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配方设计表面看起来很简单，但其实包含了很多内在的联系，为了设计出高性能、易加工、低价格的配方，需要考虑的因素很多，现提出以下几个方面的因素供参考：树脂的选择、助剂的选择、助剂的形态、助剂的加入量、配方中各组分间的关系、保证配方中各组分混合均匀、配方中一些组分的负面影响、配方应考虑加工性、卫生及环保要求、助剂的价格和来源。
本次内容属于连载，将在后面几天陆续推出！快人一步预览或者往期回顾，请回复关键词：配方设计
（三）塑料配方设计的一些要点之助剂的形态
3助剂的形态
助剂形态不同，改性的效果也不同。
3.1助剂的形状
(1)纤维状填料的增强效果好。纤维的形状可用长径比(L/D)表示，L/D越大、增强效果越好。树脂在熔融状态时比在粉末状态时有利于保持长径比，减小断纤几率，这就是为什么不从进料口而从中部加料口加入玻璃纤维的原因。
(2)球型填料的增韧效果好、并可增加制品的光亮度。硫酸钡为典型的球型填料，因此高光泽PP的填充选用硫酸钡，硫酸钡也可以小幅度提高制品的刚性及韧性。
3.2助剂的粒度
(1)粒状助剂粒度的表示方法
粒状助剂的粒度可用目数或平均粒径表示，通常用的目数与平均粒径的关系见表2。
表2平均粒径与目数的关系
Tab.2 The relationship of mesh and average diameteof particle
|
目数 |
20 |
80 |
100 |
150 |
200 |
325 |
400 |
625 |
1250 |
2500 |
12500 |
|
平均粒径/μm |
833 |
175 |
147 |
104 |
74 |
43 |
38 |
20 |
10 |
5 |
1 |
注：目数有多种表示方法，本表中的目数为每平方英寸筛网上的筛孔数目
(2)填料粒度对填充塑料的力学性能的影响
粒度尺寸越小，对填充材料的拉伸强度和冲击强度提高越大。，在用20%(质量分数)硅灰石填充PA6时，粒度对填充PA6的力学性能的影响见表3。
表3 粒度对20%硅灰石填充PA6的力学性能的影响
Tab.3 The effect of granularity on the mechanicproperties
of PA6 composite Filled 20% wollstonite
|
性能 |
1250目 |
800目 |
400目 |
325目 |
150目 |
|
拉伸强度/MPa |
127.5 |
127.4 |
126.0 |
124.5 |
124.5 |
|
冲击强度/(kJ·m-2) |
15.5 |
15.1 |
14.8 |
14.4 |
13.5 |
(3)粒度对无机阻燃剂阻燃性能的影响
无机阻燃剂的粒度越小，阻燃效果越好。例如水合金属氧化物和三氧化二锑的粒度越小，达到同等阻燃效果的用量就越少。
在LDPE中加入80份不同粒度的氢氧化铝的阻燃效果见表4。
表4 氢氧化铝的粒度对其在LDPE中阻燃效果的影响
Tab.4 The effect of Al(OH)3 granuarityon its flame retarding in LDPE
|
粒度/μm |
25 |
5 |
1 |
|
氧指数/% |
23 |
28 |
33 |
在ABS中加入4%粒度为45μm的三氧化二锑与加入1%粒度为0.03μm的三氧化二锑阻燃效果相同。
(4)粒度尺寸对着色剂着色力的影响
着色剂的粒度越小，着色力越高、遮盖力越强、色泽越均匀。但着色剂的粒度不是越小越好，存在一个上限值，而且对不同性能的上限值不同。对着色力而言，偶氮类着色剂的上限粒度为0.1μm，酞菁类着色剂的上限粒度尺寸为0.05μm。对遮盖力而言，着色剂的上限粒度尺寸为0.05μm左右。
(5)粒度尺寸对导电助剂导电性能的影响
以炭黑为例，其粒度越小，越易形成网状导电通路，达到同样的导电效果时加入炭黑的量越低。但同着色剂一样，粒度大小也有一个上限值，粒度太小，导电助剂易于团聚而难于分散，效果反而不好。
3.3助剂的表面处理
与树脂良好的相容性是发挥助剂功效的关键。因此，必须设法提高或改善其与树脂的相容性，如采用表面活性剂、偶联剂或相容剂对其进行表面活化处理。
所有无机类添加剂经过表面处理，效果大都提高。尤其以粉末填料最为明显，其他还有玻璃纤维、无机阻燃剂等。
表面处理以偶联剂和相容剂为主，偶联剂有硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类，常用相容剂有所用树脂的马来酸酐接枝聚合物。
4助剂的加入量
从改性效果看，有的助剂加入量越多越好，如阻燃剂、增韧剂、磁粉、阻隔材料等，有的助剂加入量有最佳值，如导电助剂形成到电通路后即可，再增加无效果；偶联剂，表面包覆即可；抗静电剂，在制品表面形成泄电荷层即可。在设计配方时，应该在能满足改性效果的前提下，添加量最小，以降低成本。
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