第5章成型物料的配制

第5章成型物料的配制
成型加工用的物料大多是粒料和粉料，一般的成型工 艺多采用粒料。粒料和粉料都是聚合物（树脂）和添加 剂配制而得的。
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选择添加剂的种类和用量要根据塑料性能的要求和 成型工艺需要而定。加入的具体品种，要以能相互发挥 为原则，要避免彼此抑制。
主要的添加剂有：增塑剂、防老剂、填料、润滑剂、 着色剂、固化剂等。
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应具备的条件： 1.与树脂相容性良好，能均匀分散于树脂中； 2.具有一定的耐热性； 3.具有良好的光和化学稳定性，耐酸性、耐溶剂性良好
； 4.具有鲜明色彩和高度的着色力； 5.在加工机械表面不应有粘附现象等。
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七、固化剂 在热固性塑料成型时， 有时需要加入一种可以使树脂 完成交联或加快交联反应的物质；如环氧树脂中加入的二 元胺、二元酸酐等，常称为固化剂（或交联剂）。
➢ 可形成分子内氢键，当吸收光能后，氢键被破坏，吸收的能 量可以由热能的形式放出，氢键恢复，继续发挥作用。 ➢ 羟基二苯甲酮。
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• ②淬灭剂： ➢ 通过转移聚合物分子吸收紫外光而产生的“激发态能”，从 而避免由此而产生游离基而使聚合物进一步降解(镍螯合物)。 ➢ 2,2’-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍盐
➢ 消除这些重金属离子催化作用的方法是加入适量的螯合剂， 如亚磷酸的烷酯和芳酯（亚磷酸三苯酯、亚磷酸－苯二异
辛酯）及顺丁烯二酸酯类等。
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四、填料 为了改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些技 术指标，赋予塑料制品某些新的性能，或为了降低聚 合物的单耗、制品的生产成本，在塑料中加入的一类 物质称填料。
低温性能。 ➢ 在PVC中加入季戊四醇酯，改善制品的耐热性。 ➢ 对于无毒制品（食品袋、输血袋）必须采用无毒增
塑剂（磷酸二苯辛酯）。
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三、防老剂
• 聚合物在成型加工过程或长期使用和贮存过程中，会因各 种外界因素（如光、热、氧、射线、细菌、霉菌等）的作用而 引起降解或交联，并使聚合物性能变坏而不能正常使用。 • 为防止或抑制这种破坏作用而加入的物质统称防老剂。主要 包括稳定剂、抗氧剂、光稳定剂等。
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填料按其来源来分，有无机填料和有机填料两种。 按其形式可分为粉状、纤维状和片状填料三种。 粉状填料主要有木粉、石棉粉、滑石粉、硅藻土、炭黑 粉；纤维状填料常用石棉、玻璃纤维等；片状填料常用 纸、棉布、玻璃布等。填料的用量通常为塑料组成的 40%以下。
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五、润滑剂 为了改进塑料特别是热塑性塑料在成型加工时的流动性 和脱模性，以提高制品性能而添加的一种助剂，称为润滑剂 ；与润滑剂相似的是仅为了避免对塑料、金属设备的粘附和 便于脱模，在成型时涂于与塑料接触的模具表面的物质，称 为脱模剂。
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六、着色剂 为了使塑料制品获得鲜艳夺日的颜色，增进美观而加入
的有色物质均可以叫做着色剂。例如，电线要有各种颜色的 区别，医疗用的塑料必须是白色的，就是工业用塑料，也是 有各种色泽的。
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n 着色剂常为油溶性的有机染料和无机颜料； n 染料大多能溶于水或特殊溶液中，或者借助于适当的 化学药品而具有可溶性，它不但使被染物表面有着色现 象，而且内部也被侵入。
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②辅助抗氧剂 • 辅助抗氧剂基本上是有机硫化物和亚磷酸酯类。
O
抗氧剂DLTP：硫代二丙酸二月桂酯
抗氧剂 RC 626： 双(2,4-二叔丁基苯基)季 戊四醇二亚磷酸酯
协同：分解生成的过氧化物
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（3）抑制聚合物的光降解作用－光稳定剂
①紫外线吸收剂： • 能吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能，防止聚合物的老 化降解。
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混合：使两种组分相互分布在各自所占的空间内，也就是 使各种组分所占空间的最初分布发生变化。 分散：指混合中一种或者多种组分的物理特性发生了一些内 部变化的过程，如颗粒尺寸减小或溶解在溶剂中。
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混合过程中物料所占空间的变化
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分散作用示意图
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润滑剂根据其作用不同分为内润滑剂和外润滑剂。 内润滑剂和聚合物具有一定的相溶性，加入后可减少聚 合物分子间的内聚力，降低其熔体粘度，削弱聚合物间 的内摩擦。常用的内润滑剂是硬脂酸及其盐类、硬脂酸 丁酯、硬脂酸胺等。
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n 外润滑剂与聚合物的相溶性差，成型中易从内部析至 表面而粘附在设备的接触表面，形成一润滑剂层，降低 了熔体与接触表面的摩擦。属于这类的有硬脂酸、石蜡
①主抗氧剂
•
• 常用：酚类（对苯二酚、二叔丁基对甲氧酚、抗氧剂 1010）、仲芳胺两类化合物，但胺类因污染变色性大而较 少使用，酚类最常用。其中高分子量和低挥发性多元酚类 抗氧剂是近20年来的开发重点。
作用原理：氢原子给予体，能使自由基R·或RO · 稳定化，自身变成一个活性低的、但又能捕获其他活性 基团的稳定自由基，从而使链式反应终止。
、 硅油和矿物油等。
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润滑剂的用量： 通常小于1%，使用过多，超过其相溶性时，容易造
成从制品表面析出，影响外观；用量过少又起不到润滑 的作用。
润滑剂的作用机理： 减少聚合物ຫໍສະໝຸດ Baidu子间和聚合物分子与设备间的摩擦，
物料受到的剪切变得比较均匀，流动比较平稳。
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n 润滑剂应具备的条件： n （1）相容性适中； n （2）分散性良好； n （3）热稳定性和化学稳定性好； n （4）不影响产品的物理力学性能； n （5）表面张力小，黏度小； n （6）无毒、价廉，不腐蚀设备。
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n （二）分子量分布 n 分子量分布增宽，材料多数力学性能、热性能降低； 它还影响配料过程和材料的加工性能。 n 分子量分布一般用重均分子量Mw与数均分子量Mn的 比值表示Mw/ Mn，比值≤5时分布窄，>5时分布宽。
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（三）颗粒结构 颗粒结构主要对欲增塑的聚合物影响较大。
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• ③双键常存在于降解后的聚氯乙烯分子结构中。在外界条件 的影响下成为降解中心，颜色由浅而深。 • 稳定剂及其分解物能对双键起加成作用，防止聚合物继续降
解及颜色改变。 常用：如硫醇类、顺丁烯二酯类等。
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（2）抑制聚合物的氧化作用－抗氧剂
• 代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟氧对聚合
综上所述, 塑料就是由聚合物（树脂）与添加剂共同组 成；加入不同品种和数量的添加剂，能配制成性能和用途各 异的塑料。
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第二节 物料的混合和分散机理
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聚合物加工过程中，大多数聚合物要与其他物料混合 ，进行配料后才能应用于成型加工。配料就是把各种 组分相互混合在一起，尽可能的成为均匀体系。
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（一）分子量 分子量对制品的物理——机械性能有影响。分子量增大 ，有利于提高制品的强度，但加工性能会下降，因为流动 性能降低；分子量减小有利于配料和成型，但分子量太小 ，会使得制品性能差。而且分子量的大小对成型过程中的 结晶、取向难易程度有较大影响。因此，要根据用途和加 工方法，适当选择分子量。
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分类
•
• 外增塑：添加增塑剂。 • 内增塑：用化学方法，在分子链上引入其它取代基，或在 分子链上或分子链中引入短的链段，降低了大分子间的吸引力 ，达到使刚性分子链变软和易于活动的目的。 •
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• 增塑剂对塑料制品的影响：
➢ PS、PE和PP等不需增塑，PVC等则常需增塑。 ➢ 在PVC中加入癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯，改善耐
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一 、聚合物 聚合物是粒状（粉状）塑料的主要组分，成型后在制品 中成为均一的连续相，将各种添加剂粘结在一起，赋予制品 必要的物理机械性能。
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聚合物（树脂）品种不同，所得制品性能、使用范围 也不一样，即使同一品种，生产方法不同，所得产品的 性能也不相同，成型加工工艺和制品的使用范围 也不一 样。因此在配料时要采用不同的工艺条件，保证质量并 为成型提供便利。
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3、混合的目的 将原来两种或两种以上各自均匀分散的物料，从一种物料 按照可接受的概率分布到另一种物料中，以便得到组成均匀 的混合物。
一、混合的基本原理
n 1、塑料配制中的混合过程 n 包括混合、捏合、塑炼 n 混合：通常指的是粉状固体物的混合； n 捏合：是指液体和粉状固体物料的浸渍和混合； n 塑炼：是指塑性物料与液体或者固体物料的混合。
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2、三者的区别 混合、捏合是在低于聚合物流动温度和比较缓和的剪 切速率下进行的，混合后物料各组分的本质没有发生改变， 塑炼则是在高于流动温度和较强的剪切速率下进行的， 塑炼后的物料中各组分在化学性质和物理性质方面会发生 改变。
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增塑剂的作用原理
非极性增塑剂对非极性聚合物的增塑 • 填充隔离，增塑剂的加入能增大分子间的距离，削弱它们之
间的作用力。 • 聚合物Tg的降低程度与增塑剂的用量（体积分数）成正比。
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★ 极性增塑剂对极性聚合物的增塑
• 其极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用（互溶而不被 排斥），代替了聚合物极性分子间的作用(减少了联结点)，削 弱了分子间的作用力；其非极性基团把聚合物的极性基屏蔽起 来，减低其分子间作用力 • 聚合物Tg的降低程度与增塑剂的克分子数正比。
结构疏松的易吸收增塑剂，配制所需的温度较低，时间
。
较短；结构紧密的吸收增塑剂不易，配制所需的温度较 高，时间较长。
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（四）粒度 n 粒度主要影响着混合的均匀性。同等重量树脂，颗粒 增大，总表面积减小，与其它添加剂接触机会少，易造成 混合不均匀现象。 n 树脂中的水分及挥发物含量、结晶度、密度等均对粉 （粒）料的配制和制品性能有较大的影响
• ③光屏蔽剂： ➢ 主要是一些颜料，用于厚制品和不透明制品，在聚合物中主 要起屏蔽作用。 ➢ 碳黑、二氧化钛、氧化锌、亚硫酸锌等
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（4）消除聚合物杂质的催化作用
➢ 对聚合物降解有催化作用的主要物质是金属离子，如铝、 锌、铜铁、锡和镉，具有积极催化作用；较差的是铅、镍离子 ；不起作用的是钙离子。
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（1）抑制聚合物的降解作用－稳定剂
•
• ①去除聚合物原来的或发生降解后的活性中心，抑制聚合 物的进一步降解，形成比较稳定的游离基。 • 常用：有机锡化合物，如：二丁基二醋酸锡、二丁基二月 桂酸锡。
②以稳定的化学基团置换PVC分子中不稳定的氯原子。 常用：硬脂酸盐类（铅皂、镉皂、碱土皂等）、金属硫醇 盐类。
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2020/11/26
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第一节 物料的组成和添加剂的作用
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塑料组成：简单组分和复杂组分。 复杂组分的塑料由多种组分组成，除树脂外，还加入多 种具有一定功能的辅助材料或添加剂。复杂组分的配合 称为配制。配制方法大多采用混合，目的是将添加剂与 聚合物形成均匀的复合物。复合物的形态可为粒状、粉 状，或溶液、悬浮液。
物的影响，抑制聚合物的氧化。
• 分类：主抗氧剂--链终止型；
•
辅助抗氧剂--破坏氢过氧化物
协同：两者攻击部位不同；主抗氧剂具有不稳定的氢原子
，
其与游离基或增长链发生作用，避免自由基或增长链从聚合物
中夺取氢原子，从而阻止了聚合物的氧化降解。辅助抗氧剂分
解主抗氧剂反应生成的过氧化物。
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二、增塑剂 定义：
凡是添加到聚合物中能使聚合物塑性增加的物质都 可以叫做增塑剂。 特点：
它通常是对热和化学试剂都很稳定的有机物，在一 定范围内能与聚合物相溶而不宜挥发的液体；少数是熔 点较低的液体。
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作用：
能增加塑料的柔韧性、耐寒性，使塑料的玻璃化温 度、熔点、流动温度降低；粘度减小，流动性增加；尤 其是一些玻璃化温度较高的合成树脂，为了制取室温下 软质的制品，改善加工流动性能，需要添加一定量的增 塑剂。