礦物電纜專用填充料塑料配方設計的基本原則 配方設計的關鍵為選材、搭配、用量、混合四大要素,表面看起來很簡單,但其實包含了很多內在聯系,要想設計出一個高性能、易加工、低價格的配方也并非易事,需要考慮的因素很多,作者積多年的配方設計經驗提供如下幾個方面的因素供讀者參考。 1、樹脂的選擇
(1)樹脂品種的選擇 樹脂要選擇與改性目的性能最接近的品種,以節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;再如透明改性,樹脂要首先考慮選擇三大透明樹脂PS、PMMA、PC。
(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牌號范圍內選擇,我們要選用本身耐熱140℃的PP牌號,具體如大韓油化的PP-4012。
(3)樹脂流動性的選擇 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,以減小粘度梯度。如PA66增韌、阻燃配方中常加入PA6作為過渡料,PA6增韌、阻燃配方中常加入HDPE作為過渡料。 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。由此將塑料分成高流動性塑料、低流動性塑料和不流動性塑料,具體如下: 高流動性塑料——PS、HIPS、ABS、PE、PP、PA等。 低流動性塑料——PC、MPPO、PPS等。 不流動性塑料——聚四氟乙烯、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。不同的加工方法所需用的流動性不同,所以牌號分為注塑級、擠出級、吹塑級、壓延級等。 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、填充目料、無鹵阻燃電纜料等。
(4)樹脂對助劑的選擇性 如PPS不能加入含鉛和含銅助劑,PC不能用三氧化銻,這些都可導致解聚。同時,助劑的酸堿性,應與樹脂的酸堿性要一致,否則會起兩者的反應。
2、助劑的選擇
(1)按要達到的目的選用助劑 按要達到的目的選擇合適的助劑品種,所加入助劑應能充分發揮其預計功效,并達到規定指標。規定指標一般為產品的國家標準、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: 增韌——選彈性體、熱塑性彈性體和剛性增韌材料。 增強——選玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機纖維。 阻燃——溴類(普通溴系和環保溴系)、磷類、氮類、氮/磷復合類膨脹型阻燃劑、三氧化二銻、水合金屬氫氧化物。 抗靜電——各類抗靜電劑。 導電——碳類(炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管)、金屬纖維和金屬粉、金屬氧化物。 磁性——鐵氧體磁粉、稀土磁粉包括釤鈷類(SmCo5或Sm2Co17)、釹鐵硼類(NdFeB)、釤鐵氮類(SmFeN)、鋁鎳鈷類磁粉三大類。 導熱——金屬纖維和金屬粉末、金屬氧化物、氮化物和碳化物;碳類材料如炭黑、碳纖維、石墨和碳納米管;半導體材料如硅、硼。 耐熱——玻璃纖維、無機填料、耐熱劑如取代馬來酰亞胺類和β晶型成核劑。 透明——成核劑,對PP而言α晶型成核劑的山梨醇系列Millad 3988效果最好。 耐磨——石墨、二硫化鉬、銅粉等。 絕緣——煅燒高嶺土。 阻隔——云母、蒙脫土、石英等。
(2)助劑對樹脂具有選擇性 紅磷阻燃劑對PA、PBT、PET有效;氮系阻燃劑對含氧類有效,如PA、PBT、PET等;成核劑對共聚聚丙烯效果好;玻璃纖維耐熱改性對結晶性塑料效果好,對非晶型塑料效果差;炭黑填充導電塑料,在結晶性樹脂中效果好。 3、助劑的形態 同一種成分的助劑,其形態不同,對改性作用的發揮影響很大。
(1)助劑的形狀 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,這就是為什么我們加玻璃纖維要從排氣孔加入。熔融狀態比粉末狀有利于保持長徑比,減小斷纖幾率。 圓球狀助劑的增韌效果好、光亮度高。硫酸鋇為典型的圓球狀助劑,因此高光澤PP的填充選用硫酸鋇,小幅度剛性增韌也可用硫酸鋇。