高分子材料的配方设计

①助剂与树脂的相容性
用于配方中的助剂要与树脂有良好的相容性， 这样才能均匀地分散于树脂中，同树脂有机地结合 在一起，从而发挥其应有的作用。
②助剂对制品性能的影响
1）助剂发挥作用的同时常常会伴随有副作用； 2）助剂的使用常受到最终用途的制约
③充分发挥助剂间的协同效应
在稳定剂、阻燃剂中特别显著，通常需要几种 稳定剂按一定比例构成防老化体系时才能达到满意 的结果
（2）改善成型加工性能
有些树脂加工性能不好，需要加入加工助剂
如PVC，其熔点和分解温度接近，加工时容易分解， 加入增塑剂，降低熔点，加入稳定剂提高其分解温度， 拓宽加工温度。
如LLDPE，熔体粘度大，导致难以加工出合格制品， 常加入有机含氟弹性体，低分子蜡等加工助剂，以改 善其加工性能。
（3）降低成本
第三章 高分子材料的配方设计
深圳大学材料学院
3.1 高分子材料制品设计 3.2 配方设计原则和步骤 3.3 配方表示方法 3.4 配方设计方法 3.5 配方实例
3.1 高分子材料的制品设计
• 制品设计是在对制品形状、结构和使用性能科学的 预测和判定的前提下，通过充分把握并正确选用高 分子材料，制定出一套完整的制品制造过程的实施 方案和程序。
（3）直接质量表示法 根据设备生产能力，直接用配方各组分所用质量 来表示。直观、但看不出比例关系；生产上常用。
（4）质量、体积混合表示法 将含量大的固体组分用质量表示，含量小的液体组 分用体积表示。只用于含少量液体的配方。
（5）体积百分含量表示法 如果知道各组分的密度和质量，则可以折算成体
积百分数来表示。
可靠，价格合理； （4）配方成本应在满足上述三条的前提下，尽量选
用质量稳定可靠、价格低的原材料；必要时采用 不同品种和价格的原材料复配；适当加入填充剂， 降低成本。
（5）充分考虑助剂与树脂及多种助剂之间的相互联系 与作用
制品需要什么性能，相应选取何种助剂。以高密 度聚乙烯(HDPE）桶而言，用于装油品，要进行耐油 改性；用于装碳酸饮料，要进行阻隔改性；用于装光 敏药品时，要涂成黑色。再如PP注射椅子，用在北方 要进行低温冲击改性，用在矿井下，要进行防静电、 阻燃处理。
⑧助剂的毒性
大部分助剂都有毒性或低毒性。对于同食品及药品 接触的塑料制品，要求无毒或低毒时，选择的助剂也 应无毒。如对稳定剂而言，要选择无毒时，一般选 Ca/Zn等无毒稳定剂品种。
环保：镉(Cd)：＜100ppm ；铅(Pb)：＜1000ppm ；汞(Hg)：
＜1000ppm； 六价铬(Cr6+)：＜1000ppm 溴含量＜1000ppm
• 制品设计必须贯彻 “实用、高效、经济” 的原则， 即制品的实用性应强、 成型加工工艺性应好、生产 效率要高、成本要低，可满足人类持续发展的要求。
制品设计的 一般程序
3.2 配方设计的原则和步骤
3.2.1 配方设计的意义
• 配方设计是一个富于挑战性的、专业性很强的技术 工作。因此，配方设计绝不是各种原材料之间简单 的、经验性的组合，而是在对高分子材料结构与性 能关系充分研究基础上综合的结果。
3.3 高分子材料配方表示方法
（1）相对质量份数表示法
以主体成分树脂的加入量为基准(100质量份)， 配方中其他组分以树脂的含量为参照，以其占树脂 质量的百分比来表示（phr: per hundred resin）。
（2）质量百分含量表示法 将整个配方各组分的总质量定为100分，配方中
各他组分以总质量为参照，以其占总质量的百分比 来表示。
• 配方设计是制品设计的核心部分，只有好的配方设 计，再加上结构设计、工艺设计等要素的配合，才 能获得好的制品。
3.2.2 配方设计目的 （1）改善树脂的内在性能
功能化：阻燃性；抗静电性；导电性；阻隔性； 高性能化：降解改性；增强；增韧；耐老化性；
耐磨；耐热； 改善外观； 发泡：降低成本，降低比重，隔音，隔热
物美价廉是每一个设计时的首选目标，在满足制品 需求性能时，其价格越低越好。降低成本的方法主 要两种，即填充法和发泡法。 填充法：简单方便，添加量稍大易造成性能下降、比 重大； 发泡法：复杂，难以控制，但可以降低比。
3.2.3 配方设计的原则
（1）制品的性能要求； （2）成型加工性能的要求； （3）选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定
3.2.4 配方设计的步骤
① 在确定制品性能和用途的基础上，收集高分子化 合物和添加剂等各种原材料的资料，初定产品形状、 尺寸及各部件的作用及成型加工方法。 ② 初选材料，并进行配方设计及试验，先可设计若 干个配方，进行小样压片试验，通过性能测试初定 合格的配方，再进行扩大试验，确定加工性能；
③ 依获得的材料性能数据或凭经验，进行结构设计 （壁厚及其他尺寸）； ④ 制成实物模型，进行实样试验或模拟试验； ⑤ 再设计与再试验。如性能不合格，需再筛选配方； ⑥ 依模型试验和制品成本，进行最终选材和配方设计； ⑦ 材料规范化 （原材料规格、牌号、产地、验收标准、 监测项目和监测方法等）。
塑料配方的计量表示法比较实例
百度文库
原材料
⑥助剂的来源与成本
对于一个配方而言，除考虑其性能外，主要考虑其 来源与成本。在同等性能条件下，要选择来源广、产 地近、价格低的品种。
⑦制品的透明性
如果制品要求透明，所选助剂应不影响其透明性。 一般助剂的折光指数与树脂越相近，对制品的透明性 能影响超小。无机助剂大都影响制品的透明性。只有 云母、硼酸锌等品种不影响透明性或影响极小。
与此同时需要防止配方中出现对抗效应
④助剂的耐加工性
助剂大都为小分子物质，其热分解温度不太高， 特别是小分子有机助剂，更易于分解。对于小分子 液体助剂，易在加工中蒸发。因此，在选择固体助 剂时，要保证其在加工中不能热分解(发泡剂除外)。 在选择液体助剂时，要保证在加工时不逸出。
⑤根据加工方法选择
不同的加工方法，要求加入的助剂品种不同。如 PVC薄膜，可以用吹塑法和压延法两种方法生产。两 种不同的加工方法，对润滑剂的要求不同。吹塑法常 选内润滑剂，加入量少；而压延法常选外润滑剂，且 加入量稍大。