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史上最全面各种类塑胶原料物性应用知识7
烯烃类热塑性弹性体(烯烃类TPES)
热塑性聚烯烃共混物包括了烯烃类TPES,热塑性聚烯烃(TPOS),热塑性弹性体塑料改性聚丙烯(EMPPS)及工程聚烯烃。它们都是热塑性聚烯烃类(主要是聚丙烯)与弹性体的共混物,通常也称为烯烃类共混物。这些共混物具有宽广范围的物理性能和流变性能,从柔软的弹性体到又初又刚的材料都有,因而有广阔的应用范围。
TPOS一般在最普通的热塑性弹性体加工设备上就可加工成型。它们的宽广性能,低的重量和优良的加工性能及其它们的价格,成为各种终端用途可作出的最佳选择。
化学和性质
弹性体改性聚烯烃类共混物是由半结晶的热塑性聚烯烃与无定型的弹性体构成,主要类型为聚丙烯的均聚物或共聚物与乙烯一丙烯(EP)或乙烯一丙烯一二烯烃(EPDM)橡胶的共混物。它们可加入各种填料(如滑石粉、玻璃、碳酸钙、云母等),还可添加耐热、耐氧化、抗紫外线的稳定剂,色料,润滑剂及其它加工助剂。用作相容剂或为提高某些特殊性能也可加入其它的高聚物。
大多数TPOS是在间歇式或连续式混合机上制备的机械共混物,产品的形态和物理性能受到加工条件的影响。在混合期间可使之进一步改性,产生可控流变性产品或部分交联,但仍属热塑性材料的产品。
过去几年已有关于反应器内接续聚合制备PP/PE共混物的报导。这种共混物是在一组接续反应器中合成聚丙烯和EP共聚物的,包括制备PP和用相似的方法制备橡胶,但这是一个接续的过程。相对于机械共混物来说其产物的性能变化范围较小,然而反应器内制备的这些共混物却能满足某些应用要求,作为工程聚烯烃的组分也是很有用的。
TPO共混物在商业上应用的主要性能包括有极好的低温抗冲性能,较高的刚性,熔融流动速率和可控制的成型收缩率。上述特性可以调节满足某些特殊应用的需要,从柔软的橡胶状到具有很高硬度和刚性的共混物,弯曲模量为138至276MPa。TPOS还具有低的密度和优良的化学和电性能。使用温度为一40℃至130℃,添加耐紫外线稳定剂和紫外线吸收剂可改善户外使用时的耐老化性能(如增加耐紫外线稳定性),用色母料很容易为塑料着色。
经过相当大的努力成功地改善了烯烃类共混物的表面特性,提高了它们与涂料和粘合剂的结合能力。表面性能的改善促使了产品的商业化,提高了使用性能(如油漆的附着力和耐溶剂性能)。当某些产品具有功能性的表面后,它不需增粘涂层或底层就可被涂敷。
随着树脂设计和共混物、塑料合金技术的发展,将使TPOS逐渐渗透到工程塑料所占领的领域。
加工
热塑性聚烯烃共混物用传统的热塑性加工的方法很容易加工,大多数TPOS能注塑成型,也可吹塑成型或挤塑成型。也有一些热成型的品级。设计这些产品有宽广的选择范围,使定制的材料能满足加工和使用的要求。TPO材料已有很多的加工方法,并很容易注塑成型和其它热塑成型加工。
应用
热塑性聚烯烃共混物已普遍用于汽车工业,主要是汽车外装的模塑件(如缓冲器托板、导风板、侧面模件、填隙板、栅格、端盖),它们同样也用作垂直车身壁板和挡泥板扩张部分。由于它们能着色模塑,使产品具有低的光泽和良好的表面外界周时还保持了较好的耐紫外线稳定性排闭港潮的增车内装和外装的应用还在增加。由于材料的性能(如耐热。耐溶剂的稳定性,较好的柔软性和优良的声音阻尼性能)达到了相互均衡,其在导管消音材料,防护屏蔽和其它在汽车发动机罩下的应用正在扩大,另外TPOS的热成型,吹塑成型及注塑成型的产品正在进入卡车市场。在非汽车方面的应用有导线、电缆的绝缘层和护套,挡风(雨)条,工具把手,体育运动用品及其它注塑和挤塑成型的产品。
商业信息
热塑性聚烯烃共混物在1993年,全年仅在运输业的消耗用量高达1.5万亿磅,并正以 10%的年增长率发展。这种高的增长率在于对汽车市场的渗透,以及对一些材料的更换,如反应性注塑聚氨酯,聚碳酸酯共混物和工程塑料等。由于对环境因素更加重视,塑料的可再生性显得更为重要,对TPO材料的需求将会增加。它们的价格约为0.80一1.50美元/磅,主要供应商有 D&S Plastics, Himont, Exxon, Mytex, and CCT。
2.热成型,使用苯乙烯-丁二烯共聚物和通用型的聚苯乙烯(g.-p.PS)的共混物。苯乙烯-丁二烯共聚物以有 流动性的小球形式提供。
化学和性能
采用溶液聚合,以烷基理为催化剂,顺序加入苯乙烯和1,3一丁二烯单体,(可制成苯乙烯-丁二烯共聚物。苯乙烯-丁二烯共聚物既可通过偶合制成星型嵌段共聚物。又可通过线性加成及应制成多嵌段线型共聚物。所产生的无定形苯乙烯-丁二烯共聚物具有特殊的丁二烯、苯乙烯嵌段结构。丁二烯嵌段形成非连续的丁二烯橡胶微区,具有韧性和抗冲击性。透明性受了二烯嵌段长度和结构的控制,如果丁二烯嵌段微区长度小于可见光波长,则显示透明性。苯乙烯嵌段形成连续的苯乙烯微区,它具有热塑性、刚度、高光泽度以及与其它苯乙烯系树脂的相容性。这些聚合物凝胶含量低、模塑收缩低、有闪耀性、低吸水性。很好的挠曲寿命以及容易加工等特性。
苯乙烯-丁二烯共聚物可通过超声焊、溶剂粘接和振动焊接来粘合;并且可通过γ一射线或环氧乙烷来灭菌。苯乙烯-丁二烯共聚物是由美国食品与药物管理局FDA认可,可以应用于食品和饮料包装;它们在许多医学应用中,也允许使用。典型的Firestone公司的Stereon 881苯乙烯-丁二烯共聚物的性质见表一1。各种品级的苯乙烯-丁二烯共聚物主要用在两方面:注塑成型和热成型。注塑成型产品一般具有较高苯乙烯的含量,具有更大的表面硬度、刚性、更高的光泽度、更低的弯曲性以及更低的伸长率。这些产品通常不掺杂其它物质,并且具有非常好的抗冲击强度、韧性以及清晰度。
热成型产品通常与通用型聚苯乙烯共混后使用,其比例为60:40,40:60。这些产品与通用型聚苯乙烯的相容性非常好,并且具有非常好的挤出和热成型性能,可加工成薄型制品、具有低应力发白以及同时具有韧性和清晰度等优良性质。
苯乙烯-丁二烯共聚物也可用于制薄膜和掺混聚合物。其中掺混聚合物的基材可以是聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、苯乙烯一丙烯腈共聚物(SAN)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)以及苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯共聚物。
加工
苯乙烯-丁二烯共聚物的粒料不需干燥,并且可以回收使用。这些聚合物可以在一般的热塑性塑料加工设备上进行加工,例如片材挤塑、注塑成型、热成型以及吹塑成型。典型的加工温度为380-450 °F 。它们可以很容易着色成为深色但仍是透明的或是不透明的,并且可以被染成各种颜色。通常用于聚苯乙烯和HIPS的加工设备都可用于加工苯乙烯-丁二烯共聚物。
应用
由于苯乙烯-丁二烯共聚物具有很好的清晰度、韧性、容易加工以及经济性,所以它们可应用于许多领域中。苯乙烯-丁二烯共聚物热成型产品通常受益于与之共混的价廉的通用型聚苯乙烯,因为这样可使它们应用于一次性包装中,其中包括:一次性饮料杯、碗、托盘、食品盖、快餐盒以及各种容器盖。其
它应用包括:泡沫包装和其他的展示品包装。注塑成型产品的应用包括:医用制件,陈列品箱、箱、盒、展示品盒、罩以及玩具零件、支架和办公用品等。薄膜的应用包括:热收缩性包装袋、蔬菜保鲜袋和外包装。
商业信息
苯乙烯-丁二烯共聚物的性能和价格正好介乎兼透明有脆性,价格低廉的材料如通用型聚苯乙烯和那些价格昂贵、高性能或难加工的材料如PETG、PC. OPS。纤维素塑料、丙烯酸酯、PVC以及ABS之间。每磅价格在0.8?1.05美元范围内。目前的苯乙烯-丁二烯共聚物制造厂遍及世界,他们注册的商品名为:美国Firestone公司的 Stereon;美国 Phillips 66公司的 K?Resin;日本 Asahi Chemical公司的Asaflex;德国BASF公司的Styrolux;日本Denki-Koguku公司的Clearen;和比利时Fina Oil&Chemical的Finaclear.
苯乙烯-丙烯腈共聚物
苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)是无色透明的热塑性树脂,具有耐高温性、出色的光泽度和耐化学介质性,还有优良的硬度、刚性、尺寸稳定性和较高的承载能力。由于该树脂固有的透明性,故非常普通地用于制造透明塑料制品。
化学和性能
SAN树脂是线性无定形共聚物,是通过连续本体、悬浮或乳液聚合制得。通过分子量的改变和苯乙烯/丙烯腈的配比变化可以调节聚合产物的性能。在聚合过程中或聚合完成后的配混操作中可加人添加剂和改性剂,以获得所需要的综合性能。所用添加剂和改性材料一般包括着色剂、玻璃纤维增强材料、脱模剂、紫外光稳定剂、弹性体、抗静电剂以及流动助剂和加工助剂。
SAN树脂能耐脂肪烃、非氧化性酸。碱、植物油、食品,某些醇类和洗涤剂,但与一些芳香烃、酮类、酯类和氯化烃接触会被侵蚀。热变形温度范围为200~230°F(182MPa下),所制得产品的最高使用温度受应力、周围的化学介质环境和取向度的影响很大,但185°F 的连续使用温度是完全能够达到的。SAN的断裂拉伸强度为69?83MPa,其弯曲强度和弹性模量一般较高。根据树脂品级和加工条件不同,SAN的缺口悬臂梁抗冲击强度范围为 0.2~0.5 ft.lb/in。
SAN树脂与用量更大。被普遍使用的ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物)合成树脂相比,缺少一个橡胶组分(丁二烯橡胶)。由于SAN中没有橡胶组分,因此它的抗冲击强度低于ABS树脂。但SAN其它大部分性能(如耐热性、耐化学介质性、拉伸和弯曲强度和光泽度等)优于通用级ABS树脂。
特殊品级
SAN的特殊品级包括紫外光稳定级、抗静电级、耐渗透级、玻璃纤维增强级等。抗静电SAN生产的制品可防止粒子和灰尘的吸附聚集;耐渗透SAN可减少气体和水蒸汽的透过率;用紫外光稳定级SAN生产的玻璃、散光板和标志牌等产品其性能得到改善。
玻璃纤维增强SAN树脂具有很高的刚性和尺寸稳定性。新开发的SAN树脂有高透明级、“洁白”产品级、可发性SAN(用于生产泡沫塑料)和各种共混物和合金。
虽然SAN树脂本身是透明的,但通过顶着色方式或使用浓色母料,也能制造一系列发雾的、半透明和不透明的制品。
加工
SAN树脂可用普通热塑性塑料的成型方法进行加工,如注塑、挤塑、注塑吹塑和压塑成型等。SAN树脂有吸水性,故为保证产品质量,在加工成型前应对SAN进行干燥处理。
SAN树脂可进行二次加工,而且其性能变化很小。但是,如果受热厉害的话,产品可能会发生颜色变化,变成黄色色调。SAN在再加工中不能混杂其它塑料,尽管它们很容易相容,但也会对产品的颜色和透明度产生影响。SAN为极性聚合物,一般与非极性树脂(包括聚苯乙烯)不相容。SAN树脂与ABS树脂是相容的。
适用于SAN的后处理操作包括热冲压、涂漆、丝网印刷、超声波焊接、机械加工、真空喷镀、溶剂粘焊,以及用于ABS、丙烯酸酯类树脂和聚苯乙烯的其它大部分加工方法。
应用
SAN树脂最大的用途是作为一个组分制造ABS树脂。因此,所有主要的ABS生产厂都制造SAN树脂。SAN在商业市场上有广泛的用途。
家庭用品 SAN用于制造家庭用品是因为它具有透明性,对一般食物和洗涤剂有耐化学介质性,并且具有足够的耐高温性可以在高温洗涤条件下洗涤。具体应用有大口杯、带把杯、洗浴用具、冰桶、沙拉碗和托盘等。
器械附件 SAN树脂在此方面的应用也主要缘于其透明性和耐化学介质性。主要用途包括冷藏柜抽屉、搅拌器。真空吸尘器部件、加湿器部件和洗衣机洗涤剂喷洒器。
汽车部件 抗紫外线/耐紫外线的SAN可用于生产车灯玻璃。玻璃纤维增强SAN可制造汽车仪表盘。
电器 主要有磁带盒和磁带盒上透明窗、唱机盖、仪表透明外壳、计算机卷纸器、蓄电池箱、按键帽、计算器和打印机工作台。
建筑 安全玻璃、滤水器外壳和水龙头旋扭。
医用制品 注射器、血液抽吸管、肾渗折装置及反应器。
包装材料 化妆盒、口红套管、睫毛膏盖瓶子、罩盖、帽盖喷雾器和喷嘴等。
特殊产品 一次性打火机外壳、刷子基材和硬毛、渔具、假牙、牙刷柄、笔杆、乐器管口以及定向单丝,这些都是SAN的一部分应用。
工业制品 蓄电池箱、用于许多其它塑料的浓色母料载体;作为PVC添加剂以改善其成型性、耐热性和光泽度。
氯化PVC
氯化聚氯乙烯是聚氯乙烯树脂后氯化得到的一种独特聚合物。
化学与性质
PVC分子上再增加一些氯以后,产物CPVC树脂的玻璃化温度(Tg)将提高至239至275°F温度范围内;载荷下热变形温度,根据其配方的不同,也将从PVC物料的约158°F提高到180至219°F的温度范围内。也就是说,所额外增加的氯,改善了硬PVC的阻燃性、生烟性,提高了抗张强度和模量,而保留了它原有的良好性能:突出的尺寸稳定性,优良的耐化学特性以及良好的介电性能。
CPVC混配料仍然保持较高氯含量树脂的高热畸变温度特性,其物料混配工艺与PVC混配相类似,但更复杂、更困难。
混配料可应用传统的挤塑、压延、注塑等加工管材、型材、片材等热塑性成型方法。挤塑加工包括用双螺杆挤塑机加工粉末状物料和用单螺杆挤塑机加工粒状物料。
用一种合适的溶剂溶解CPVC树脂,可制得一种很有用的粘接剂。一些加工者还可用其溶液成功地制得CPVC流延薄膜。
加工
虽然CPVC是以PVC为基质制得的聚合物,且和PVC共有某些性能,但是,它也是一种有其自身特性的聚合物,这一点对于其加工特别重要。例如,CPVC聚合物熔融温度范围从400°F直至最高达到 450°F。挤塑加工需要采用镀铬或不锈钢的模头。挤塑模头必须是良好流线型,以保证能长时间地加工运转。平板模头不能获得满意的挤塑运转时间。为了很好地控制管材和异型材的挤塑尺寸,最好采用真空定型技术。挤塑设备需配备至少 40马力的螺杆传动装置。有几种螺杆设计可适于挤塑加工各种配方好的混配料。
注塑加工需要采用有合适导出长度的低压缩螺杆。管件用物料需要采用尖梢式塑化螺杆。而低粘度,高产出物料需要采用卸掉滑动止过环的加工螺杆,不能采用球形止逆螺杆。注塑模具应该采用不锈钢材料,至少也应采用镀铬或镀镍材料。
应用
由于固有的耐化学特性、高度的刚性、固有的抗燃性、优良的抗张强度、耐室内光、耐气候特性以及合适的密度,使CPVC材料具有广泛的应用市场。
传统上,CPVC材料常用于制造冷。热水输送管材、管件以及工业化学液体的传送管道、管件、阀门等。最新技术的发展使之可以挤塑成型窗玻璃镶装压条、冷却塔板、汽车内用制品、废弃物处理器具以及各种室外深色应用物品。一些定制注塑品级可见于办公机械外壳、长途通讯设备用品以及一些仪器部件。一项最新发展是消防系统管材、管件特用的CPVC 物料。
CPVC最早(大约1960年)用于制造居家用冷、热水输送管及管件。其管材热损耗低、不挂水滴、无水垢聚积,在180°F温度与 100磅/英寸2压力下可持续应用,并经美国国家环境卫生基金会可饮用水认证,因而,促使数百万居住小区采用CPVC管材。CPVC物料制成的水龙头配件及阀门用于饮用水系统中,也具有同样优点。
建筑上的其他应用还包括窗玻璃深色镶装压条、天窗框架,这是因为CPVC有较高耐热性,可耐受深色导致的聚积热。
CPVC耐化学特性使之能应用于传送工业液体,尤其是造纸、制浆过程中的高温液体以及电镀、电化学操作中的酸。碱液体。许多电镀工业管线中都采用CPVC贮罐、管材及过滤元件。甚至还有包括管道、管件、阀门、滤料板和过滤设备、泵等全都用CPVC制造的完整系统。
家用电器制造厂商还发现,CPVC良好的排水性、固有的抗燃性(达到UL标准94-SVA)、耐皂液、耐漂性,对于直接安装在洗碗机、洗衣机内电动机上的水泵来说,都符合要求。
高度的耐热性、抗燃性、遇油脂也不龟裂,因而可考虑用CPVC制造汽车内装件。这些特性也使CPVC可用来制造冷凝水回流管和滴水盘。
固有的抗燃性(UL标准94?SVA可燃性),以及优良的耐化学特性、抗紫外荧光性、抗墨水污渍与良好的吸音性,使得一系列新型品牌的CPVC可用来制造诸如打印机外壳和底座等一类的办公机械部件。
还有一些低生烟性的CPVC物料,它们满足联邦航空局规范25.853款(A-1)有关飞机机舱内制品热释放值必需符合一定速率的最新要求。同时,这些物料也满足城市公共交通管理局烟火准则要求。这些低生烟性物料的挤塑制品也满足楼房内A级标准有关低烟火性能的要求。还有几种深色的耐气候的新型品牌的物料应用于农田灌溉方面。总之,氯化不仅保留了PVC原有的优良性能,而且使聚合物适用于更高的温度下,因而,常常可代替金属或其他价格更贵的工程塑料。
商业信息
CPVC聚合物由 The BF Goodrich公司特种聚合物和化学品分公司销售。1991年初的价格为:每磅1.30至1.50美元。
苯乙烯-丙烯腈共聚物
苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)是无色透明的热塑性树脂,具有耐高温性、出色的光泽度和耐化学介质性,还有优良的硬度、刚性、尺寸稳定性和较高的承载能力。由于该树脂固有的透明性,故非常普通地用于制造透明塑料制品。
化学和性能
SAN树脂是线性无定形共聚物,是通过连续本体、悬浮或乳液聚合制得。通过分子量的改变和苯乙烯/丙烯腈的配比变化可以调节聚合产物的性能。在聚合过程中或聚合完成后的配混操作中可加人添加剂和改性剂,以获得所需要的综合性能。所用添加剂和改性材料一般包括着色剂、玻璃纤维增强材料、脱模剂、紫外光稳定剂、弹性体、抗静电剂以及流动助剂和加工助剂。
SAN树脂能耐脂肪烃、非氧化性酸。碱、植物油、食品,某些醇类和洗涤剂,但与一些芳香烃、酮类、酯类和氯化烃接触会被侵蚀。热变形温度范围为200~230°F(182MPa下),所制得产品的最高使用温度受应力、周围的化学介质环境和取向度的影响很大,但185°F 的连续使用温度是完全能够达到的。SAN的断裂拉伸强度为69?83MPa,其弯曲强度和弹性模量一般较高。根据树脂品级和加工条件不同,SAN的缺口悬臂梁抗冲击强度范围为 0.2~0.5 ft.lb/in。
SAN树脂与用量更大。被普遍使用的ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物)合成树脂相比,缺少一个橡胶组分(丁二烯橡胶)。由于SAN中没有橡胶组分,因此它的抗冲击强度低于ABS树脂。但SAN其它大部分性能(如耐热性、耐化学介质性、拉伸和弯曲强度和光泽度等)优于通用级ABS树脂。