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淺談塑料配方設計

    序: 塑料制品幾乎充滿了我們生活的方方面面,我們所生產的藥品包裝只是其中很小的一部分。但要滿足其對透明性、顏色、安全性、氣密性等方面的特殊要求,也不是一件簡單的事請。除了要研究產品的結構設計、制造工藝外,產品的配方設計也是其中很重要的一個方面。 就拿我們生產的白瓶來說,雖然是叫PE瓶,但并非是用純PE樹脂制造的,其中還是加入了一些共混料和助劑如PP、色母等,也就是要對樹脂進行改性,因為,單純使用PE樹脂不能滿足我們對產品的要求,而尋找這能夠對樹脂進行改性的些添加物和加入量的過程就稱之為“配方設計”。 配方設計能否成功的關鍵因素首先是原料 的選擇。 有資料表明,對于一個塑料制品而言,產品試制如果失敗,原料選擇上的失誤大約占23%左右。這就要求我們對原料的性質有所了解。  
一、最常用的通用熱塑性塑料有PE、PP、PVC、PS四種。
1、聚乙烯(PE)
    PE時塑料品種中產量最的的一種,約占塑料總產量的30%左右。PE主要可分為低密度聚乙烯(DPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、以及線性低密度聚乙烯(DPE)三種 DPE——加工性好,機械性能一般,但耐沖擊性好;耐熱性不好,但脆化溫度較低;耐環境性好,常溫下可耐各種非強氧化性酸,電絕緣性十分優異。DPE粘合性劑印刷性不好。 DPE主要用于農用大棚膜、地膜、輕包裝膜、日用注塑制品,經交聯后,可用于作電纜料。 HDPE的機械性能、耐熱性比DPE稍好,其他性能基本相同,只是剛性比DPE大。 HDPE主要用于重包裝膜、編織袋、撕裂膜、打包帶、注塑制品、各種硬管、中空制品、漁絲網等。 DPE除具有DPE和HDPE性能外,其拉伸強度、撕裂強度、耐環竟應力開裂性、耐低溫性、沖擊性、韌性、剛性、耐熱性、耐油性、耐穿刺性劑透明性都優于DPE和HDPE。DPE的熔體粘度較大,加工性不如DPE和HDPE。DPE主要用于生產超薄膜。此外還可生產編織袋、中空制品、注塑制品及管材等。
2、聚氯乙烯(PVC) 
    聚氯乙烯是由氯乙烯單體聚合而成的聚合物,產量僅次于PE,居第二位。 可用于食品及醫學。與PE相比,PVC具有硬度大、耐磨、耐腐、強度高、耐然等優點,廣泛用于取代金屬和木材。 PVC難以加工,其熔融溫度接近分解溫度,因此加工中常常加入增塑劑和穩定劑,其中穩定劑在硬質產品中加入7份左右,在軟質產品中加入2~4份左右。 PVC樹脂主要用于生產各種薄膜、各類板材、片材、管材、中空制品、電纜、各類注塑制品及人造革、地板革、唐塑玩具等。 
3、聚丙烯(PP) 
    PP具有良好的電性能和化學穩定性,其機械性能、耐熱行軍高于PE,經過增強的PP可用作工程塑料。  PP的成纖性好,耐疲勞性好,用其制成的鉸鏈幾十萬次不斷;PP低溫沖擊性好,成型收縮率達,產品精度不高;但PP性能均衡是通用熱塑性樹脂中最好的一種。PP主要用于薄膜、PP膜透明好,光澤好,雙向拉伸后強度更好,手揉有強聲,用于高檔防潮包裝,如衣物、香煙等。PP可用于吸塑片,生產飲料杯、冰淇淋盒等;PP還可用于生產撕裂膜、打包帶、編織帶及格類絲。PP注塑制品主要為汽車配件、家電配件、日用制品、醫療器具。
4、聚苯乙烯(PS) 
    PS最主要的優點是透明性好,透光率可達88%~92%,折光率為1.59~1.60,PS電絕緣性好,尺寸穩定性高,易成型、易著色。PS耐磨性差、沖擊性不好、耐氣候性差、耐熱不高,很少用于工業。PS泡沫塑料是PS的最大用途,其密度僅為0.016g/cm,和目前包裝行業中最常用的。PS注塑制品可用于生產梳子、兒童玩具、磁帶盒等,還用于光學儀器配件、光學玻璃、燈罩、電器配件、儀表零件等。
二、通用工程塑料     
    工程塑料是指強度較高,可在高溫下用于工程上的一類樹脂。有ABS、PA、POM、PC、PET、PBT等。 
三、通用熱固性所料 
    酚醛樹脂(PF)等 
四、其他各類塑料、功能性塑料  
    聚氨酯樹脂(PU)、聚砜(PSF)等。雖然塑料的種類很多,有各種不同的性能,但要滿足產品的具體要求,還要對塑料進行改性,這就要在樹脂中加入適合的助劑。還以PE瓶為例:其中加入的色母就是助劑的一種,叫著色劑。助劑的種類有很多,大致可分為:增塑劑、穩定劑、著色劑、阻燃劑、增韌劑、抗氧化劑、發泡劑等。配方設計的目的,就是要選擇合適的助劑,改善樹脂的加工性能,內在性能和降低成本??捎糜谂浞皆O計的助劑有上百種,可共混的樹脂也有上百種,要在其中選出適合的,大海撈針是不行的。必須要依據一定的原則來進行配方設計。
1、根據制品的用途設計 
    以HDPE瓶而言,裝油要進行耐油改性;裝碳酸飲料要進行阻隔改性;用于裝光敏性藥品時要涂成黑色;PP注射椅子,在北方要進行低溫沖擊改性,用于礦井下,要進行防靜電、阻燃改性。
2、根據助劑與樹脂的相容性設計 
3、根據助劑的耐加工性能設計;
4、根據加工方法進行設計; 
如PVC薄膜的制造——吹塑法常選用內潤滑劑,壓延法選用外潤滑劑。
5、跟據助劑的來源與成本設計; 
當可以替代使用時,盡量使用來源廣、采購方便、成本低的助劑。 
6、根據助劑的安全性來設計; 
對于藥品包裝,要選擇安全無毒(或低毒)的助劑。 有了這些基本的原則作指導,我們在進行配方設計時就可以有的放矢的去做了。 對于但變量的配方設計可采用——逐步提高法、黃金分割法、平分法、分批實驗法等。對于多變量的配方設計可采用——正交法等。 
現列舉幾個改性配方的實例以供參考: 
1、純的PVC無法塑化加工,必須加入增塑劑、穩定劑等助劑。加入增塑劑,可以消弱分子間的作用力,增加分子間的移動性,從而使其加工熔融溫度降低,低于PVC的分解溫度。加入熱穩定劑,可以抑制PVC脫HC反應,提高PVC熱分解溫度,使之高于PVC的熔融加工溫度。 
    PVC普通管材配方: 
    PVC(SG-4)          100      BaSt          0.8 
    三堿式硫酸鉛            4        石蠟            1 
    二堿式亞磷酸鉛       0.8      CaCo3         5 
    PbSt                         1.2      炭黑       0.01 
    2、PS的沖擊強度時塑料中最差的品種,常選用橡膠類對其進行抗沖擊改性,如丁苯橡膠、乙丙橡膠、SBS及ABS等。 
     PS                    85% 
     丁苯橡膠          15% 
    此配方沖擊強度比純PS提高8倍。 
    3、PET可與PBT、PA、PC、DPE、EVA、乙丙橡膠、氯化SBS等共混。 
    PET                       100 
    PBT                      15~20 
    滑石粉                    0.5 
    此配方沖擊強度可提高50%。 
    4、PE抗靜電配方 
    PE                                100 
    甘油單棕櫚酸脂              5 
    此配方表面電阻率為  9.55*1012Ω。 
    小結: 配方設計必須經實踐的檢驗才能獲得成功。
 
2009年6月12日

022-86342893