得十分重要 15 医药交流PPT 5 工艺条件对玻璃纤维增强PP的性能影响 工艺条件决定了玻璃纤维的长度 在配方中的分散性以及被树脂熔体浸润的状态 其中玻璃纤维的长度为关键影响因素 较长的玻璃纤维有利于提高PP的抗拉强度 弯曲强度 冲击强度等力学性能 a 提高工艺温度 PP树脂的流动性增强 则有利于提高玻璃纤维的平均长度 b 提高螺杆转速 熔体在料筒中的受到的剪切力增大 玻璃纤维与料筒和螺杆的摩擦力增大 导致大量的玻璃纤维被剪断 纤维的平均长度变小 c 注塑速度增加 则增大了玻璃纤维的取向 则制件的横向拉伸强度下降 纵向拉伸强度提高 16 医药交流PPT 四 ABS材料的改性工艺技术 1 基本特性 ABS是由丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚而成 使这类材料具有良好的综合力学性能 ABS无毒 略黄 表面光泽好 密度1 02 1 05 机械性能良好 ABS耐化学性较好 水 无机盐 酸 碱对其几乎无影响 但其在冰乙酸 植物油等的侵蚀下会引起应力开裂 ABS具有一定的硬度及尺寸稳定性 耐热耐候性差 在紫外线作用下易变硬脆化 2 加工条件 干燥 ABS塑料的吸湿性一般 若原料的包装 储存良好 则可不进行干燥处理 否则需要进行干燥 一般干燥温度为80 90 料层厚度为20 30mm 干燥时间为2 4H 温度 ABS材料含有橡胶成分 过高的加工温度可能导致橡胶的分解 故需控制加工温度 一般的加工温暖度不能超过220 17 五 PC材料的改性工艺技术 1 基本特性 PC是一种性能优良的塑料 密度1 2 本色微黄 透明度高 PC是韧而刚的材料 其抗冲击性优秀 成型收缩率小 吸水率低 PC具有良好的耐气候性 其最大的缺点就是易应力开裂 耐疲劳强度差 PC的耐化学性差 不耐碱 胺 酮 脂 芳香烃等溶剂 2 加工条件 干燥 PC虽然吸水性小 但在高温时对水分很敏感 非常容易水解 所以加工前必须进行干燥 温度 PC的熔融温度高 熔体粘度大 流动性差 所以加工时要求有较高的温度和适当的剪切 因为PC的熔体粘度对温度比较敏感 所以一般可用提高温度的工艺方法来增加其熔体流动性 PC为无定型塑料 玻璃化温度为150 熔融温度为215 225 加工温度一般可控制在250 310 之间 18 六 常用材料的造粒工艺简介 造粒工序是将高聚物树脂与各种添加剂 助剂 经过计量 棍合 塑化 切粒制成颗粒状塑料的生产过程 塑料颗粒是塑料成型加工业的半成品 也是挤出 注塑 中空吹塑 发泡等成型加工生产的原材料 树脂有粉末状和粒状两种 对于各种塑料成型加工方法 用颗粒料加工与粉料直接加工相比 用造粒的颗粒料的优点如下 1 加料方便 不需要在加料斗安装强制加料器 2 颗粒料相对密度比粉末料大 塑料制品强度较好 3 树脂与各种固体粉末料或液体助剂的混合较均匀 塑料制品的物理性能较均匀 4 塑料制品色泽均匀 5 颗粒料种含空气剂挥发物较少 使塑料制品不易产生气泡 6 颗粒料对挤出机和生产环境无污染 19 医药交流PPT 生产工艺 1 配料前的准备工作 高聚物树脂在生产 包装 运输过程中 可能混入机械杂质或其他杂质 为防止损坏造粒设备和降低产品质量 树脂须考虑过筛后使用 对易吸潮的树脂及添加剂 在捏合或挤出之前必须先干燥除水 例如尼龙树脂和ABS树脂均易吸水 必须干燥至含水量小于0 1 2 配方称量 根据投料量精确称重 称量必须准确无误 否则会使制品质量不稳定3 捏合 捏合可分为加热捏合与冷却捏合 用高速捏合机或普通搅拌机 高速捏合机主要用于填料的表面处理 而普通搅拌则可用于一般配方材料的混拌 4 挤出造粒挤出造粒选用双螺杆挤出机 主要控制挤出温度 螺杆转速 切刀转速和粒料冷却 使粒料不发生粘粒 颗粒尺寸均匀 塑化较好 切刀转速调整到颗粒料长度3 4mm 螺杆转速调整到粒料不发生粘连 20 医药交流PPT 5 造粒过程工艺温度及工艺转速 工艺温度 以塑料材料的熔点及分解温度之间的温度区间为加工温度范围 结合考虑到材料的摩擦热 剪切热等因素的共同作用进行调节 以材料的熔点为界限 加热区温度要高于熔点10 20 剪切区温度要基本和熔点一致 而建压挤出区则可以考虑等于或低于熔点5 10 工艺转速 以配方材料 改性方向及造粒的经济性为主要依据进行工艺转速的设定与调节 我司大部分材料的造粒工艺转速均设置在300rpm附近 21 医药交流PPT 22 23 24 玻璃纤维含量控制方法 1 原理 灼烧法 在造粒产品中 因树脂及其他的一些有机添加剂都能够被完全燃烧 而玻纤则不能燃烧 因此将被检物完全燃烧后 剩余物的重量与原重的比值就是被检物的玻纤含量 特点 不合适用于阻燃产品的测定 失重法 通过测定某一时间段内玻纤被缠绕入螺杆的重量 并测定该段时间内的产量数值 将结果加以计算后 就可以得到被检物的玻纤含量值 特点 可以用于所有的产品 因是在生产的同时进行 因而快速 准确且减少了浪费量 25 2 测定及计算的方法 1 灼烧测定 选取一铁制容器 记录该容器的重量 在精度为0 1g的电子称上称取10g被检物 放入容器中 置于电炉上进行加热 待物品冒烟后 用火点燃 使物品开始灼烧 完全燃烧后 待火焰自动熄灭后 称取剩余物和容器的总重 按下式计算含量值 玻纤含量 容器和剩