社科基地
社科普及
当前位置:首页 > 社科基地 > 社科普及
塑料合金
时间:2018-05-14 09:40:50 来源: 作者: 编辑: 浏览次数:0

塑料合金


塑料合金,包括通用塑料合金和工程塑料合金,是利用物理共混或化学接枝的方法,  对现有的塑料进行改性,  使之实现高性能化、功能化、专用化。塑料合金产品可广泛应用于汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域。由于其能改善或提高塑料性能、降低成本,  已成为塑料工业中最为活跃的品种之一,  消耗量增长迅速。

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)合金虽然仍有着广泛的使用价值,但因其生产技术被普遍掌握,各大公司供应的多是附加值较高的工程塑料合金。

工程塑料合金,主要包括以PCPBTPAPOM(聚甲醛)PPOPTFE(聚四氟乙烯)等工程塑料为主体的共混体系,以及ABS树脂改性材料。

(附表列出了市场上主要的塑料合金品种及性能特点。)

下面将对8类重要的合金进行介绍。


1.ABS/PVC合金

ABS是由单体丙烯腈、丁二烯和苯乙烯聚合而成的三元共聚物,是苯乙烯-丙烯腈共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝聚丁二烯橡胶的混合物。作为一种热塑性工程塑料,具有优良的力学性能,其韧性、硬度及刚性相均衡。ABS还具有良好的耐低温性、电性能及耐化学药品性,其本身不能阻燃。在ABS树脂

中,由于存在着分散颗粒的聚丁二烯橡胶,因而随着聚丁二烯含量的增加,ABS的冲击强度提高,但刚性以及制品光泽性都会有所下降。ABS广泛应用于机械、电子电器、汽车及仪表等领域,其缺点是耐热性及耐候性差。

PVC是由单体氯乙烯聚合得到的无定形热塑性聚合物,具有优良的综合力学性能,而且具有一定的难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性。因而,PVC成为了

性价比较高的通用型塑料,应用领域广泛,主要应用于轻工、建材、农业、日常生活、包装、电力、公用事业等领域。但是,由于PVC的热稳定性差,不易加工,且抗冲击性差,因而限制了其应用范围。

ABS/PVC塑料合金是以ABS作为PVC的冲击改性剂,不仅可以很好地提高PVC的冲击韧性,而且还可以较好地改善PVC的加工流动性。具备了ABS塑料和PVC塑料的综合性能优点,具有较好的耐候性和综合物理性能、阻燃性以及理想的性价比。ABS/PVC共混物已经广泛用于注射、挤出、压延等塑料成型工艺中,应用于具有较好阻燃性和较好耐冲击性的硬质塑料制品。


2.ABS/TPU合金

TPU即为热塑性聚氨酯,是多嵌段共聚物,硬段由二异氰酸酯与扩链剂反应生成,提供有效的交联功能;软段由二异氰酸酯与聚乙二醇生成,提供可拉伸性和低温柔。因此,TPU具有硫化橡胶的理想性质。ABSTPU的相容性非常好,其共聚物具有双连续性相,在(10~30/50的共混比范围内,TPU的抗开裂性大大提高。对ABS来说,少量的TPU作为韧性组分,可提高ABS的耐磨性、抗冲性、加工成型性和低温柔韧性,TPU对低聚合度、低抗冲性能ABS树脂的增韧效果尤其明显。

控制适当的共混比,可制得流动性好的ABS/TPU共混物,并可用于制造形状复杂的薄壁大型制品及汽车部件、皮带轮、低载荷齿轮和垫圈等。韧性兼具塑料优良的加工性能和橡胶的物理机械性能,耐磨、耐油、低温柔性好、耐辐射性能优良,广泛应用于汽车工业、航空航天、医疗卫生、生活用品、军用物资等行业。


3.PA6/PP

PA6作为重要的工程塑料之一,在汽车制造业、电气器具以及机械工业方面得到广泛应用。聚酰胺具有很多杰出的性能,比如说刚性较强,良好的自润滑性,良好的耐油性以及耐高温热稳定性较好。但是它较差的缺口冲击强度严重阻碍了其进一步的应用。改善PA6  的机械性能最常用的方法之一就是与聚烯烃类共混。

PP  是通用高分子中应用最为广泛的一种,具有低密度,无毒害易于回收,来源丰富较为廉价,机械性能加工性能较好等优点。但同时它对缺口较为敏感,耐磨性差,成品收缩率大等缺点也大大限制了聚丙烯的应用。

PA6/PP合金可以兼具PA6优异的热性能、力学性能以PP良好的加工性和低吸水性。然而,由于PA6PP分别为强极性和非极性高聚物,属于热力学完全不相容体系,直接共混后的合金体系相容性差,且PA6/PP合金仍存在高吸水和熔体流动性过大等缺陷,严重影响了该合金的综合性能及实际应用。这就需要对体系进行增容,以满足性质的需要。添加合适的相容剂可改善PA6/PP合金二相间界面作用。目前,聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)作为PA6/PP的相容剂已被广泛应用,硬脂酸(ST)也可作为该合金的低分子反应型相容剂。


4.PC/PE

聚碳酸酯(PC)是一种综合性能良好的热塑性工程塑料,具有优良的电绝缘性能、宽广的使用温度以及良好的尺寸稳定性,其最突出的特性是具有高的冲击性能,特别是低温冲击性能。但PC存在熔体粘度大、加工流动性差、加工成型困难、容易产生应力开裂、耐溶剂性差、易降解等缺点,尤其是其耐热水老化的性能很差,经热水长期浸泡后,其韧性会大大下降,因此在许多领域中它的应用受到限制。用共混的方法制备高聚物合金是改善高聚物性能既简便又行之有效的方法之一,PC/PE合金是改善PC耐热水老化性能最为优异的一种合金材料,但是由于PCPE属于极不相容体系,因此必须对PCPE合金体系进行增容。


5.PC/ABS

聚碳酸酯(PC)  是一种综合性能优良的热塑性工程塑料,具有耐高温、阻燃性和电绝缘性好、尺寸稳定、无毒无味等特性,广泛应用于汽车、医疗器械、电子电器、光学透镜、光盘制造等行业。但是PC也存在熔体黏度高、流动性差、对缺口敏感、易应力开裂、耐有机化学品性能差、价格偏高等缺点,这限制了它在诸多领域中的应用。工业上常将PC与其他树脂或增强材料进行共混,以达到改善其成型加工性能、减少制品残余内应力、降低材料成本的目的。

丙烯腈– 丁二烯– 苯乙烯塑料(ABS)  综合了三种单体的性能,其低温抗冲击性能、耐化学药品性及成型加工性能良好,价格相对便宜,被广泛应用于汽车、电器、仪器仪表等领域,但其存在阻燃性能、耐高温性及耐候性较差等缺点。因此,通过共混来优化其性能以扩大应用领域的研究也越来越多。

通过将PCABS熔融共混制备的PC/ABS合金,综合了两种聚合物的优良性能,改善了PCABS在某些性能上的不足。与纯PC相比,PC/ABS合金流动性提高,加工性能更佳,制品应力敏感度下降;与纯ABS相比,PC/ABS的力学性能、耐热性、阻燃性能都有显著提高,因此被广泛应用于生产汽车内饰件、通信设备、电子电器、照明设备等。


6.PBT/ABS

聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)是一种具有多种优良性能,如耐溶剂性、高刚性、短周期注射成型等特点的热塑性工程塑料,广泛用于工业、商业行业,主要用于汽车内饰、家用电器、精密零件等方面。

PBT  优良的物理性能和缺口敏感性,都是由于其半结晶的结构所决定的。由于其良好的流动特性而通常采用注塑的方法成型,在注塑成型过程中,在剪切力和高温作用下,这种半结晶的微观结构通常会导致材料表面和内部之间由于受热不均发生翘曲,进而影响材料的性能。而且PBT作为典型的低缺口冲击强度的脆性材料,显然在工程领域的应用会因此受到很大的限制。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)是一种性能良好的工程塑料,在功能性方面,丙烯腈提供了耐热性和耐化学性,苯乙烯改善了材料的光泽度、流动性和硬度,丁二烯为ABS  树脂提供了较好的冲击强度和断裂伸长率。

通过将ABSPBT共混,不但能够使PBT的缺口冲击强度明显改善,降低其玻璃化转变温度,而且还能保留PBT的耐热性、耐化学品性和耐油性等特点。对ABS/PBT合金体系中添加增韧剂后,使合金的加工窗口变宽,不在受到由于相形态不稳定所引起的对加工条件依赖的束缚。


7.PPO/PA6

聚苯醚(  PPO) 树脂具有良好的力学性能、化学稳定性及耐热性等优点。特别是非晶体性的分子结构,决定了聚苯醚(  PPO)  树脂具有良好的热力学性能。它可在160℃90℃范围内连续工作,高温下的耐蠕变性是热塑性工程塑料中较为优异的。在较宽的温度范围内均能保持良好的力学性能、电性能、耐热性、阻燃性及化学稳定性等。但是纯PPO的致命弱点是熔体粘度高、成型加工性差。

聚酰胺6(  PA6)  是一种性能优异的工程塑料。由于结晶度较高,具有良好的耐溶剂性、较高的力学强度、易于加工等优点。成型加工性能极好,可注塑、吹塑、浇塑、喷涂、粉末成型、机加工、焊接、粘接。同时,存在耐热性较差、因高吸水性造成的制品尺寸稳定性差等缺点,使得其在很多领域的应用受到限制。

为了克服聚酰胺(  PA6) 耐热性较差、因高吸水性造成的制品尺寸稳定性差等缺点,赋予其新的性能,将PA6PPO共混形成合金可以实现优势互补。

PPO/PA6合金是具有代表性的非相容系列聚合物合金。PPO是亲油性高的非结晶材料,PA6是亲水性高的结晶材料。非结晶性的PPO与结晶性的PA6制备成的PA6  /PPO合金是宏观相容,而微观上却是不相容的体系。通过一定的工艺,加入一定的助剂,使其两种材料优势互补,形成PA6  /PPO尼龙合金,因为该合金具有优异的力学性能、尺寸稳定性、耐油性、电绝缘性和耐冲击性,可用于制作汽车外构件,如大型挡板、缓冲垫、后阻流板等。对玻璃化转变温度(  Tg) 要求较高的发动机罩也是PPO/PA6  合金今后的应用方向。


8.POM/TPU

聚甲醛(POM)是一种性能非常优异的热塑性工程塑料,现为五大通用工程塑料之一,其年产量排在尼龙和聚碳酸酯之后,居第三位。POM分子链结构简单规整,无侧基,柔性好,使POM在成型加工过程时结晶速度快,结晶度高。POM具有优良的综合性能。耐疲劳强度在所有塑料制品中最高,抗反复冲击性好,几何尺寸稳定性好。大多数高分子材料普遍存在耐蠕变性差的问题,但POM却具有良好的抗蠕变性,而且在较宽的使用温度范围内仍能保持稳定的机械性能,即使在低温条件下其几何稳定性、抗蠕变性和抗冲击性也很优异,具有较高的热变形温度,可在-40~120范围内长期使用。而且其自润滑性、着色性、绝缘性好,耐化学腐蚀性强,吸水性小。被赋予"金属塑料"的美誉,广泛应用于汽车、航天、电子通讯等方面。

然而,正是由于生产过程中POM极易结晶并成为大球晶,在使用过程中受到冲击时,容易成为应力集中点,引发裂缝并造成制品的破坏,限制了POM向对韧性要求严格的领域发展。受到结晶度高的影响,POM在生产过程中,成型收缩率较大,影响制品的尺寸精度。另一方面,POM分子链中的C-O键受热容易断裂,致使耐紫外性、耐候性、抗老化性差,限制了其在室外的使用寿命。由于POM的结晶度很高,其产品内部容易残留大量的内应力,当材料受到外力冲击时,往往脆性断裂的方式遭到破坏。

POM进行增韧改性,提高它的耐冲击性,有利于POM作为结构性工程材料得到广泛应用。通常,增韧POM采用热塑性弹性体提高冲击强度或添加部分成核剂来减小POM的球晶尺寸,降低缺口敏感性。通过向POM中加入聚氨酯弹性体(TPU)、可达到增初改性的目的。POM/TPU合金不仅保留了POM的耐溶剂、耐疲劳和耐应为开裂的性能,又大大提高了抗冲击初性。


1:  市场上主要的塑料合金品种及性能特点

品种

组成

性能特点

主要用途

聚乙烯

系列合金

HDPE/LDPE

LLDPE/LDPEPE/EVA

PE/CPE

PE/PA

HDPE强度大, 与LDPE柔软性可互补

LLDPE高拉伸强度、耐穿性与LDPE良好加工性互补

改进PE的柔软性、加工性、透气性及印刷性

提高PE 的耐燃性、韧性及印刷性

提高PE 对氧及烃类溶剂的阻隔性

用于制造容器、薄膜

用于生产高强度超薄地膜

用于泡沫塑料的制造

用于耐燃PE制品的制造

用于制造容器

聚丙烯

系列合金

PP/PE

PP/EPR

PP/SBS

PP/NBR

PP/PA

改善PP的韧性

提高PP的韧性, 耐低温脆裂性

提高PP的冲击强度

耐油性卓越, 韧性较好

改善PP耐磨性、耐热性和着色性

用于注塑成型制品

用于制造汽车保险杠等工程部件

用于制造抗冲制品

用于耐油抗冲制品

用于生产工程制品

聚氯乙烯

系列合金

PVC/EVA

PVC/CPE

PVC/NBR

PVC/ABS

PVC/ACR

改善PVC的柔韧性

提高PVC冲击强度,共混物具有良好阻燃性、耐候性

抗冲、耐油性优良

综合PVC阻燃、耐腐蚀、价廉与ABS抗冲、易加工优点

有改进PVC 韧性及加工性两种类型

用于生产柔性好、耐寒性较好的PVC管、板等制品

用于制造异型材、管、板等制品

用于生产管、卷材、泡沫塑料、密封件等制品

用于制造机械零部件、纺织器材、箱包等

适宜制造透明、抗冲制品

聚苯乙烯

系列合金

PS/PPO

ABS/PVC

改善PS耐热性、抗冲性、耐环境应力开裂性和尺寸稳定

改善ABS 阻燃性、耐腐蚀性

用于制造抗冲、透明制品

适宜制造阻燃电器材料、工业零部件

工程塑料

合金

PA/PE(PP)

PA/ABS

PA/PPO

PC/PE

PC/ABS

PPO/PA

改善PA的吸湿性大、湿态强度低的缺点

此合金具有较PA高的热变形温度, 同时加工流动性好

冲击强度, 抗蠕变能力强, 尺寸稳定性好, 耐热性高

抗冲性、耐沸水性、耐候性均优

具有良好的抗冲性、刚性、耐挠曲性

优良的力学性能、耐热性、耐油性和尺寸稳定性

适宜制造在潮湿环境下使用的机械零部件

用于生产汽车及一般工业零部件

用于制造机械零部件

适宜制造机械零部件、板、管、安全帽等

用于制造汽车、机械零部件

用于制造汽车外装材料