新材料行業——改性工程塑料培訓教程—（5）改性塑料的發展前景

蕪湖

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NewMaterialTechnologyCentre改性塑料什么是改性塑料？改性塑料就是給塑料改變一下性質。在通用塑料和工程塑料的基礎上，通過物理、化學、機械等方式，經過填充、共混、增強等加工方法，改善塑料的性能或增加功能，對塑料的阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性等機械性能得到改善和提高，使得塑料能適用在特殊的電、磁、光、熱等環境條件下。改性塑料普通塑料改性2010-2015年中國改性塑料市場需求（百萬噸）2010年，中國對改性塑料的需求量超過500萬噸，預計在未來5-10年內，改性塑料市場需求將保持10%的年增長率，預計2015年改性塑料需求總量將達到1040萬噸。改性塑料的需求量塑料改性的意義：1、提高塑料產品的功能——獲得具有獨特功能新型高分子化合物為了滿足某種用途的要求，如耐老化、阻燃、抗靜電等。開發一種全新結構的高分子化合物有時是不可能的，有時則可能耗資巨大，而采用塑料改性技術則可輕而易舉的解決。3、價格優勢——降低塑料制品的成本：由于塑料原材料——樹脂價格的持續高漲、競爭日趨激烈。塑料改性能夠在保證使用性能要求的前提下降低塑料制品的成本。因此通過塑料改性技術，盡可能降低原材料費用，將會使總成本顯著下降，從而給生產企業帶來巨大經濟效益。2、拓寬塑料的應用面——“以塑代鋼、以塑代木”“以塑代鋼”在很多行業都已顯現出來，而現階段要找出一種大規模替代塑料制品的材料幾乎是不可能的。通過改性的塑料部件不僅能夠達到一些鋼材的強度性能，還具有質輕、色彩豐富、易成型等一系列優點。4、提高塑料產品技術含量——增加附加值；例如：剛性粒子增韌，同時實現材料的高韌性和高剛性。措施：將經過特殊表面處理的無機礦物顆粒在填充到塑料中后，使填充材料獲得與加入橡膠或熱塑性彈性體相同水平的增韌效果，但材料的剛性與模量并未受到較大影響，遠遠高于橡膠或熱塑性彈性體改性的材料，具有極為重要的應用價值。

改性塑料是涉及面廣、科技含量高、能創造巨大經濟效益的一個塑料產業領域。

塑料改性技術將是塑料工業發展的必然途徑，是新材料可持續發展的創新點和動力源。塑料改性技術的應用范圍為了降低塑料制品的成本，改善性能，提高功能，都離不開塑料改性技術。

塑料改性的應用范圍也很廣泛,幾乎所有塑料的性能都可通過改性方法得到改善。如塑料的外觀、透明性、密度、精度、加工性、機械性能、化學性能、電磁性能、耐腐蝕性能、耐老化性、耐磨性、硬度、熱性能、阻燃性、阻隔性等方面。1、從原料樹脂的生產到從多種規格及品種的改性塑料母料的生產；2、應用于幾乎所有的塑料制品的原材料與成型加工過程中。塑料改性方法化學改性：在聚合物分子鏈上通過化學方法進行嵌段共聚、接枝共聚、交聯與降解等反應，或者引入新的官能團而形成特定功能的高分子材料。物理改性：原則上不發生化學反應，主要是物理混合過程。在物理改性過程中往往也伴隨有化學反應的發生。近些年來，隨著改性技術的進步與發展，化學改性也越來越受到人們的重視。塑料改性化學改性交聯與降解嵌段共聚,接枝共聚,物理改性填充改性共混改性塑料主要改性技術手段:填充：通過給普通塑料加入無機礦物（有機）粉末，改善塑料材料的剛性、硬度、耐熱性等性能。填充劑種類繁多，其特性也極復雜，

塑料常用填充劑有機填料無機填料纖維素類木粉陶土、滑石、硅藻土、二氧化硅、蒙脫土碎布金屬、金屬氧化物織物纖維石棉紙張炭黑熱固性樹脂中空球碳酸鈣塑料填充劑(fillerforplastics)的作用：

塑料增量填充劑應具備的特性：(1)化學性質不活潑，呈惰性，不與樹脂及其他助劑發生不良反應；(2)不影響塑料的耐水性、耐化學藥品性、耐候性、耐熱性等；(3)不降低塑料的物理性能；(4)可以大量填充；(5)相對密度小，對制品的密度影響不大；(6)價格相對低廉。塑料填充劑增量填充劑(或增量劑)增強填充劑(或增強劑)提高塑料加工性能、改進物化性質、增加容積、降低成本。增強：增強原理：增強材料具有較高的強度和模量，樹脂具有許多固有的優良物理、化學(耐腐蝕、絕緣、耐輻照、耐瞬時高溫燒蝕等)和加工性能。樹脂與增強材料復合后，增強材料可以起到增進樹脂的力學或其他性能，而樹脂對增強材料可以起到粘合和傳遞載荷的作用，使增強塑料具有優良性能增強材料(纖維狀)金屬材料非金屬材料高分子材料：芳香族聚酰胺纖維玻璃纖維碳纖維石棉纖維硼纖維2、效果：可以明顯改善材料的剛性、強度、硬度、耐熱性，3、不良影響：但很多材料會導致表面不良和韌性明顯降低。1、措施：通過在加入玻璃纖維、碳纖維等纖維狀物質，增韌：有較多的材料韌性不夠、太脆，可以通過加入韌性較好的材料或者超細無機材料，增加材料韌性和低溫使用性能。常用增韌劑：多為馬來酸酐接枝相容劑：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA)、氯化聚乙烯(CPE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯熱塑性彈性(SBS)、三元乙丙橡膠(EPDM)......，都是用于塑料特別是工程塑料上效果顯著的增韌劑。

顆粒塑料增韌劑液體透明塑料增韌劑增韌劑：為了降低塑料硬化后的脆性提高其沖擊強度和延伸率而加入樹脂中的一種添加劑。阻燃：在較多的場合，要求材料有阻燃性，比較常用的場合是電子電器，汽車行業也有阻燃要求，但一般較低。阻燃可以通過加入阻燃劑實現。大多數塑料具可燃性。隨著塑料在建筑、家具、交通、航空、航天、電器等方面的廣泛應用，提高塑料的阻燃性已成為十分迫切的課題。阻燃劑：又稱難燃劑，耐火劑或防火劑：賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑；它們大多是元素周期表中第ⅤA(磷)、ⅦA(溴、氯)和ⅢA(銻、鋁)族元素的化合物；具有抑煙作用的鉬化合物、錫化合物和鐵化合物等亦屬阻燃劑的范疇主要適用于有阻燃需求的塑料，延遲或防止塑料尤其是高分子類塑料的燃燒。使其點燃時間增長，點燃自熄，難以點燃。阻燃劑添加型阻燃劑無機阻燃劑、鹵系阻燃劑(有機氯化物和有機溴化物)、磷系阻燃劑(赤磷、磷酸酯及鹵代磷酸酯等)氮系阻燃劑......含反應性官能團反應型阻燃劑有機鹵有機磷

阻燃劑（按成分分類）類型無機阻燃劑有機阻燃劑主要成分氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻、硼酸鋅、赤磷等鹵代烴、有機溴化物、有機氯化物、磷酸酯、鹵代磷酸酯、氮系阻燃劑、氮磷膨脹型阻燃劑等工程塑料用阻燃劑氫氧化鎂六溴環十二烷

阻燃劑（按類型分）類型添加型反應型主要成分氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻、硼酸鋅、赤磷、磷酸酯和含鹵磷酸酯、鹵代烴、含阻燃元素的單體：用于聚酯的鹵代酸酐；用于環氧樹脂的四溴雙酚A；用于聚氨酯的含磷多元醇優點使用方便、適應性強對塑料性能的影響較小缺點添加量達10%～30%，影響塑料的性能阻燃原理1、吸熱作用任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那么火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用于將已經氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的抑制。在高溫條件下，阻燃劑發生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度,有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。2、覆蓋作用在可燃材料中加入阻燃劑后，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機阻磷類阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒過程。3、抑制鏈反應根據燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑，它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發出來。此時含鹵阻燃劑與熱分解產物同時處于氣相燃燒區，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。4、不燃氣體窒息作用阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續進行，達到阻燃的作用。塑料阻燃等級塑料阻燃等級：由HB，V-2，V-1，V-0，5VB向5VA逐級遞增。HB：UL94標準中最低的阻燃等級。可燃性UL94等級——是應用最廣泛的塑料材料可燃性能標準。它用來評價材料在被點燃后熄滅的能力。根據燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。測試樣品厚度燃燒速度3—13毫米小于40毫米/分鐘小于3毫米小于70毫米/分鐘，或者在100毫米的標志前熄滅汽車內飾材料阻燃性能測試儀V-2，V-1，V-0，5VB，5VA阻燃標準等級測試方法火焰熄滅時間抗滴能力V-2樣品進行兩次10秒的燃燒在60秒內可以有燃燒物掉下，滴落的微粒可點燃棉花V-1樣品進行兩次10秒的燃燒在60秒內不能有燃燒物掉下，滴落的微粒不可點燃棉花V-0樣品進行兩次10秒的燃燒在30秒內不能有燃燒物掉下，滴落的微粒不可點燃棉花5VB樣品進行五次5秒的燃燒60秒內滴落的微粒不可點燃棉花，塊狀樣品允許被燒穿5VA樣品進行五次5秒的燃燒30秒內滴落的微粒不可點燃棉花，塊狀樣品不允許被燒穿耐寒（耐候）：一般指塑料在低溫下的耐寒能力，由于塑料固有的低溫脆性，使塑料在低溫下變脆，所以像汽車里面的塑料件，一般要求耐寒。針對各種材料及不同使用情況制訂了各種耐候性的測定方法，如各種老化試驗，模擬天然的氣候條件，進行試驗。涂層耐候性試驗又稱大氣曝曬試驗，考核涂料本身對大氣的耐久性。皮革耐候性可在模擬自然氣候的耐候試驗箱（或老化箱，加速耐候儀）內進行測定。耐候性：是指塑料制品因受到陽光照射,溫度變化,風吹雨淋等外界條件的影響,而出現的褪色,變色，失去光澤,龜裂,粉化和強度下降等一系列老化的現象。紫外線照射是促使塑料老化的關鍵因素。紫外線加速耐候試驗機塑料合金：塑料合金是利用物理共混或化學接枝、共聚的方法，將兩種或多種材料制備成高性能、功能化、專用化一種新材料，達到改善一種材料的性能或兼具兩種材料特性的目的。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，使用廣泛，生產技術被普遍掌握，工程塑料合金：泛指工程塑料(樹脂)的共混物，主要包括以PC、PBT、PA、POM(聚甲醛)、PPO、PTFE(聚四氟乙烯)等工程塑料為主體的共混體系，以及ABS樹脂改性材料。PC/ABS合金的產量每年都以10%左右的速度增長，其增速在塑料領域中排在前列。目前，PC/ABS合金化研究已經成為高分子合金研究熱點。塑料合金的應用領域：廣泛用于汽車、電子、精密儀器、辦公設備、包裝材料、建筑材料等領域。它能改善或提高現有塑料的性能并降低成本，改性塑料的優勢

改性塑料憑借優越的性價比在越來越多的下游領域得到應用，改性塑料的應用已經成為一種消費趨勢，而這種趨勢背后隱含了如下五種因素：

1、提高性能：塑料綜合性能的提高為其下游領域的廣泛應用提供了基礎。

與其他材料相比，塑料得益于生產效率高、密度低等優勢，具有更低的成本，單位體積塑料的成本僅為金屬的十分之一左右。

2、降低成本：我國推行的“3C”強制認證制度，對目錄內產品的安全性能進行了嚴格的規定，從而推動了阻燃塑料在家用電器、IT、通訊等領域的廣泛應用。3、政府政策：傳統塑料的優勢改性塑料的優勢密度小、耐腐蝕高強度、高韌度、高抗沖、耐磨、抗震4、消費升級：隨著生活水平的提高，人們開始追求更加卓越的產品性能，要求家電等產品更加美觀、安全、耐用，從而對上游的塑料行業提出更高的要求，要求其具有更好的加工性能、力學性能、耐用性和安全性。

5、技術因素：目前世界上已經發現1000多種聚合物，但真正有應用價值的只有幾十種，開發新的聚合物不僅投資巨大，而且應用前景不明朗；相反，改性技術的成功開發不僅可以提高現有聚合物的性能以適應產業的需求，同時可使一些高價工程塑料的成本降低，成為發展塑料工業的有效途徑。圖表：改性塑料的主要細分類別、消費群體及市場應用情況大類細分消費群體具體應用阻燃樹脂類阻燃高抗沖聚苯乙烯樹脂、阻燃聚丙烯樹脂、阻燃ABS樹脂等電視機制造企業、電腦制造企業、辦公電器（打印機、復印機、傳真機等）企業、燈飾企業、電工企業、音響廠等制造各種產品的外殼、內部零件、周邊器材（接插件、配電盤、插頭）等強增韌樹脂類耐候增韌PP專用料家電企業，汽車零部件企業等生產家電及汽車產品內部零件玻纖增強熱塑性塑料電腦配件企業、機械零部件企業、電動工具企業、燈具企業等制造電腦配件、機械零部件、電動工具及燈具零部件塑料合金類PC合金產品電工企業、計算機制造企業、辦公電器（打印機、復印機、傳真機等）企業、汽車配件廠等生產汽車儀表面板、計算機和辦公室自動化設備、電動工具外殼、蜂窩電話等PVC合金產品家電廠商、電子電器廠商等家電外殼、電器開關、電表外殼、燈飾材料、通訊網絡、建材等聚酯合金產品等汽車、家電、電動工具等企業汽車零部件、家電零件、電動工具零件等功能色母類高抗沖聚苯乙烯增韌阻燃色母料電視機制造企業、音響廠等制造電子、電器產品的外殼等1、阻燃樹脂類：

阻燃塑料產品可大大減少發生短路、過載、水浸等情況時產生火災的風險。阻燃高抗沖聚苯乙烯阻燃聚丙烯阻燃ABS阻燃樹脂類阻燃等級UL94V0級UL94V1級UL94V2級UL94HB級阻燃樹脂類應用于：電視機制造企業電腦制造企業打印機、復印機、傳真機等企業燈飾企業、電工企業、音響廠等。制造的產品:外殼、內部零件、接插件、配電盤、插頭2、增強增韌樹脂類：主要分為耐候增韌PP專用料、玻纖增強熱塑性塑料等產品。1）耐候增韌PP專用料：耐候增韌PP專用料是一種具有工程塑料特性的聚丙烯新材料，具有低溫韌性好、成型收縮率小、剛性高、耐候性強等優點，主要用于需耐氣候、紫外線的戶外環境。其主要消費群體有家電企業，汽車零部件企業等。2）玻纖增強熱塑性塑料類：產品主要有玻纖增強AS/ABS、玻纖增強PP、玻纖增強尼龍、玻纖增強PBT/PET、玻纖增強PC、玻纖增強PPE/PPS等其主要消費群體有電腦配件企業、機械零部件企業、電動工具企業、燈具企業等。3、塑料合金類：主要分為PC合金、PVC合金以及聚酯合金等。

PC合金產品特點：沖擊強度高、抗蠕變性、耐熱、吸水率低，無毒、介電性優良等特點。PC合金應用：汽車儀表面板、計算機和辦公室自動化設備、電動工具外殼、蜂窩電話等。

PVC/ABS合金：以PVC和ABS為基體，添加增韌劑、潤滑劑、穩定劑、阻燃劑等多種改性劑生產而成，性能優勢：優異的力學性能、耐候性能、加工流變性能，制品表面光澤好，注塑、擠出效果好，是一種性價比極為優異的合金材料。應用范圍：可以替代阻燃耐候ABS、PC等，應用于家電外殼、電器開關、電表外殼、燈飾材料、通訊網絡、建材等方面。聚酯合金：具有優異的機械性能（耐疲勞）、尺寸穩定性、耐化學試劑、耐環境應力開裂的能力，應用范圍：汽車、家電、電動工具等領域。

4、功能色母類：主要是指高抗沖聚苯乙烯增韌阻燃色母料。高抗沖聚苯乙烯增韌阻燃色母料/高抗沖聚苯乙烯樹脂1：2～1：30混合注塑電子、電器產品（電視機、音響、電子器件等）的外殼功能色