滑石粉1250目(13 改性配方设计原则)

Posted 2023-06-01

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滑石粉1250目(13 改性配方设计原则)

1.3 改性配方设计原则

如何设计配方，是每一个技术人员都面临的一个课题；掌握并严格遵循配方设计的一些基本原则，是每一个技术人员的必修课程。本节对配方设计的基本原则面进行一下概述。

1.3.1 面向用途设计

任何材料、任何产品，最终都要满足终端产品的使用需求，因此说，产品的使用性能是配方设计首要考虑的因素。

根据产品成型、用途的要求，包含树脂基料的选择；以及助剂的选择两部分。

A、树脂基料选择

（a）树脂品种选择

树脂选择尽可能与最终产品与改性目的接近的树脂品种，以节约助剂的使用量。例如我们要生产自润滑产品，尽可能在PA、POM与PEFT上面进行选择；如果生产高透明产品，首要考虑的应该是PS、PMMA、AS、PC等。

（b）树脂牌号选择

具体牌号选择也尽可能靠近最终使用目的和成型要求接近的牌号，比如医用产品要选择卫生级牌号；生产高拉伸强度的聚丙烯，基体树脂我们尽可能选择高拉伸强度的牌号；生产汽车保险杠尽可能选择高韧性牌号；生产挤出制品要选择流动性低的牌号等。

（c）流动性选择

共混树脂要注意选择流动性匹配，以保证加工过程中质量的保证。对于不得不使用的粘度差异过大的材料品种，要选择合适的过渡料进行流动性匹配。例如生产PA66增韧、阻燃材料，需要加入少量PA6来调整流动性匹配。

不同加工方式、不同的尺寸对树脂流动性要求是不一样的，在选择基础树脂的时候一定要注意加工方式和制品的大小及结构。例如PVC是不能拿来生产汽车仪表板的；以扬子石化生产的HDPE来说。5000S可以拉丝和挤出管材，但难以注塑稍大尺寸的注塑产品，而5306J可以很轻松进行注塑，但是却不能挤出管材和拉丝。

B、助剂选择

助剂的选择具体示例来说明一下：

以HDPE瓶而言，装油要进行耐油改性；装碳酸饮料要进行阻隔改性；用于装光敏性药品时要涂成黑色；

PP注射椅子，在北方要进行低温冲击改性，用于矿井下，要进行防静电、阻燃改性，做导热材料就要进行传热改性；

PBT做线圈骨架要做阻燃改性，在车灯上使用要做耐温改性等等。

在选择助剂的时候还应注意助剂的协同效应和对抗效应。例如溴系阻燃剂+三氧化二锑、1010+168或1010+DLTP、三盐+二盐等具有协同作用的助剂匹配。另外还应注意的是对抗效应，例如PC中不能使用三氧化二锑，PPS中不能使用含铅和铜的助剂，含硫助剂不能与含铅助剂并用、卤系阻燃剂不能和有机硅阻燃剂并用等有对抗作用的助剂匹配。

另外还应该考虑细度等综合因素的影响。

1.3.2 相容性设计

配方设计遵循的相容性原理分别为溶度相近原则、极性相近原则、结构相近原则、结晶能力相近原则、表面张力相近原则、粘度相近原则。

A、溶度相近原则

不同组分的混合过程，实质上就是分子链间互相扩散的过程，所以受到分子链之间作用的制约。

配方中不同组分分子链间的作用力大小，可用溶度参数(δ)进行表征，配方中不同组分具有不同的溶度参数，添加剂与树脂的溶度参数越接近，两者的相容性越好。一般认为，小分子添加剂与树脂的溶度参数相差值在1.5以下，即视为两者相容。所以.在选择添加剂时，要选择与树脂溶度参数相差值1.5以内的添加剂，而大分子之间一般认为溶度参数差小于0.5才视为相容。常见聚合物溶解度参数如表1.8。

此原则只适用于非极性和非结晶组分之间，除此之外准确性不是很理想。例如PP与PE的溶解度参数差为0，但是当PP/PE共混体系中PE含量超过25%时就容易产生相分离，而聚碳酸酯与PE的溶解度参数差为3.2，但聚碳酸酯与PE就有不错的相容性。

表1.8 常见聚合物溶度参数

B、极性相近原则

原则上极性越相近，配方中各组分相容性越好，极性越大，相容性越好，非极性组分的相容性一般都很差。

判断相容性一般根据如下公式判别：极性＞非极性/非极性＞极性/非极性。

极性组分与非极性组分一般不相容，例如PVC/PC、PVC/PE等。

但凡事都有例外，例如PVC/CR极性相近，但不相容，而PS/PPO是两种不同极性组分，但相容性却很好。

C、结构相近原则

配方中添加剂与树脂的结构越接近，其相容性越好。

PS和PPO虽然极性上不相容，但因其结构中都相容中含有芳香基团而相容。

例外仍然存在。如ABS/SBS，虽然结构近似，也有很多研究说明该体系为增韧ABS体系，但我们实际应用研究发现ABS和SBS是一个不相容的体系，应用发现ABS/SBS是分层的；高胶粉的结构相较SBS更接近于ABS，但我们对ABS和高胶粉共混测试发现，高胶粉仅仅贡献了柔软性，对韧性的贡献基本可以忽略不计。

D、结晶能力相近原则

配方中添加剂与树脂的结晶性越接近。两者的相容性越好。

需要特殊指出的是，在结晶能力相近配方中，以非晶一非晶之间的相容性最好，而晶态晶态之间的相容性一般。典型的非晶一非晶组合PVC/NBR、PVC/EVC及PS/PPO等。

两种晶态/非晶态、晶态/晶态之间的相容性差，典型如PP/PE，有些只有在混晶时才相容。如PVC/PCL、PBT/PET等。

需要指出的是：当配方组分熔融混合，晶态已被破坏时，不受结晶能力的限制。

E、表面张力相近原则

配方中不同组分见表面张力(γ)越接近，两者的相容性越好。如PP与EPR、EPDM表而张力最接近。两者的共混是典型增韧体系。常见树脂表面张力（γ）见表1.9。

表1.9 常见树脂的表面张力

F、粘度相近原则

其原则为不同组分间粘度越接近，其组分相容性越好。

这一原则不仅仅出现在不同组分间，同一组分不同粘度共混，如果粘度差异过大，也容易产生相分离，笔者曾经进行过不同粘度PP共混方面的应用实验，实验发现，当两种PP的熔体指数相差较大时，其共混产品脆性大幅度增加，一般来说，共混材料的熔指以不超过5g/10min为宜。

当粘度差异过大的材料共混时，最好提供一具有中间粘度的材料进行辅助调整粘度相近。

上述相似相容原理的六大原则，在具体使用时应进行综合平衡选择，并且随着偶联技术、相容剂技术的成熟与发展，突破这些原则进行配方设计已经变得非常容易。例如对PVC/PE这一不相容体系，我们可以通过加入CPE做相容剂，从而促进共混体系的相容，类似还有PP/PE体系中加入EPDM、PA/PP不相容体系中加入PP-g-MHA或PP-g-PA做相容剂等（后面有章节专门讲述相容剂）。

1.3.3 助剂耐加工性设计

选择的助剂是否能在加工温度下保持原有性能、并在不影响其它助剂正常发挥作用下确保制品的成型是非常必要的。

A、要求选择的助剂不能在加工温度下或达到加工温度前蒸发或分解（特定助剂如引发剂、发泡剂等除外）。比如无卤阻燃PP体系，因氢氧化铝的分解温度较低，不适宜使用，所以无卤阻燃PP一般选择氢氧化镁或者氢氧化镁与氢氧化铝复配阻燃PP，但不阻碍氢氧化铝但不阻碍其应用在PE、EVA无卤阻燃配方体系。

B、要求选择的助剂尽可能有协同效应，但最低限度不同产生对抗效应，例如在PVC中选择有机锡类稳定剂时，绝对不能配用含铅类稳定剂或润滑剂，以防止硫污染,而一旦选择含铅稳定剂，则一定要使用三盐、二盐复合，以起到协同稳定作用；PP中使用1010和168两种抗氧剂复配以起到加强抗热氧老化效果等。

C、选择助剂时，应确保助剂不影响制品颜色为主，例如生产浅色制品时，是不能使用炭黑、红磷等深色相颜料。

1.3.4 加工方法设计

不同的加工方法，助剂的选用和用量是不同的，这一点应该是每一个配方设计者都应该清楚的，以保证所设计的配方能保证制品成型，同时又最大限度降低对设备的损伤。

例如针对PVC加工使用碳酸钙来说，采用压延成型或模压成型，碳酸钙的加入量达到1、2百份很正常，特别在PVC地板中，碳酸钙的加入量可以达到250份甚至300份；而在挤出制品中，很难将碳酸钙的用量超过100份；在注塑制品中，碳酸钙的用量超过30份注塑难度将成倍增加；

还是PVC制品，我们看看润滑剂使用，假若以吹塑、注塑生产，那么就需要增加内润滑剂的使用量，若果采用压延、挤出生产，则就需要增加外润滑剂的使用量。

1.3.5 助剂来源与成本设计

A、助剂来源

（a）助剂选择一般采取的是就近选择的原则。这是由于助剂的产地距离使用区域的远近，决定着运输成本的高低，国产与进口助剂决定着价格高低。以抗氧剂来说，如果你在江苏使用，就没有必要到河北找个供应商；同理，如果你的工厂在河北，也没有必要跑到江苏去采购。非特殊需要，国产抗氧剂完全可以满足需要，没有必要去采购诸如汽巴的抗氧剂等等。

（b）助剂的不同来源，对产品的性能带来的影响是不可忽视的，这是每一个配方设计工作者都必须要注意的。比如填充剂，不同的产地可能带来用途和性能的变化。以滑石粉为例：要做线缆隔离剂，山东平度为最佳，若选择做填充，则辽宁海城为最佳。

B、成本

成本，永远是衡量一个配方设计人员能力和水平的体现。用最合理的助剂、最低的成本，生产最合理的产品。最能考量配方设计人员功底。

能用碳酸钙就不用滑石粉，滑石粉能解决问题就不用高岭土，硅灰石满足要求就别使用玻璃纤维，能用三盐、二盐的PVC体系就别选择有机锡，能用1250目达到目的就别用3000目、5000目，等等，因为后者永远比前者价格要高。

有一点要提醒诸位：

虽然近几年无论科研机构还是企业，所谓的纳米材料满天飞，但请永远不要相信所谓的纳米填料。真正能工业化生产和应用的纳米填料可能还没有面世，当然硅酸盐系列除外。中国塑料加工协会的刘英俊曾撰文：有没有纳米填料先不说，能使用纳米填料生产的常规设备都还不知道在哪里。

永远不要相信目数高的填充剂就一定比目数低的填充剂改性效果好，有时候你会发现，目数高的填充剂使用效果很糟糕。

如果你发现你买的所谓纳米碳酸钙比市场所售常规碳酸钙改性效果好，那么恭喜你，你可能中彩了。你买到的仅仅是被活化处理而已，要么你从市场采购做对比的常规的碳酸钙达不到你需要的目数。

何谓纳米？三维尺寸有一维达到纳米尺寸皆可称为纳米材料。就是说，纳米材料的概念不一定是细，假如一个材料长10米，宽5米，而厚只有25纳米，我们也称这个材料为纳米材料。为什么纳米材料被推崇？皆因其能实现常规材料实现不了的性能。如日本一家实验室研发的纳米钛白粉可以实现喷涂后七彩色相、少量被取代钙、钠离子的蒙脱土纳米材料可以实现与PA共混体系阻燃等，而目前市场所出现的所谓纳米填料概说为提升共混体系的力学性能，而这一纳米卖点笔者在很久以前使用超细填料就实现过。

要慎用成核剂，因为用量太少。这东西绝对是好东西，但不是谁都会用，也不是谁都能用出效果来，甚至可能用出相反效果。

1.3.6 助剂安全性设计

根据产品使用的环保性、卫生性、医用性等使用目的，对使用的各种助剂进行严格筛选，确保各种助剂符合环保性、卫生性要求。如有环保要求的PVC配方不能使用含铅、镉等助剂。

一个实用、高性能配方是一个技术人员综合性能的体现，要求不仅有丰富的理论水平，尚需要丰富的经验，对于配方设计来说，经验相较理论更为重要。

来源：《橡塑技术实战指南》

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