塑料配方設計的關(guān)鍵為選材、搭配、用量、混合四大要素，表面看起來很簡單，其實包含了很多內(nèi)在聯(lián)系，要想設計出一個高性能、易加工、低成本的配方也并非易事，要考慮的因素很多，下面將介紹配方設計的基本原則。
一、樹脂的選擇
1.樹脂品種的選擇
樹脂要選擇與改性目的最接近的品種，以節(jié)省加入助劑的使用量。
-
如耐磨改性，樹脂要首先考慮選擇三大耐磨樹脂PA、POM、UHMWPE。
-
如透明改性，樹脂要首先考慮選擇三大透明樹脂PS、PMMA、PC。
-
如改善沖擊韌性，樹脂可首先選擇HDPE；改善斷裂伸長率，樹脂可首先選擇LDPE。改善成型加工性能，可首先選擇PS、PA。
2.樹脂牌號的選擇
同一種樹脂的牌號不同，其性能差別也很大，應該選擇與改性目的性能最接近的牌號。如耐熱改性PP，可在熱變形溫度100～140℃的PP牌號范圍內(nèi)選擇，如大韓油化的PP-4012，
3.樹脂流動性的選擇
① 配方中各種塑化材料的粘度要接近，以保證加工流動性。對于粘度相差懸殊的材料，要加過渡料，以減少粘度梯度。如PA6增韌、阻燃配方中常加入HDPE作為過渡料。
② 不同加工方法要求流動性不同
不同品種的塑料具有不同的流動性，按此將塑料分為高流動性塑料、低流動性塑料和不流動性塑料，具體如下所述。
-
高流動性塑料——PA、PP、PE、PS、ABS、HIPS等。
-
低流動性塑料——PC、PVC、MPPO、PPS等。
-
不流動性塑料——PTFE、UHMWPE、PPO等。
同一品種塑料也具有不同的流動性，主要原因為分子量、分子鏈分布的不同，所以同一種原料分為不同的牌號，如注塑級、擠出級、吹塑級、壓延級等。
③ 不同改性目的要求流動性不同，如高填充要求流動性好，如磁性塑料、無鹵阻燃電纜料等。
4.樹脂對助劑的選擇性
① 如PPS不能加入含鉛和含銅助劑，否則會引起鉛、銅污染。
② PC的阻燃改性中不能加入三氧化二銻，否則會導致PC解聚。
③ 助劑的酸堿性，應與樹脂的酸堿性一致，否則會引起兩者的反應。
二、助劑的選擇
1.加入的助劑應能充分發(fā)揮其功效，并達到規(guī)定指標。
規(guī)定指標一般為國家標準、國際標準，或客戶提出的性能要求。助劑的具體選擇范圍如下。
① 增韌
選彈性體，熱塑性彈性體如：MBS、SBS、CPE、POE、EPDM、EVA、TPU、ACR等，剛性增韌材料如納米CaCO3。
② 增強
選玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機纖維。
③ 阻燃
溴類，如：十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴雙酚A、六溴環(huán)十二烷等。磷類，如：磷酸一銨、磷酸二銨、紅磷、芳基磷酸酯類等。水合金屬氫氧化物類，如：氫氧化鋁、氫氧化鎂。
④ 導電
碳類（炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管）、金屬纖維、金屬氧化物。
⑤ 耐熱
玻璃纖維、無機填料。
⑥ 耐磨
PTFE、石墨、二硫化鉬。
⑦ 絕緣
煅燒高嶺土。
2.助劑對樹脂具有選擇性
① 紅磷阻燃劑對PA、PBT、PET有效。
② 氮系阻燃劑對含氧類有效，如PA、PBT、PET等。
③ 成核劑對共聚聚丙烯效果好。
④ 玻璃纖維耐熱改性對結(jié)晶性塑料效果好，對非結(jié)晶性塑料效果差。
三、助劑的形態(tài)
同一種成分的助劑，其形態(tài)不同，對改性作用的發(fā)揮影響很大。
1.助劑的形狀
① 纖維狀助劑的增強效果好。助劑的纖維化程度可用長徑比表示，L/D越大、增強效果越好。這就是為什么加玻璃纖維要從第二加料口加入，熔融狀態(tài)比粉末狀態(tài)有利于保持長徑比，減小斷纖概率。
② 圓球狀助劑的增韌效果好、光潔度高。BaSO4為典型的圓球狀助劑，因此高光澤的PP填充選用BaSO4，小幅度剛性增韌也可選用BaSO4。
2.助劑的粒度
① 助劑粒度對力學性能的影響。粒度越小，對填充材料的拉伸強度和沖擊強度有益。例如，20%硅灰石（150目）填充PA6，拉伸強度為124.5MPa，沖擊強度為13.5KJ/m2；20%硅灰石（1250目）填充PA6，拉伸強度為127.5MPa，沖擊強度為15.5KJ/m2。
② 助劑粒度對阻燃性能的影響。阻燃劑的粒度越小，阻燃效果就越好。例如水合金屬氫氧化物和Sb2O3的粒度越小，達到同等阻燃效果的加入量就越小。
③ 助劑粒度對配色的影響。著色劑的粒度越小，著色力越高、遮蓋力越強、色澤越均勻。但著色劑的粒度不是越小越好，存在一個極限值，偶氮類著色劑的極限粒度為0.1μm。
④ 助劑粒度對導電性能的影響。以炭黑為例，其粒度越小，越易形成網(wǎng)狀導電通路，達到同樣的導電效果加入的炭黑的量降低。但同著色劑一樣，粒度也有一個極限值，粒度太小易于聚集而難于分散，效果反而不好。
3.助劑的表面處理
與樹脂良好的相容性是發(fā)揮助劑功效和提高助劑添加量的關(guān)鍵，要提高相容性，就必須對助劑進行表面活化處理，經(jīng)過表面處理后的助劑，改性效果都會提高，尤其以填料最為明顯，其他還有玻璃纖維、無機阻燃劑等。表面處理以相容劑或偶聯(lián)劑為主，偶聯(lián)劑有硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類，相容劑為樹脂對應的馬來酸酐接枝聚合物。
四、助劑的合理加入量
1.有的助劑加入量越多越好
具體如阻燃劑、增韌劑、磁粉等，加入量越多越好。
2.有的助劑加入量有最佳值
如導電助劑，形成到電路通后即可，再加入無效果；再如偶聯(lián)劑，表面包覆即可，再加無用；又如抗靜電劑，在制品表面形成泄電荷層即可。
五、助劑與其他組分的關(guān)系
配方中所選用的助劑在發(fā)揮自身作用的同時，應不劣化或最小限定地影響其他助劑功效的發(fā)揮，最好與其他助劑有協(xié)同作用。在一個具體配方中，為達到不同的目的可能加入很多種類的助劑，這些助劑之間的相互關(guān)系很復雜。有的助劑之間有協(xié)同作用，而有的助劑之間有對抗作用。
1.協(xié)同作用
協(xié)同作用是指塑料配方中兩種或兩種以上的添加劑一起加入時的效果高于其單獨加入的平均值。
（1）在抗老化的配方中，兩種羥基鄰位取代基位阻不同的酚類抗氧劑并用有協(xié)同效果；抗氧化性不同的胺類和酚類抗氧劑復合使用有協(xié)同效果。
（2）在阻燃配方中，鹵素/銻系復合阻燃體系有協(xié)同效果，鹵素阻燃劑可與Sb2O3發(fā)生反應而生成SbX3，SbX3可以隔離氧氣從而達到增大阻燃效果的目的；在鹵素/磷系復合阻燃體系中，兩類阻燃劑也可以發(fā)生反應而生成PX3、PX2、POX3等高密度氣體，這些氣體可以起到隔離氧化的作用。
2.對抗作用
對抗作用是指塑料配方中兩種或兩種以上的添加劑一起加入時的效果低于其單獨加入的平均值。
（1）在防老化塑料配方中，對抗作用的例子
① 芳胺類和受阻酚類抗氧劑一般不與炭黑類紫外光屏蔽劑并用，因為炭黑對胺類或酚類的直接氧化有催化作用抑制抗氧效果的發(fā)揮。
② 常用的抗氧劑與某些含硫化物，特別是多硫化物之間，存在對抗作用。其原因也是多硫化物有助氧化作用。
（2）在阻燃塑料配方中，也有對抗作用的例子
① 鹵系阻燃劑與有機硅類阻燃劑并用，會降低阻燃效果。
② 紅磷阻燃劑與有機硅類阻燃劑并用，也存在對抗作用。
（3）其他對抗作用的例子
① 鉛鹽類助劑不能與含硫化合物的助劑一起使用，否則引起鉛污染。因此在PVC加工配方中，硬脂酸鉛潤滑劑和硫醇類有機錫千萬不要一起加入。
② 硫醇類有機錫穩(wěn)定劑不能用于銅電纜的絕緣層中，否則引起銅污染。
3.配方中各組分混合要均勻
（1）有些組分要分次加入 對于填料加入量太大的配方，填料最好分兩次加入，第一次在加料斗，第二次在中間側(cè)加料口。如PE加入150份氫氧化鋁的無鹵阻燃配方，就要分兩次加入，否則不能造粒。
（2）合理排布加料順序 在PVC或填充母料的配方中，各種料的加料順序很重要。填充母料配方中要先加填料，混合升溫后可除去其中的水分，利于后續(xù)的處理。在硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑并用的塑料配方中，要先加入硅烷偶聯(lián)劑，再加入鈦酸酯偶聯(lián)劑，以避免兩種偶聯(lián)劑在填料表面爭奪質(zhì)子。
4.配方對其他性能的負面影響
在設計配方時，一定要全面考慮，盡可能不影響其他性能。如高填充配方對復合材料的力學性能和加工性能影響很大，沖擊強度和拉伸強度都大幅度下降，加工流動性變差。如果制品對復合材料的力學性能有具體要求，在配方中就應該做出具體補償，如加入彈性體材料彌補沖擊性能，加入潤滑劑改善加工性能。
下面舉幾個經(jīng)常受影響的性能
（1）沖擊性
大部分無機填料和部分有機材料都降低配方的沖擊性能。為了補償沖擊強度，在設計配方時需要加入彈性體。如填充體系的PP/滑石粉/POE配方，阻燃體系ABS/十溴二苯醚/ Sb2O3/SBS配方。
（2）透明性
大多數(shù)無機材料對透明性都有影響，選擇折射率與樹脂相近的無機材料對透明性影響會小些。有機材料也對透明性有影響，如PVC增韌，只有MBS不影響透明性，而CPE、EVA、ACR都影響其透明性。
（3）顏色性
有些樹脂本身為深色，如酚醛樹脂本身為棕色、導電樹脂如聚苯胺本身為黑色。有些助劑本身也有顏色性，如炭黑、石墨、二硫化鉬都為黑色，紅磷為深紅色。在設計配方時一定要注意助劑本身的顏色及變色性，有些助劑本身顏色很深，這會影響制品的顏色，難以加工淺色制品。如炭黑為黑色，只能加工深色制品；其他如石墨、紅磷、二硫化鉬、金屬粉末及工業(yè)礦渣等本身都帶有顏色，選用時要注意。還有些助劑本身為白色，但在加工中因高溫反應而變色，如硅灰石本身為白色，但填充到樹脂中加工后就變成淺灰色了。碳酸鈣雖然色澤好，有的白度很高，做白色的填充塑料制品很好，但如果做彩色的，一方面要加大色母料的用量，使其成本上升；另一方面因碳酸鈣的存在，材料表面呈消光狀態(tài)，色澤也不再鮮艷，這對某些追求表面艷麗光亮的（如啤酒周轉(zhuǎn)箱）塑料制品就帶來使用上的顧慮。
（4）其他性能
塑料的導熱改性一般為加入金屬類和碳類導熱劑，但此類導熱劑又是導電劑，在提高導熱性的同時也會提高導電性，從而影響絕緣性。而導熱很多用于要求絕緣的材料如線路板、接插件、封裝材料等。為此要絕緣導熱，就不能加入具有導電性的導熱劑，只能加入絕緣類導熱劑，如陶瓷類金屬氧化物。
5.配方應具有可加工性
配方要保證適當?shù)目杉庸ば阅埽员ＷC制品的成型，并對加工設備和使用環(huán)境無不良影響。復合材料中助劑的耐熱性要好，在加工溫度下不發(fā)生蒸發(fā)、分解（交聯(lián)劑、引發(fā)劑和發(fā)泡劑除外）；助劑的加入對樹脂的原加工性能影響要小；所加入助劑對設備的磨損和腐蝕應盡可能小，加工時不放出有毒氣體，損害加工人員健康。
（1）流動性
① 大部分無機填料都影響加工性，如加入量大，需要相應加入加工改性劑以補償損失的流動性，如加入潤滑劑等。
② 有機助劑一般都促進加工性，如十溴二苯醚、四溴雙酚A阻燃劑都可促進加工流動性，尤其四溴雙酚A的效果更明顯。
③ 一般的改性配方都需要加入適量的潤滑劑。
（2）耐熱性
① 氫氧化鋁因分解溫度低，不適合于PP中使用，只能用于PE中。
② 四溴雙酚A因分解溫度低，不適合于ABS的阻燃。
③ 改性塑料配方因加工過程中剪切作用強烈，都需要加入抗氧劑，以防止熱分解發(fā)生，而導致原料變黃。
（3）對設備的磨損
① 滑石粉
滑石粉的最大優(yōu)勢是層狀結(jié)構(gòu)和硬度低（在所有的非金屬礦填料中滑石粉的硬度最低），前者可使填充塑料的剛性和耐熱性提高，而后者可大大減輕填充塑料加工時物料對所接觸的機械設備、模具的磨損。滑石粉和云母、高嶺土等含硅的無機粉體材料一樣，對紅外線具有阻隔作用，這一特性已用于聚乙烯農(nóng)用薄膜的制造。
② 煅燒高嶺土
使用煅燒高嶺土是為了提高塑料的絕緣強度，特別是制造PVC動力電纜護套料時必須使用。高嶺土在塑料中應用還可以在不顯著降低伸長率和沖擊強度的情況下，提高機體塑料的拉伸強度和模量。雖然煅燒高嶺土有自己的獨特功能，但其硬度相當高，會對加工機械設備和模具帶來磨損問題，使用時要權(quán)衡利弊，認真對待，否則會得不償失。
③ 碳酸鈣
碳酸鈣比滑石粉硬度高，比煅燒高嶺土硬度低得多，與通常使用的氮化鋼鋼材表面硬度相差較大，對加工機械設備雖有磨損，還不嚴重，權(quán)衡結(jié)果是可以容忍的。
6.塑料配方組分的環(huán)保性
具體要求為配方中的各類助劑對操作者無害、對設備無害、對使用者無害、對接觸環(huán)境無害。以前環(huán)保的要求范圍小，只是對食品、藥品等與人體接觸要無毒即可。現(xiàn)在的要求高了，與人體間接接觸的也不行，要對環(huán)境無污染，如土地、水、大氣層等。例如，鉛鹽類穩(wěn)定劑不能用于上水管、不能用于電纜護套；幾種增塑劑DOA、DOP不能用于玩具、食品包裝膜。
7.助劑的加工和來源
在滿足配方的上述要求基礎上，配方的價格越低越好。在具體選用助劑時，對同類助劑一定要選低價格的種類。如在PVC穩(wěn)定配方中，能選鉛鹽類穩(wěn)定劑就不要選有機錫類穩(wěn)定劑；在阻燃配方中，能選硼酸鋅則不選三氧化二銻或氧化鉬。具體應遵循一下原則。
① 盡可能選擇低價格原料，降低產(chǎn)品成本。
② 盡可能選庫存原料，不用購買。
③ 盡可能選當?shù)禺a(chǎn)原料，運輸費低，可減少庫存量，節(jié)省流動資金。
④ 盡可能選國產(chǎn)原料，進口原料受外匯、貿(mào)易政策、運輸時間等因素影響大。
⑤ 盡可能選通用原料，新原料經(jīng)銷單位少，不易買到，而且性能不穩(wěn)定。
來源：百度文庫 上傳者：占泉2008
這是一場家電、汽車、以及注塑加工企業(yè)，模具企業(yè)，原材料企業(yè)等歡聚一堂的盛會！這是一場國內(nèi)知名的改性材料企業(yè)與當?shù)刂乃芰现破菲髽I(yè)的一場強強對話！兩張海報：
#標簽#材料,工藝#
推薦閱讀：
艾邦塑料群微信群主：abgfz-zero
始發(fā)于微信公眾號：艾邦高分子