塑料配方設(shè)計(jì)的基本原則
　　配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵為選材,、搭配,、用量,、混合四大要素，表面看起來很簡(jiǎn)單,，但其實(shí)包含了很多內(nèi)在,，要想設(shè)計(jì)出一個(gè)高性能、易加工,、低價(jià)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(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提供如下幾個(gè)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zui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；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(hào)的選擇
　　同一種樹脂的牌號(hào)不同,，其性能差別也很大,，應(yīng)該選擇與改性目的性能zui接近的牌號(hào)。如耐熱改性PP,，可在熱變形溫度100～140℃的PP牌號(hào)范圍內(nèi)選擇,，我們要選用本身耐熱140℃的PP牌號(hào)，具體如大韓油化的PP-4012,。
　?。?）樹脂流動(dòng)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(dòng)性,。對(duì)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(dòng)性不同,。
　　不同品種的塑料具有不同的流動(dòng)性。由此將塑料分成高流動(dòng)性塑料,、低流動(dòng)性塑料和不流動(dòng)性塑料,，具體如下：
　　高流動(dòng)性塑料——PS、HIPS,、ABS,、PE、PP,、PA等,。
　　低流動(dòng)性塑料——PC、MPPO,、PPS等,。
　　不流動(dòng)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(dòng)性，主要原因?yàn)榉肿恿?、分子鏈分布的不同,，所以同一種原料分為不同的牌號(hào)。不同的加工方法所需用的流動(dòng)性不同,，所以牌號(hào)分為注塑級(jí),、擠出級(jí)、吹塑級(jí),、壓延級(jí)等,。
　　不同改性目的要求流動(dòng)性不同，如高填充要求流動(dòng)性好,，如磁性塑料,、填充目料、無鹵阻燃電纜料等,。
　?。?）樹脂對(duì)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(dǎo)致解聚,。同時(shí)，助劑的酸堿性,，應(yīng)與樹脂的酸堿性要一致,，否則會(huì)起兩者的反應(yīng)。
　　2,、助劑的選擇
　?。?）按要達(dá)到的目的選用助劑
　　按要達(dá)到的目的選擇合適的助劑品種,，所加入助劑應(yīng)能充分發(fā)揮其預(yù)計(jì)功效，并達(dá)到規(guī)定指標(biāo),。規(guī)定指標(biāo)一般為產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn),、標(biāo)準(zhǔn)，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(qiáng)——選玻璃纖維,、碳纖維,、晶須和有機(jī)纖維。
　　阻燃——溴類（普通溴系和環(huán)保溴系）,、磷類,、氮類、氮/磷復(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體材料如硅,、硼。
　　耐熱——玻璃纖維,、無機(jī)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(duì)PP而言α晶型成核劑的山梨醇系列Millad3988效果,。
　　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(duì)樹脂具有選擇性
　　紅磷阻燃劑對(duì)PA,、PBT,、PET有效；氮系阻燃劑對(duì)含氧類有效,，如PA,、PBT、PET等,；成核劑對(duì)共聚聚丙烯效果好,；玻璃纖維耐熱改性對(duì)結(jié)晶性塑料效果好，對(duì)非晶型塑料效果差,；炭黑填充導(dǎo)電塑料,，在結(jié)晶性樹脂中效果好。
　　3,、助劑的形態(tài)
　　同一種成分的助劑,，其形態(tài)不同，對(duì)改性作用的發(fā)揮影響很大,。
　?。?）助劑的形狀
　　纖維狀助劑的增強(qiáng)效果好。助劑的纖維化程度可用長(zhǎng)徑比表示,，L/D越大,、增強(qiáng)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(tài)比粉末狀有利于保持長(zhǎng)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,。
　?。?）助劑的粒度
　　A．助劑粒度對(duì)力學(xué)性能的影響
　　粒度越小，對(duì)填充材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越有益,。例如,，不同粒度的20%硅灰石填充對(duì)PA6力學(xué)性能的影響見表3。
　　再如,，就沖擊強(qiáng)度而言,三氧化二銻的粒徑每減少1μm,，沖擊強(qiáng)度就會(huì)增加1倍。
　　B．助劑粒度對(duì)阻燃性能的影響
　　阻燃劑的粒度越小,，阻燃效果就越好,。例如水合金屬氧化物和三氧化二銻的粒度越小，達(dá)到同等阻燃效果的加入量就越少.
　　再如,，ABS中加入4%粒度為45μm的三氧化二銻與加入1%粒度為0.03μm的三氧化二銻阻燃效果相同,。
　　C．助劑粒度對(duì)配色的影響
　　著色劑的粒度越小，著色力越高,、遮蓋力越強(qiáng),、色澤越均勻。但著色劑的粒度不是越小越好,，存在一個(gè)極限值,，而且對(duì)不同性能的極限值不同。對(duì)著色力而言,，偶氮類著色劑的極限粒度為0.1μm,，酞箐類著色劑的極限粒度為0.05μm。對(duì)遮蓋力而言,，著色劑的極限粒度為0.05μm左右,。
　　D．助劑粒度對(duì)導(dǎo)電性能的影響
　　以炭黑為例，其粒度越小,，越易形成網(wǎng)狀導(dǎo)電通路,，達(dá)到同樣的導(dǎo)電效果加入炭黑的量降低。但同著色劑一樣,，粒度也有一個(gè)極限值,，粒度太小易于聚集而難于分散,，效果反倒不好,。
　　（3）助劑的表面處理
　　助劑與樹脂的相容性要好,，這樣才能保證助劑與樹脂按預(yù)想的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分散,，保證設(shè)計(jì)指標(biāo)的完成，保證在使用壽命內(nèi)其效果持久發(fā)揮，耐抽提,、耐遷移,、耐析出。如大部分配方要求助劑與樹脂均勻分散,，對(duì)阻隔性配方則希望助劑在樹脂中層狀分布,。除表面活性劑等少數(shù)助劑外，與樹脂良好的相容性是發(fā)揮其功效和提高添加量的關(guān)鍵,。因此,，必須設(shè)法提高或改善其相容性，如采用相容劑或偶聯(lián)劑進(jìn)行表面活化處理等,。
　　所有無機(jī)類添加劑的表面經(jīng)過處理后,，改性效果都會(huì)提高。尤其以填料zui為明顯,，其它還有玻璃纖維,、無機(jī)阻燃劑等。
　　表面處理以偶聯(lián)劑和相容劑為主,，偶聯(lián)劑具體如硅烷類,、鈦酸酯類和鋁酸酯類，相容劑為樹脂對(duì)應(yīng)的馬來酸酐接枝聚合物,。
　　4,、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、阻隔等,，加入量越多越好,。
　　（2）有的助劑加入量有*值
　　如導(dǎo)電助劑,，形成到電通路后即可,，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,。
　　5、助劑與其它組分關(guān)系
　　配方中所選用的助劑在發(fā)揮自身作用的同時(shí),，應(yīng)不劣化或zui小限定地影響其他助劑功效的發(fā)揮,，與其他助劑有協(xié)同作用,。在一個(gè)具體配方中，為達(dá)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(fù)雜,。有的助劑之間有協(xié)同作用，而有的助劑之間有對(duì)抗作用,。
　　5.1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(shí)的效果高于其單獨(dú)加入的平均值,。
　　（1）在抗老化的配方中,，具體協(xié)同作用有：
　　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,；
　　兩種結(jié)構(gòu)和活性不同的胺類抗氧劑并用有協(xié)同效果；
　　抗氧化性不同的胺類和酚類抗氧劑復(fù)合使用有協(xié)同效果,；
　　全受阻酚類和亞磷酸酯類抗氧劑有協(xié)同作用,；
　　半受阻酚類與硫酯類抗氧劑有協(xié)同作用，主要用于戶內(nèi)制品中,；
　　受阻酚類抗氧劑和受阻胺類光穩(wěn)定劑,；
　　受阻胺類光穩(wěn)定劑與磷類抗氧劑；
　　受阻胺類光穩(wěn)定劑與紫外光吸收劑,。
　?。?）在阻燃配方中，協(xié)同作用的例子也很多,，主要有：
　　在鹵素/銻系復(fù)合阻燃體系中,，鹵系阻燃劑可于Sb2O3發(fā)生反應(yīng)而生成SbX3，SbX3可以隔離氧氣從而達(dá)到增大阻燃效果的目的,。
　　在鹵素/磷系復(fù)合阻燃體系中,，兩類阻燃劑也可以發(fā)生反應(yīng)而生成PX3、PX2,、POX3等高密度氣體,，這些氣體可以起到隔離氧氣的作用。另外,，兩類阻燃劑還可分別在氣相,、液相中相互促進(jìn)，從而提高阻燃效果,。
　　5.2對(duì)抗作用
　　對(duì)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(shí)的效果低于其單獨(dú)加入的平均值,。
　　（1）在防老化塑料配方中,，對(duì)抗作用的例子很多,，主要有：
　　HALS類光穩(wěn)定劑不與硫醚類輔抗氧劑并用，原因?yàn)榱蛎杨愖躺乃嵝猿煞忠种屏薍ALS的光穩(wěn)定作用,。
　　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?yàn)樘亢趯?duì)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。
　　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(duì)抗作用。其原因也是多硫化物有助氧化作用,。
　　如HALS不能與酸性助劑共用,，酸性助劑會(huì)與堿性的HALS發(fā)生鹽化反應(yīng)，導(dǎo)致HALS失效,；在酸性助劑存在時(shí),，一般只能選用紫外光吸收劑。
　?。?）在阻燃塑料配方中,，也有對(duì)抗作用的例子，主要有：
　　鹵系阻燃劑與有機(jī)硅類阻燃劑并用,，會(huì)降低阻燃效果,；紅磷阻燃劑與有機(jī)硅類阻燃劑并用，也存在對(duì)抗作用,。
　?。?）其它對(duì)抗作用的例子有：
　　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(jī)錫千萬不要一起加入；硫醇錫類穩(wěn)定劑不能用于銅電纜的絕緣層中,，否則引起銅污染,；又如在含有大量吸油性填料的填充配方中，油性助劑如DOP,、潤滑劑的加入量要相應(yīng)增大,，以彌補(bǔ)被吸收部分。
　　6,、配方各組分混合要均勻
　?。?）有些組分要分次加入
　　對(duì)于填料加入量太大的配方，填料分兩次加入,。*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。
　　對(duì)于填料的偶聯(lián)劑處理,，一般要分三次噴入方可分散均勻,，偶聯(lián)效果好,。
　　（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主要,。填充母料配方中，要先加填料,，混合后升溫后可除去其中的水份,，利于后續(xù)的偶聯(lián)處理。在PVC配方中,，外潤滑劑要后加,，以免影響其它物料的均勻混合。
　　7,、配方對(duì)其它性能的負(fù)面影響
　　所設(shè)計(jì)的配方應(yīng)該不劣化或zui小限定地影響樹脂的基本物理機(jī)械性能,，zui起碼要保留原有的性能，能順便提高原樹脂的某些性能,。但客觀存在的事實(shí)是,，任何事物都具有兩面性，在改善某一性能時(shí),，可能降低其他性能,，可謂顧此失彼。因此在設(shè)計(jì)配方時(shí),，一定要全面考慮,，盡可能不影響其它性能。如高填充配方對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能影響很大,，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都大幅度下降,，加工流動(dòng)性變差。如果制品對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有具體要求,，在配方中要做具體補(bǔ)償,，如加入彈性體材料彌補(bǔ)沖擊性能，加入潤滑劑改善加工性能,。
　　下面舉幾個(gè)經(jīng)常受影響的性能,。
　　（1）沖擊性
　　大部分無機(jī)材料和部分有機(jī)材料都降低配方的沖擊性能,。為了補(bǔ)償沖擊強(qiáng)度,，在設(shè)計(jì)配方時(shí)需要加入彈性體。如在填充體系的PP/滑石粉/POE配方,，在阻燃體系A(chǔ)BS/十溴/三氧化二銻/增韌劑配方,。
　　（2）透明性
　　大多數(shù)無機(jī)材料對(duì)透明性都有影響,，選擇折光指數(shù)與樹脂相近的無機(jī)材料對(duì)透明性影響會(huì)小些,。近來,，透明填充母料比較流行，主要針對(duì)HDPE塑膠袋,，加入特殊品種的滑石粉對(duì)透明性影響小,，但不是沒有影響。
　　有機(jī)材料也對(duì)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,。
　　在無機(jī)阻燃材料中,，膠體五氧化二銻不影響透明性。
　?。?）顏色性
　　有些樹脂本身為深色,，如酚醛樹脂本身為棕色、導(dǎo)電樹脂如聚苯胺等本身為黑色,。有些助劑本身也具有顏色性,，如炭黑、碳納米管,、石墨,、二硫化鉬都為黑色，紅磷為深紅色,，各類著色劑為五顏六色,。
　　在配方設(shè)計(jì)時(shí)，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(huì)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(shí)要注意,。還有些助劑本身為白色，但在加工中因高溫反應(yīng)而變色,，如硅灰石本身為白色,，但填充到樹脂中加工后就成淺灰色了,。
　　（4）其它性能
　　塑料的導(dǎo)熱改性一般為加入金屬類和碳類導(dǎo)熱劑,，但此類導(dǎo)熱劑又是導(dǎo)電劑,，在提高導(dǎo)熱性同時(shí)會(huì)提高導(dǎo)電性，從而影響絕緣性,。而導(dǎo)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(dǎo)熱不能加入具有導(dǎo)電性的導(dǎo)熱劑,，只能加入絕緣類導(dǎo)熱劑，如陶瓷類金屬氧化物,。
　　8,、配方應(yīng)具有可加工性
　　配方要保證適當(dāng)?shù)目杉庸ば阅埽员ＷC制品的成型,，并對(duì)加工設(shè)備和使用環(huán)境無不良影響,。復(fù)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(duì)樹脂的原加工性能影響要??；所加入助劑對(duì)設(shè)備的磨損和腐蝕應(yīng)盡可能小，加工時(shí)不放出有毒氣體,，損害加工人員的健康,。
　　（1）流動(dòng)性
　　大部分無機(jī)填料都影響加工性,，如加入量大,，需要相應(yīng)加入加工改性劑以補(bǔ)償損失的流動(dòng)性，如加入潤滑劑等,。
　　有機(jī)助劑一般都促進(jìn)加工性,，如十溴二苯醚、四溴雙酚A阻燃劑都可促進(jìn)加工流動(dòng)性,，尤其四溴雙酚A的效果更明顯,。
　　一般的改性配方都需加入適量的潤滑劑。
　?。?）耐熱性
　　保證助劑在加工過程中不要分解,，除發(fā)泡劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑因功能要求必須要分解外,。還要注意以下幾點(diǎn)：
　　氫氧化鋁因分解溫度低,，不適合于PP中使用，只能用于PE中,。
　　四溴雙酚A因分解溫度低,，不適合于ABS的阻燃。
　　大部分有機(jī)染料分解溫度低,，不適合高溫加工的工程塑料,。
　　香料的分解溫度都低，一般在150℃以下,，只能用EVA等低加工溫度的樹脂為載體,。
　　改性塑料配方因加工過程中剪切作用強(qiáng)烈，都需要加入抗氧劑,，以防止熱分解發(fā)生,，而導(dǎo)致原料變黃,。
　　9,、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(duì)操縱者無害、對(duì)設(shè)備無害,、對(duì)使用者無害,、對(duì)接觸環(huán)境無害。以前環(huán)保的要求范圍小,，只是對(duì)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(duì)環(huán)境無污染，如土,、水,、大氣層等。
　?。?）人體衛(wèi)生性
　　樹脂和所選助劑應(yīng)該無毒,，或其含量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
　?。?）對(duì)環(huán)境污染
　　所選組分不能污染環(huán)境,。如：鉛鹽不能用于上水管和電纜護(hù)套，因?yàn)榻M分會(huì)從埋地的上水管,、架空的電纜護(hù)套經(jīng)雨淋滲入土壤中,，農(nóng)作物吸收后人食用。
　　幾種增塑劑DOA,、DOP不能用于玩具,、食品包裝膜,。
　　鉛、鎘,、六價(jià)鉻,、汞重金屬不能用，污染土壤,。
　　多溴聯(lián)苯,、多溴聯(lián)苯醚不能用，產(chǎn)生二惡英,，污染大氣層,。
　　10、助劑的價(jià)格和來源
　　在滿足配方的上述要求基礎(chǔ)上,，配方的價(jià)格越低越好,。在具體選用助劑時(shí)，對(duì)同類助劑一定要選低價(jià)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(jī)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(yīng)遵循以下原則：
　　盡可能選擇低價(jià)格原料——降低產(chǎn)品成本
　　盡可能選庫存原料——不用購買。
　　盡可能選當(dāng)?shù)禺a(chǎn)原料——運(yùn)輸費(fèi)低,，可減少庫存量,，節(jié)省流動(dòng)資金
　　盡可能選國產(chǎn)原料——進(jìn)口原料受外匯、貿(mào)易政策,、運(yùn)輸時(shí)間等因素影響大,。
　　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,。