高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)課件

1、高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共74頁(yè)。1.1 添加劑添加劑是實(shí)現(xiàn)高分子材料加工過(guò)程中，最大限度地發(fā)揮制品的性能或賦予某些特殊性能；便于加工；可降低成本的重要輔助成分。穩(wěn)定劑增塑劑潤(rùn)滑劑交聯(lián)劑及相關(guān)添加劑填充劑其他添加劑2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第2頁(yè)，共74頁(yè)。1.1.1 穩(wěn)定劑高分子材料老化的原因：在加工、使用過(guò)程中，在光、熱和氧等環(huán)境中會(huì)發(fā)生自動(dòng)氧化和熱降解。老化對(duì)制品影響：造成制品外觀、物理性能、力學(xué)性能、電性能等變差。防止老化的方法：加入穩(wěn)定劑。主要的穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑 、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、生物抑制劑。2022/7/29高分子材料成型加工基

2、礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第3頁(yè)，共74頁(yè)。1.熱穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑的主要應(yīng)用： 用于PVC塑料的加工，防止PVC樹(shù)脂在加工過(guò)程中，受熱時(shí)發(fā)生脫HCl反應(yīng)和變色。是生產(chǎn)PVC制品必不可少的最重要的添加劑。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第4頁(yè)，共74頁(yè)。（1）PVC的穩(wěn)定性1）隨著溫度升高，PVC熱降解加速PVC加熱到1000C時(shí)開(kāi)始分解，放出HCl； 1300C時(shí)分解明顯；高于1500C時(shí)分解相當(dāng)嚴(yán)重。 PVC的熱降解反應(yīng)： CH2-CHCl-CH2-CHCl CH=CH-CH=CH + HCl顏色變化由白微紅粉紅淺黃褐色紅棕黑色，聚合物的顏色，取決于發(fā)色基團(tuán)。2022/7/29

3、高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第5頁(yè)，共74頁(yè)。2）隨著氧含量升高，PVC熱降解加速PVC在不同環(huán)境中的氧降解速度順序：氧氣中空氣中氮?dú)庵?）光照使PVC熱降解加速PVC的穩(wěn)定性有光照比無(wú)光照低，光強(qiáng)增加穩(wěn)定性降低；光的波長(zhǎng)不同，穩(wěn)定性不同，在紫外線(xiàn)照射下，穩(wěn)定性大大降低。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第6頁(yè)，共74頁(yè)。4）隨樹(shù)脂型號(hào)增高（Mn變?。?，熱穩(wěn)定性變差懸浮法PVC樹(shù)脂熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于乳液法；PVC樹(shù)脂中雜質(zhì)多熱穩(wěn)定性差。5）脫出的HCl會(huì)加速PVC的降解PVC樹(shù)脂熱不穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)，存在不穩(wěn)定的Cl原子。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)

4、添加劑及配方設(shè)計(jì)第7頁(yè)，共74頁(yè)。（2）熱穩(wěn)定劑的作用1)中和HCl 與分解放出的HCl迅速反應(yīng)，生成穩(wěn)定的化合物。2）取代不穩(wěn)定的氯原子 穩(wěn)定劑與可能引發(fā)脫HCl反應(yīng)的氯原子反應(yīng)。3）與不飽和部位反應(yīng)，起消色作用4）破壞正碳離子鹽，正碳離子鹽是引起PVC顏色變深的主要原因2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第8頁(yè)，共74頁(yè)。（3）熱穩(wěn)定劑的分類(lèi)種 類(lèi)特 性鉛鹽類(lèi)：三堿式硫酸鉛（3PboPbSO4H2O）二堿式亞磷酸鉛2PboPbHPO31/2H2O三堿式硫酸鉛為白色粉末，吸收HCl能力很強(qiáng)，熱穩(wěn)定性和電絕緣性很好，價(jià)廉，但有毒，不透明，耐候性和光穩(wěn)定性較差。二堿式亞磷酸鉛

5、有突出的耐候性和光穩(wěn)定性，與三堿式硫酸鉛并用有協(xié)同效應(yīng)。金屬皂類(lèi)：是第二大類(lèi)主穩(wěn)定劑常用為Ba、Cd、Zn、Ca的硬脂酸、月桂酸和蓖麻油酸鹽有潤(rùn)滑作用，相溶性差Cd、Zn皂鹽能捕捉HCl，取代烯丙基氯原子，但生成的氯化物對(duì)脫HCl有催化作用；Ba、Ca皂鹽能捕捉HCl，生成的氯化物對(duì)脫HCl無(wú)催化作用，兩類(lèi)皂鹽有協(xié)同效應(yīng)。有機(jī)錫類(lèi)：含硫有機(jī)錫：十二醇二正丁基錫有機(jī)錫羧酸鹽：二月桂酸二辛基錫主要用于食品包裝和透明制品。耐熱性和透明性非常好，耐候性差，有臭味。耐熱性和透明性好，無(wú)滲出性，無(wú)毒。稀土穩(wěn)定劑：鑭系稀土元素的有機(jī)復(fù)合物耐熱優(yōu)于鉛鹽，初期色相和透明性好，可用于食品和醫(yī)藥包裝。有良好的發(fā)展前

6、景。復(fù)合穩(wěn)定體系分散性、穩(wěn)定性好，起協(xié)同作用；不宜長(zhǎng)期內(nèi)存。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第9頁(yè)，共74頁(yè)。（4）穩(wěn)定劑的選擇穩(wěn)定劑的選擇應(yīng)遵循下列原則：1）具有吸收和中和HCl的作用；2）與PVC、增塑劑相溶性好，不與其他添加劑 反應(yīng)；3）不影響PVC的加工性及制品使用性能；4）無(wú)色、無(wú)味，用于食品及藥品包裝時(shí)應(yīng)無(wú)毒；5）價(jià)廉、用量少。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第10頁(yè)，共74頁(yè)。熱降解實(shí)例：有機(jī)玻璃解聚回收甲基丙烯酸甲酯單體CH2CCH2CCH3COOCH3CH3COOCH3CH2CCH2CCH3COOCH3CH3COOCH3T270

7、 高聚物單體回收率%高聚物單體回收率%聚甲基丙烯酸甲酯聚 甲基苯乙烯聚四氟乙烯聚間甲基苯乙烯10010010052聚苯乙烯聚異丁烯聚異戊二烯聚乙烯4232113某些高聚物熱降解時(shí)的單體回收率2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第11頁(yè)，共74頁(yè)。實(shí)例：PE的無(wú)規(guī)斷鏈 高聚物受熱后，在高分子主鏈上的任意位置發(fā)生的斷鏈反應(yīng)。CH2CH2CHCH2CH2CH2CH2HCH2CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH311222022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及

8、配方設(shè)計(jì)第12頁(yè)，共74頁(yè)。2. 抗氧劑（防老劑）1）自動(dòng)氧化反應(yīng)機(jī)理原理：O2通過(guò)生成氫過(guò)氧化物ROOH進(jìn)行降解如PP和NR（天然橡膠），SBS和NBR（丁腈橡膠）主要發(fā)生交聯(lián)。實(shí)例1：PP的氧化降解CH2CHCH2CHO2CH3CH3CH2CCH2CHCH3CH3OOHCH2CCH2CHCH3CH3OCH2CH3CCH2CHCH3O2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第13頁(yè)，共74頁(yè)。實(shí)例2：順丁橡膠的老化降解OHOCH2CHCHCHCH2CH2CHCHCCH2O2CH2CHCHCH2CH2CH2CHCHCHCH2OOH2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及

9、配方設(shè)計(jì)第14頁(yè)，共74頁(yè)。2）抗氧劑的作用和分類(lèi)抗氧劑的作用：指可抑制或延緩高分子材料自動(dòng)氧化速度，延長(zhǎng)其使用壽命的物質(zhì)?？寡鮿┓诸?lèi)：a. 鏈終止型抗氧劑 可與自由基R和ROO 反應(yīng)，中斷自動(dòng)氧化的鏈增長(zhǎng)。b.預(yù)防型抗氧劑 可除去自由基的來(lái)源，抑制或延緩引發(fā)反應(yīng)。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第15頁(yè)，共74頁(yè)。3）常用抗氧劑酮胺類(lèi) 用作橡膠防老劑，有效防止熱、氧和疲勞老化，是最要的橡膠防老劑，如防老劑RD和防老劑AW；對(duì)苯二胺類(lèi) 用于橡膠和塑料，是目前重點(diǎn)發(fā)展的一類(lèi)高效、低毒防老劑，如防老劑4010酚類(lèi) 防護(hù)效果不如胺類(lèi) ，但最大特點(diǎn)是不污染、不變色，特別適合于白

10、色和淺色制品，如抗氧劑264、抗氧劑1010，廣泛用于PVC、PE、PP、PS及ABS。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第16頁(yè)，共74頁(yè)。4）抗氧劑的選用原則a.穩(wěn)定性好 抗氧劑在加工和使用條件下對(duì)光、熱、氧和水具有穩(wěn)定性。b.無(wú)色污現(xiàn)象 不發(fā)生變色和污染性。c.相容性好 與高聚物有好的相容性。d.低毒難揮發(fā) 2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第17頁(yè)，共74頁(yè)。3.光穩(wěn)定劑1）高分子材料的光降解波長(zhǎng)在290400nm之間的紫外光約占太陽(yáng)總輻射能的6%，它下是引起高分子材料光降解的罪魁禍?zhǔn)?。具有飽和結(jié)構(gòu)的高分子材料不能吸收波長(zhǎng)250nm的光，如P

11、E、PP僅含單鍵，本身不吸收紫外光，而當(dāng)其含有不飽和結(jié)構(gòu)、含有微量雜質(zhì)及存在結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)，才會(huì)由紫外光導(dǎo)致降解。75%以的光穩(wěn)定劑用于聚烯烴，其中PP消耗30%， PE消耗的高達(dá)70% 。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第18頁(yè)，共74頁(yè)。某些塑料對(duì)于紫外光的敏感光波長(zhǎng)2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第19頁(yè)，共74頁(yè)。 紫外波段光子的能量很大，正好與聚合物中的某些鍵能相匹配而破壞大分子鏈，聚合物抗光老化的實(shí)質(zhì)是防御波長(zhǎng)在290400nm之間的紫外光對(duì)聚合物的破壞作用。 光對(duì)高分子材料的降解，嚴(yán)格說(shuō)是光和氧共同作用的結(jié)果。2022/7/29高分子材

12、料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第20頁(yè)，共74頁(yè)。2）光穩(wěn)定的作用和分類(lèi)a.光屏蔽劑 指可反射和吸收紫外光的物質(zhì)，如鈦白粉、碳黑。碳黑是效能最高的光屏蔽劑。b.紫外線(xiàn)吸收劑 指能強(qiáng)烈地選擇吸收高能量的紫外線(xiàn)，并能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以熱能形式或無(wú)害的低能輻射，將能量釋放或消耗的一類(lèi)物質(zhì)。如二苯甲酮類(lèi)的UV-0、UV-9。c.猝滅劑 是指通過(guò)分子間的能量轉(zhuǎn)移，迅速有效地將激發(fā)態(tài)分子猝滅，回到基態(tài)的一類(lèi)物質(zhì)。如光穩(wěn)定劑2002。d.自由基捕捉劑 指通過(guò)捕捉自由基，分解過(guò)氧化物，賦予高分子材料高度穩(wěn)定性的一類(lèi)物質(zhì)。如光穩(wěn)定劑770。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第21頁(yè)，共74頁(yè)

13、。3）常用的光穩(wěn)定劑舉例ZnO是價(jià)廉、耐久、無(wú)毒的光穩(wěn)定劑，粒度為m時(shí)，3份ZnO與份有機(jī)光穩(wěn)定劑，對(duì)HDPE、LDPE、PP的效果最佳。炭黑是效能最高的光屏蔽劑，可抑制自由基反應(yīng)，與其他穩(wěn)定劑有協(xié)同效應(yīng)。鈦白粉2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第22頁(yè)，共74頁(yè)。小結(jié)主要的穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑 、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、生物抑制劑熱穩(wěn)定劑 主要用于PVC塑料的加工，防止受熱時(shí)發(fā)生脫HCl反應(yīng)。抗氧劑的作用 可抑制或延緩高分子材料自動(dòng)氧化速度，延長(zhǎng)其使用壽命。光穩(wěn)定劑的作用 抑制高分子材料的光降解，可分為：光屏蔽劑 ；紫外線(xiàn)吸收劑 ；猝滅劑 ；自由基捕捉劑。2022/7/29高分子

14、材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第23頁(yè)，共74頁(yè)。習(xí)題與思考題1. PVC的穩(wěn)定劑的作用的是什么，應(yīng)如何選用？2.請(qǐng)簡(jiǎn)述光穩(wěn)定的作用及主要應(yīng)用。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第24頁(yè)，共74頁(yè)。1.1.2 增塑劑 1. 增塑劑及其作用 （1）增塑劑 是指用以使高分子材料塑性增加，改善其柔軟性、延伸性和加工性的一類(lèi)物質(zhì)，增塑劑80%以上用于PVC樹(shù)脂。 一般可分為外增塑劑和內(nèi)增塑劑兩類(lèi)。 當(dāng)增塑劑用量超過(guò)30份時(shí)，制得軟PVC制品。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第25頁(yè)，共74頁(yè)。舉例：常用軟PVC制品中增塑劑的用量 單位：份制品人造革鞋電線(xiàn)

15、軟管薄膜用量100655045452022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第26頁(yè)，共74頁(yè)。（2）增塑作用 1）外增塑作用 酯類(lèi)化合物其分子上的極性基團(tuán)與PVC分子上的-Cl相互吸引，減少PVC大分子間的作用力，使Tg降低。 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)簡(jiǎn)單，使用方便，應(yīng)用廣泛； 缺點(diǎn)：耐久性較差，易揮發(fā)、遷移和抽出。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第27頁(yè)，共74頁(yè)。例： 鄰苯二甲酸二辛酯(DOP) 無(wú)色油狀透明液體，有特殊氣味。著火點(diǎn)241，粘度s。25時(shí)在水中溶解度0.01%。溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑和烴類(lèi)。與大多數(shù)工業(yè)用樹(shù)脂有良好的相容性。沸點(diǎn)：386.9熔點(diǎn)：-55

16、密度：0.986分子結(jié)構(gòu)式：2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第28頁(yè)，共74頁(yè)。（2）增塑作用 1）外增塑作用 酯類(lèi)化合物其分子上的極性基團(tuán)與PVC分子上的-Cl相互吸引，減少PVC大分子間的作用力，使Tg降低。 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)簡(jiǎn)單，使用方便，應(yīng)用廣泛； 缺點(diǎn)：耐久性較差，易揮發(fā)、遷移和抽出。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第29頁(yè)，共74頁(yè)。 2）內(nèi)增塑作用 引入均聚物Tg較低的第二單體，或在大分子鏈上引入支鏈或大的側(cè)基。 優(yōu)點(diǎn)：耐久性好，不揮發(fā)，難抽出； 缺點(diǎn)：必須通過(guò)聚合過(guò)程引入，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添

17、加劑及配方設(shè)計(jì)第30頁(yè)，共74頁(yè)。2. 增塑劑的性質(zhì)（1）相容性和加工性 相溶性主要以溶解度參數(shù)衡量極性大的PA和PVC等與鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）二甲酯（DMP）、二乙酯（DEP）、二丁酯（DBP）等相容性良好,常用作PVC的主增塑劑；極性小的PP、SBR等高聚物，可用石油系軟化劑。加工性受增塑效率影響選用相溶性好的增塑劑，在加工時(shí)聚合物的凝膠化速度快，加工性能好。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第31頁(yè)，共74頁(yè)。（2）對(duì)材料性能的影響1）玻璃化溫度（Tg）的影響 加入增塑劑使材料的Tg下降； 非極性增塑劑對(duì)非極性高聚物增塑作用引起的Tg的變化與增塑劑的體積成正比

18、； 極性增塑劑對(duì)極性高聚物增塑作用引起的Tg的變化與增塑劑的摩爾數(shù)成正比；2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第32頁(yè)，共74頁(yè)。2） 耐低溫性能 增塑劑會(huì)使材料的脆化溫度下降。3）機(jī)械性能少量的增塑劑反而會(huì)引起硬化現(xiàn)象，使伸長(zhǎng)率減少，韌性增加；達(dá)到臨界值濃度時(shí)，拉伸強(qiáng)度和硬度最大；此后，相反。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第33頁(yè)，共74頁(yè)。 4）電絕緣性 增加增塑劑用量，電絕緣性變差； 5）耐久性 指耐揮發(fā)性（揮發(fā)到空氣中）、耐抽出性（被油、水抽出）和耐遷移性（向固體擴(kuò)散）等。增塑劑的相對(duì)分子質(zhì)量在350以上才有良好的耐久性。2022/7/29

19、高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第34頁(yè)，共74頁(yè)。 6）阻燃性 PVC樹(shù)脂的氯含量為56.8%，具有自熄性，氧指數(shù)為。普通增塑劑會(huì)使制品的氧指數(shù)下降，加入DOP35份時(shí)，氧指數(shù)下降到27。 7）毒性 通常的苯二甲酸酯類(lèi)和磷酸酯類(lèi)增塑劑一般都有毒，DOP有致癌嫌疑，環(huán)氧類(lèi)和檸檬酸酯類(lèi)為無(wú)毒增塑劑。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第35頁(yè)，共74頁(yè)。3.增塑劑的種類(lèi)（1）鄰苯二甲酸酯類(lèi) 占增塑劑總產(chǎn)量80%左右，具有價(jià)格低，性能全面，相容性好的特點(diǎn)，是PVC最理想的主增塑劑。主要品種有鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）和二丁酯（DBP）。（2）含氯化合物 阻燃，相容性較差，

20、作輔助增塑劑。如氯化石臘，含氯50%時(shí)相容性較好 。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第36頁(yè)，共74頁(yè)。（3）脂肪族二元酸脂類(lèi) 具有突出的耐寒性，作輔助增塑劑。如己二酸二辛酯（DOA）與癸二酸二辛酯（DOS）。（4）磷酸脂類(lèi) 相容性好，耐燃、耐水、耐抽出，是重要的主增塑劑，但有毒。常用于電纜人造革。如磷酸三甲苯脂（TCP）。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第37頁(yè)，共74頁(yè)。1.1.3 潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑的主要作用 降低高聚物大分子之間摩擦力，降低熔體粘度，提高流動(dòng)性 降低高聚物與加工機(jī)械表面之間的摩擦力 避免熔體與設(shè)備的粘附，提高制品表面光潔度的一類(lèi)

21、添加劑。潤(rùn)滑劑的應(yīng)用 主要用于硬PVC； 也用于聚烯烴、ABS等。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第38頁(yè)，共74頁(yè)。（1）分類(lèi) 1）內(nèi)潤(rùn)滑劑 相容性較好，可進(jìn)入分子之間，降低分子間作用力； 2）外潤(rùn)滑劑 相容性較差，只能吸附在熔體與機(jī)械之間的表面，降低其界面間的摩擦力。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第39頁(yè)，共74頁(yè)。（2）常用潤(rùn)滑劑 硬脂酸 有極性基團(tuán)可作PVC的內(nèi)潤(rùn)滑劑； 石蠟 非極性可作PVC的外潤(rùn)滑劑； 聚乙烯蠟、石蠟（相對(duì)分子量2000），用作PE加工內(nèi)潤(rùn)滑劑； 結(jié)晶聚丙烯蠟（相對(duì)分子量2000），用作PP加工內(nèi)潤(rùn)滑劑；2022/7

22、/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第40頁(yè)，共74頁(yè)。（3）對(duì)潤(rùn)滑劑的性能要求 具有高溫潤(rùn)滑性、適當(dāng)相容性、低揮發(fā)性、無(wú)毒、透明、價(jià)廉。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第41頁(yè)，共74頁(yè)。1.1.4.交聯(lián)劑及相關(guān)添加劑1.概念交聯(lián)劑 指使高分子材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的一類(lèi)化合物。交聯(lián)熱固性塑料硫化橡膠固化環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第42頁(yè)，共74頁(yè)。2.常用交聯(lián)劑（1）硫化劑與硫化促進(jìn)劑 硫化劑 是指能使橡膠發(fā)生硫化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)的物質(zhì)。 硫磺（S8） Sn S-S-SS（n=1016） n太大，S-S鍵易斷裂，強(qiáng)度差

23、。加入硫化促進(jìn)劑后，n平均為14個(gè)，大大減少硫磺用量，縮短硫化時(shí)間。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第43頁(yè)，共74頁(yè)。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第44頁(yè)，共74頁(yè)。舉例：橡膠硫化反應(yīng)2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第45頁(yè)，共74頁(yè)。（2） 固化劑例：交聯(lián)反應(yīng) 過(guò)氧化二異丙苯（DCP）、 過(guò)氧化二苯甲酰（BPO）2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第46頁(yè)，共74頁(yè)。1.1.5.填充劑1.填充劑的作用（1）增量作用 減少聚合物的用量，降低制品成本；（2）增強(qiáng)作用 顯著提高塑料的機(jī)械強(qiáng)度，如抗拉強(qiáng)

24、度，彈性模量等； （3）補(bǔ)強(qiáng)作用 顯著提高硫化膠的物理機(jī)械性能，如拉伸強(qiáng)度、抗斯裂強(qiáng)度等。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第47頁(yè)，共74頁(yè)。2. 常用填充劑（1）炭黑 橡膠工業(yè)最重要的補(bǔ)強(qiáng)劑，其總產(chǎn)量的90%95%，用于橡膠工業(yè)；炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第48頁(yè)，共74頁(yè)。（2）白炭黑 補(bǔ)強(qiáng)效果僅次于炭黑，分子式為SiO2 nH2O；（3）碳酸鈣 重質(zhì)碳酸鈣主要用作填充劑，輕質(zhì)碳酸鈣粒徑100nm時(shí)有補(bǔ)強(qiáng)作用；（4）金屬粉 如鋁、銅、鉛等可改善導(dǎo)熱性，鉛可屏蔽X光；（5）纖維填料 玻璃纖維、碳纖維2022/7/29高

25、分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第49頁(yè)，共74頁(yè)。3.影響補(bǔ)強(qiáng)的主要因素（1）粒徑與活性 粒徑愈小，補(bǔ)強(qiáng)作用愈強(qiáng)。粒徑在100500nm時(shí)，有補(bǔ)強(qiáng)作用，粒徑100nm時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)作用顯著；粒徑過(guò)大，只起填充作用；（2）顆粒形狀 針狀和片狀等異向填充劑比球狀和立方體填充劑賦于橡膠更大的拉伸強(qiáng)度；（3）顆粒表面性質(zhì) 如化學(xué)性質(zhì)，表面毛細(xì)管孔穴等，影響其浸潤(rùn)性、分散性、補(bǔ)強(qiáng)性等。 2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第50頁(yè)，共74頁(yè)。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第51頁(yè)，共74頁(yè)。1.1.6 其他添加劑1.著色劑 無(wú)機(jī)顏料：鈦白、鉻黃、鐵紅、鈷藍(lán)；

26、 有機(jī)顏料：偶氮顏料、靛藍(lán)染料、炭黑。2.發(fā)泡劑 物理發(fā)泡劑：C02、N2； 化學(xué)發(fā)泡劑：AIBN、H2O 。3.增白劑 鈦白粉4.抗靜電劑 陰離子型抗靜電劑；陽(yáng)離子型抗靜電劑。5.偶聯(lián)劑 用于無(wú)機(jī)填充劑的表面處理。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第52頁(yè)，共74頁(yè)。小結(jié)1.高分子添加劑主要類(lèi)別穩(wěn)定劑、 增塑劑、 潤(rùn)滑劑、 交聯(lián)劑、 填充劑2.添加劑的主要用途和作用2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第53頁(yè)，共74頁(yè)。習(xí)題與思考題1.塑料添加劑的常用類(lèi)型和作用是什么？2. DOP作為增塑劑的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用有哪些？ 3. 請(qǐng)舉例填充劑炭黑、碳酸鈣在

27、橡膠和塑料中的應(yīng)用。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第54頁(yè)，共74頁(yè)。1.2 高分子材料的配方設(shè)計(jì)概述 配方設(shè)計(jì)是指選擇樹(shù)脂并確定加入助劑的種類(lèi)及其加入量的一個(gè)過(guò)程，配方是生產(chǎn)企業(yè)的核心技術(shù)之一。 是在對(duì)高分子材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的綜合結(jié)果。它涉及到制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和成型加工工藝設(shè)計(jì)。 決定材料性能的主要因素：聚合物的結(jié)構(gòu)與性能、材料的組成。 設(shè)計(jì)配方時(shí)要注意影響實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的因素： 制樣條件 如成型方法、成型條件和試樣形狀； 性能測(cè)試條件 如升溫速度、作用力形式與速度2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第55頁(yè)，

28、共74頁(yè)。1.2.1 高分子材料配方設(shè)計(jì)1. 滿(mǎn)足制品性能的要求 1）外觀 表面光潔度、透明性、添加劑析出； 2）物理性能 吸水性、透氣性、透濕性； 3）機(jī)械性能 拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、伸長(zhǎng)率、沖擊性、耐磨性； 4）熱性能 熔點(diǎn)、軟化溫度、脆化溫度、線(xiàn)膨脹系數(shù)； 5）電性能 電阻率，介電常數(shù)； 2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第56頁(yè)，共74頁(yè)。6）耐化學(xué)性能 耐酸性、耐堿性和耐溶劑性；7）長(zhǎng)期使用性 耐蠕變性、耐疲勞性；8）燃燒性 自燃點(diǎn)、氧指數(shù)；9）毒性10）加工性 熱穩(wěn)定性、流變性；11）經(jīng)濟(jì)性 2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第57頁(yè)，共7

29、4頁(yè)。2.配方設(shè)計(jì)的原則和步驟（1）配方設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足以下原則和要求： 1）制品的性能要求； 2）成型加工性能要求； 3）選用材料來(lái)源容易，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，價(jià)格合理； 4）在滿(mǎn)足上述三點(diǎn)的前提下，選用價(jià)格低的原材料，適當(dāng)加入填充劑。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第58頁(yè)，共74頁(yè)。（2）配方設(shè)計(jì)的一般步驟1）初步確定產(chǎn)品的形狀、尺寸及加工方法；2）初選材料，并進(jìn)行配方設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，先設(shè)計(jì)若干個(gè)配方，進(jìn)行小樣壓片試驗(yàn)，測(cè)試初定合格配方，再擴(kuò)大試驗(yàn)；3）依獲得的材料性能數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4）制成多種樣品，進(jìn)行實(shí)樣試驗(yàn)；5）修改設(shè)計(jì)，調(diào)整配方，篩選配方；6）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和

30、成本核算，確定最佳配方。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第59頁(yè)，共74頁(yè)。3.配方的表示方法1）以聚合物為100份的配方表示法 此法計(jì)量容易，應(yīng)用廣泛，適用于工業(yè)生產(chǎn)，也常用于實(shí)驗(yàn)室研究。2）以原料的總質(zhì)量為100份的配方表示法 該法有利于計(jì)算原料消耗，便于成本核算。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第60頁(yè)，共74頁(yè)。例：2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第61頁(yè)，共74頁(yè)。1.2.2 高分子材料配方設(shè)計(jì)方法配方設(shè)計(jì)方法是指確定配方中各種添加劑加入量的方法，涉及實(shí)驗(yàn)步驟安排、變量選擇和變量范圍的確定。配方設(shè)計(jì)的主要依據(jù) 是

31、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)。常用術(shù)語(yǔ)：因素是指影響材料性能的指標(biāo)的因子，如原材料、工藝條件；水平是指每一個(gè)因素可能處于的狀態(tài)，可以是原材料的品種、用量或工藝參數(shù)；2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第62頁(yè)，共74頁(yè)。1.配方設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素1）配方一般包括聚合物和多種添加劑，單因素變量設(shè)計(jì)較少，通?？紤]多因素變量的問(wèn)題；2）各原料之間往往存在協(xié)同作用；3）配方、工藝條件、原料、設(shè)備、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間互相依存、相互制約。同一批試驗(yàn)，工藝條件要保持相同，以排除其干擾。必要時(shí)可作為單獨(dú)因素試驗(yàn)；4）試驗(yàn)誤差由原料稱(chēng)量、加料程序、工藝條件、測(cè)試方法等累積而成，每一步要嚴(yán)格控制。當(dāng)實(shí)驗(yàn)誤差的影響大于配

32、方中任何一個(gè)因素的影響時(shí)，整批試驗(yàn)只能推倒重來(lái)；2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第63頁(yè)，共74頁(yè)。2.配方設(shè)計(jì)方法（1）單因素變量配方設(shè)計(jì)方法此法一般適用于制品性能只受單因素影響的配方。對(duì)多因素變量的試驗(yàn)，可先改變一個(gè)因素，把其他因素固定，以求得此因素的最佳值；然后改變另一個(gè)因素，固定其他因素，加此逐步輪換，找出最佳配方。單因素變量配方設(shè)計(jì)方法，常用方法有爬山法和黃金分割法。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第64頁(yè)，共74頁(yè)。1）爬山法（逐步提高法）一般根據(jù)原配方或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，在起點(diǎn)分別向原料增加方向和減少方向做兩個(gè)試驗(yàn)，哪一點(diǎn)好，就往哪一個(gè)方向

33、一步步改變做實(shí)驗(yàn)，爬到某點(diǎn)，增加或減少都不好時(shí)，該點(diǎn)即為尋找的最佳。該法的關(guān)鍵是起點(diǎn)位置、試驗(yàn)范圍和步長(zhǎng)的選擇。該法適用于工廠小幅調(diào)整配方，成本小，方法簡(jiǎn)單。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第65頁(yè)，共74頁(yè)。2）黃金分割法 此法在試驗(yàn)范圍 的處和處，分別做試驗(yàn)，比較兩個(gè)結(jié)果，舍去壞點(diǎn)以外的部分。再在縮小的范圍內(nèi)，重復(fù)上述方法做試驗(yàn)。該法每次可去掉實(shí)驗(yàn)范圍的，試驗(yàn)次數(shù)少，較方便，適宜推廣。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第66頁(yè)，共74頁(yè)。（2）多因素變量配方設(shè)計(jì)的正交設(shè)計(jì)法多因素變量配方是指有二個(gè)以上因素影響制品性能的配方。正交設(shè)計(jì)法是一種應(yīng)用

34、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)原則進(jìn)行科學(xué)安排與分析多因素變量的一種實(shí)驗(yàn)方法。正交設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是可大幅減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，因素越多，減少的程度越明顯?？稍诒姸鄬?shí)驗(yàn)中，優(yōu)選出有代表性的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)盡可能少的實(shí)驗(yàn)，找出最佳的配方和工藝條件。2022/7/29高分子材料成型加工基礎(chǔ)添加劑及配方設(shè)計(jì)第67頁(yè)，共74頁(yè)。1）正交設(shè)計(jì)表正交設(shè)計(jì)表表達(dá)式 LM（bK)L正交表的符號(hào)；M實(shí)驗(yàn)次數(shù)；K實(shí)驗(yàn)變量的數(shù)目，稱(chēng)為因素，如實(shí)驗(yàn)影響參數(shù)；b每個(gè)變量（因素）所取的實(shí)驗(yàn)值數(shù)目，稱(chēng)水平。常用典型的正交表如下：二水平： L4（23)、 L8（27)、 L12（211)；三水平： L6（33)、 L8（34)、 L18（37)；四水平： L16（45)等。2022/7/29高分子材料成型加