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改性塑料是指通過物理、化學、機械等方法,改善或增加其功能,在電、磁、光、熱、耐老化、阻燃、機械性能等方面達到特殊環境條件下使用的功能。改性塑料可以降低塑料制品的成本,提高其本身不具備的功能性。
塑料表面改性的目的主要可分為兩大類:一類是直接應用的改性,另一類是間接應用的改性。
(1)直接應用的塑料表面改性直接應用改性是指可以直接獲得應用的一些改性,具體有表面光澤度、表面硬度、表面耐磨性及摩擦性、表面防老化、表面阻燃、表面導電及表面阻隔等。塑料表面這方面的改性近年來開發應用很快,如在塑料阻隔改性方面,表面阻隔改性占有很重要的地位。
(2)間接應用的塑料表面改性間接應用改性是指為直接應用打基礎的一些改性,具體如為改善塑料的粘接性、印刷性及層化性等而進行的提高塑料表面張力的改性。例如,以塑料電鍍為例,未經表面處理的塑料品種只有ABS的鍍層牢度能達到要求;尤其聚烯烴類塑料品種,鍍層牢度十分低,必須進行表面改性以提高與鍍層的結合牢度,方可進行電鍍處理。
一些改性塑料常見填充及其效果
填充物質 |
效果 |
碳酸鈣(重鈣、輕鈣) |
增量降低成本、提高抗沖擊性能 |
滑石粉 |
增量降低成本,提高剛性和耐熱性、提高尺寸穩定性 |
云母粉 |
顯著提高剛性和耐熱性,提高尺寸穩定性和耐高溫蠕變性 |
煅燒高嶺土 |
提高電絕緣性 |
硅灰石 |
有一定增強效果、提高表面硬度 |
硫酸鋇 |
提高制品表面光澤、增大材料密度 |
氫氧化鋁 |
作為阻燃劑使用,達到填充、阻燃、消焰三重效果 |
炭黑 |
制作導電塑料,達到永久抗靜電效果,提高耐光照老化性 |
金屬粉 |
制作導電塑料,達到永久抗靜電效果 |
木粉 |
降低成本、有利資源再生利用 |
石墨 |
提高潤滑性、減小摩擦力 |
常見改性塑料的改性有:
一、塑料的硬度和柔性改進
(1)添加改進塑料的硬度是指在塑料中加入硬質添加劑的一種改性方法。常用的硬度填加劑為剛性無機填料及纖維。
(2)塑料的表面硬度改進方法是指只改善塑料制品外表的硬度,而制品內部的硬度不變。這是一種低成本的硬度改進方法。這種改性方法主要用于殼體、裝飾材料、光學材料及日用品等。這種改性方法主要包括涂層、鍍層及表面處理三種方法。
(3)共混與復合改進塑料的硬度:①塑料共混改進方法即在低硬度樹脂混高硬度樹脂,以提高其整體硬度。常見的共混樹脂有:PS、PMMA、ABS等,需要改性的樹脂主要為PA、PP等。②塑料復合改進硬度的方法即在低硬度塑料制品表面上復合一層高硬度樹脂。此方法主要適合于擠出制品,如板、片、膜及管材等。常用的復合樹脂為PS、PMMA、ABS等。
(4)添加增塑劑改進塑料的柔性:增塑劑的主要作用是改善樹脂的加工性,即降低加工溫度,改善加工流動性。但其加入到相關的樹脂中,還可以賦予制品以柔性。適用于增塑劑進行改進柔性的樹脂有:PVC、PA、ABS等。
二、塑料的增強
塑料的增強一般是添加補強填料和纖維。大部分常規填料直接添加到樹脂中,會引起塑料的拉伸強度下降。但有些經過表面獨步一時的或直接添加的特殊填料不但不引起拉伸強度的下降,反而會在一定程度上提高拉伸強度,我們稱這類填料為補強填料。補強填補的增強改性遠不及增強纖維,只可用于一些強度要求不太高的場合。塑料添加纖維增強方法是最常用且有效的增強方法。增強用纖維類材料是塑料用最主要的增強材料,其用量可占整個增強材料的90%以上。增強用纖維類材料包括纖維和晶須兩大類,具體品種主要有:無機類(如玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、晶須、石英纖維、石墨纖維及陶瓷纖維等)、有機類(如PAN纖維、聚乙烯纖維、PA纖維、PC纖維、PVC纖維及聚酯纖維等)、金屬類(如硼纖維及鋁、鈦、鈣等金屬晶須等)。
四、塑料的熱學性能和阻燃性能改進
影響塑料制品使用的熱學性能主要為耐熱溫度和耐低溫溫度。耐熱溫度主要可用熱變形溫度、馬丁耐熱溫度及維卡軟化點表示;而耐低溫溫度一般可用脆化溫度表示。在所有填料中,除有機填料外,大部分無機礦物填料都可明顯提高塑料的耐熱溫度。常用的耐熱填料有:碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、云母、煅燒陶土、鋁礬土及石棉等。例如,云母的最高使用溫度可達1000攝氏度,是最有效的耐熱改性填料。另外,塑料的增強改變耐熱性效果比填充還要好,這主要是因為大部分纖維的耐熱溫度十分高,熔點大都超過1500攝氏度。常用的耐熱纖維主要有:石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維、晶須、聚酰胺纖維及丙烯酸酯纖維等。
大多數塑料的阻燃性都不是十分好,塑料配方中需要添加阻燃劑。阻燃劑,它是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰傳播的助劑。此外,還需要天添加抑煙劑輔助。
五、塑料成本降低
降低塑料的成本會使用一些改性方法降低成本。主要的方法有添加填料、共混廉價樹脂等。
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