热塑性塑料配方设计与物料制备实验

1.1实验目的

（1）了解热塑性塑料配方设计得基本原则与原理。

（2）掌握热塑性塑料配方设计的操作过程。

（3）掌握热塑性塑料配方中树脂及各类助剂的特性、作用、参考用量以及使用注意事项。

1.2实验原理

塑料品配方是按一定比例在树脂中混入各种助剂而形成的复合体系，从而赋予树脂某种特殊的性能。配方设计主要实现下面几方面的目的：

① 改善树脂加工性能。有些树脂品种（如PVC）加工性能很差，不加入适当的添加剂难于进行常规的加工。

② 改善树脂的内在性能。完全符合制品性能要求的树脂品种是很难找到的，即使有这样的品种，不是价格过高，就是难于加工。因此，配方设计人员常选取性能最接近制品性能要求的树脂品种，并对其进行适当的改性，使之达到完全满足制品要求。

③ 降低成本。物美价廉是每一个配方设计者的首选目标。因此，树脂及助剂在满足制品需求性能的前提下，其价格愈低愈好。

配方设计原则：

（1）全面了解制品的性能要求：物理力学性能、加工性能、化学功能、特殊功能等。

不同的塑料制品都有其特定的性能要求，根据制品性能，相应选取树脂和助剂，合理搭配配方。

（2）全面了解原料性能、来源和成本。

在给出了塑料制品的使用性能要求后，首先要考虑的是选用何种材料才能达到这一要求，并且需要考虑采用什么样的工艺才能生产出这种制品。配方设计中的选材就是要选定配方中的树脂及各种助剂，使它们相互配合，充分发挥各自的优势，以满足制品的要求。一般情况下，各种树脂在力学性能、耐热性、耐寒性、耐腐蚀性以及其它性能等方面存在着很大的差异。另外，在加工流动性、其它工艺性能以及价格等方面的差异也很大。因此，树脂的选择至关重要。

树脂一经选定，接着就需考虑的是选用什么样的塑料助剂。助剂的应用是很复杂的技术，各种助剂对材料性能的影响大不相同，助剂选的是否正确，直接影响加工的进行以及产品的性能和使用寿命。

材料的性能通常包括使用性能、加工性能以及价格因素等方面。塑料配方中所选材料的使用性能是对制品使用性能的保证。树脂和各种助剂的性能是不同的，它们在体系中所起的作用也不同。有的助剂与树脂配合使用时会提高产品的性能，有的助剂与树脂配合使用时有可能带来不良的影响。因此，需充分考虑助剂与树脂的相容性，用于配方的各类助剂需与树脂有良好的相容性，这样才能均匀地分散于树脂中，同树脂有机地结合在一起，从而发挥其各自应有的作用。然而各种塑料助剂与给定聚合物之间仅有一特定的相容范围，超出这个范围，塑料助剂就会析出，析出后不仅失去作用，而且影响加工的进行及制品的性能与应用。相容性的好坏，主要取决于二者结构的相似性，如极性较强的增塑剂在极性的PVC中就有较好的相容性；在抗氧剂和紫外线吸收剂中引入较长的烃基，可以改善它们在非极性的聚烯烃中的相容性等。

选材时，还需考虑各类助剂间的组合搭配、相互影响及其协同效应。塑料制品使用的多种塑料助剂同处在一个体系中，往往彼此间要相互影响，如果配合得当，使用时具有协同作用。如紫外线吸收剂2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮与抗氧剂亚磷酸三癸基酯混合使用时，具有显著的增效作用。反之，若选配不当，使用时产生减效作用（或称“对抗作用”），如炭黑与胺类抗氧剂并用于PE中时，则产生对抗作用，彼此削弱原有的稳定效果。有关树脂与各种助剂以及助剂间的搭配，一方面要借鉴前人的生产或实验经验，另一方面需要通过试验来确定。

另外需注意的是，不同的材料在成型加工工程中对温度、压力、时间的响应情况是不同的，选材过程中还需考虑选择正确的加工方式，以便不破坏材料的固有性能，同时提高工作效率。如在选择固体助剂时，要保证其在成型加工过程中不分解；在选择液体助剂时，要保证在加工过程中不逸出。

助剂的毒性及对环境的污染也是选材过程中需加注意的一点。大部分助剂都有毒性或低毒性，粉末状助剂还有粉尘的污染。因此，助剂的毒性除需考虑必须满足制品使用性能要求外，应尽可能选用对环境污染小，对操作人员健康影响少的助剂。

最后，在设计新的配方或改进老配方时，应合理地选择原料，节约使用某些供应比较紧张、价格昂贵的添加剂。原料品种的选择应在满足性能要求情况下，结合原料来源的难易，使制品的成本尽量降低，提高制品的经济效益，并有利于推广使用。

（3）全面了解成型工艺。在配方设计中要慎重选择各种助剂及用量，以适应不同成型工艺的特点。

不同加工设备、加工方法要求助剂品种及用量不同。例如，PVC制品的成型方法有多种，生产薄膜可以通过压延成型或吹塑成型，生产硬质板材可采取挤压成型或压制成型，生产电缆料可采取开炼机塑化法或挤出造粒法等。由于成型方法不同，所用的设备及成型条件也不相同，物料在设备中不可避免地要受到压力、温度的作用，产生一系列物理或化学变化，致使性能发生改变。因此，在配方设计中要慎重选择各种助剂及用量，以适应不同成型工艺的特点。例如，对于PVC门窗异型材而言，采用挤出机通过挤出成型工艺生产，生产过程中外加热和螺杆剪切作用会使物料受到很大的热和力的作用，而PVC极易降解，而使产品的性能下降甚至无法加工，因而在配方中必须加入合适的热稳定剂。

（4）设计的新配方，应通过成型加工，产品性能检测，制品使用的考验。

通过小试、中试等一系列试验对所设计的配方进行验证和调整，通过成型加工，产品性能测试，制品使用的考验，最终确定出生产配方。设计出的新配方，往往要经多次调整才能确定为优良的配方。

1.3实验设备

    天平。

1.4实验步骤

配方设计流程（以PVC制品配方为例）

（1）树脂牌号的选择

（2）稳定剂系统的确定

（3）增塑剂系统的确定

（4）润滑剂系统的配合设计

（5）影响PVC制品性能的其它需考虑的因素，如加工性能、刚性、韧性等。

1.5实验记录

（1）配方

（2）是否需要干燥？

如果需要干燥，则干燥方法：

干燥温度（℃）：

干燥时间(hr)：

干燥后含水率(%)：

1.6问题讨论

(1) 配方中各种助剂的作用是什么？

(2) 配方中各种助剂的用量确定及使用注意事项是什么?