浅谈高性能塑料改性技术的研究

浅谈高性能塑料改性技术的研究

王磊

金达科技股份有限公司

摘要：塑料改性技术，是指在通用塑料和的基础上，经过填充、共混、增强等方法加工改性，提高塑料原有的性能或增加新性能，如：提高拉伸强度、抗冲击性、韧性，增加导电性能、耐低温性能、防雾性能等，开阔塑料制品的应用领域。

由于单一树脂性能有一定的局限性，如今市场对材料低成本化、高性能化和性能多样化等方面的要求不断提高，只有不断更新塑料的改性技术，才能满足市场需求。近年来塑料改性技术日新月异，随着塑料改性技术的不断进步，高性能和新型功能化改性塑料逐步取代普通塑料和其他材料被广泛应用到食品包装、电子产品包装、快递包装等领域。

关键词：塑料改性技术；加工工艺；助剂；发展趋势

前言：

改性塑料是涉及面广、科技含量高、能创造巨大经济效益的一个塑料产业领域。普通的塑料往往会因它自身的特性和缺陷，使产品的使用范围受到局限性。通过研究塑料的改性技术不仅能增加塑料的性能，增加产品的应用领域，同时掌握了塑料的改性技术，可以不断深入到所有的塑料制品的原材料与成型加工过程。因此从原料树脂的生产到多种规格及品种的改性塑料加工，降低制品的成本，提高其功能，都离不开塑料的改性技术。

近年来，中国合成树脂行业将围绕轻量化、高强度、耐高温、减震、密封等性能方面进行改革，在加大创新发展的力度，努力提升塑料产品质量，加快开发新型高性能改性产品等方面进行突破。

1塑料改性技术的应用范围

塑料改性的应用范围很广泛，几乎所有塑料的性能都可通过改性方法得到改善。如塑料的外观、透明性、密度、精度、加工性、机械性能、化学性能、耐温性能、电磁性能、耐腐蚀性能、耐老化性、耐磨性、硬度、热性能、阻燃性、阻隔性等方面。塑料改性技术不仅能改善性能、提高功能，同时还可以降低塑料制品的成本。

2高性能塑料改性的趋势

1.1通用塑料高性能化。通用塑料通过共聚、共混、合金化和复合材料化，使其力学性能、耐温性、耐久性等得到大幅度提高，在一些领域可替代特种塑料使用。另外，通过改性，赋予塑料导电、抗菌、耐低温等功能性是今后高性能塑料改性技术的重要发展方向，特别是随着高性能碳纤维、碳纳米管、石墨烯制备工艺的成熟，塑料的高性能化、多功能化更加前景广阔。

1.2特种塑料低成本化。由于特种塑料高昂的市场价格，使其的应用局限于特定范围，不能推广使用。而只有低成本化后才能实现在民用产品的规模推广，从而扩大应用范围和领域。为实现低成本化，可以通过在控制原材料的成本，生产工艺的革新和产品的大规模生产三个方面来实现。

1.3改性塑料环保化。随着人们的环保意识增强、环保法规日趋严格，塑料的可再生利用、环境可消纳性、可生物降解、无毒、无味、无污染等保护环境的理念已融入改性塑料的设计与制造过程中，要注重能源资源的节约和合理利用，研制开发无污染、全降解、可循环再生利用的绿色环保型改性塑料产品成为新热点。

未来塑料发展的潮流将是高性能化和低成本化。一些具有耐高温、耐低温、耐磨、导电、抗老化等功能的高性能塑料将获得较快发展。此外，在塑料高分子设计与制造过程中会特别注意保护环境、可再生使用等理念。

3塑料改性技术分类

常见的塑料改性技术有：增强技术、增韧技术、填充技术、共混改性、阻燃技术、接枝改性、导电功能改性7大类。

⑴增强技术主要指纤维增强技术。长纤维增强热塑性塑料（UCRT）是新型轻质高强度工程结构材料，因其重量轻、价廉、易于回收重复利用等优点，在市场上应用发展迅速。

⑵增韧技术，主要是根据不同高分子材料自身的结构在增强刚度的同时做到增强增韧的效果，目前已研发出高分子共混填充增强增韧新工艺。以耐低温塑料为例，塑料的耐低温性主要体现在塑料的脆化温度上，脆化温度越低，耐低温性越好。高分子聚合物的相对分子质量越大，粘数越大，分子间引力增加，链段增长，相应的耐温性越好；因此降低材料的脆化温度，需增加材料的现对分子质量。调整现有工艺并经试验找到与材料相融合的增塑助剂，增加相对分子质量，改善材料的低温柔韧性，提高耐冲击强度，降低脆化温度；研发出市场少有的特殊极寒级产品，以满足特殊低温条件下的使用需要。

⑶填充技术，塑料填充改性由于其价格低廉、产品性能优异，并改善塑料制品的某些物理特性，且生产工艺简单、投资较小、具有显著的经济效益和社会效益。

⑷共混改性，塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其它树脂（包括塑料和橡胶），从而实现改变原有树脂性能的一种改性方法。由于共混改性的复合体系中都为高分子物质，因而其相容性好于添加体系，且改性的同时，对原有树脂的其它性能影响比较小。塑料的共混物是一种开发新型高分子材料最有效的办法，也是对现有塑料品种实现高性能化、精细化的主要途径。

⑸阻燃技术，一般来讲，高聚物阻燃技术主要分为反应型与添加型两种方式，主要是以添加型为主。选择合适的阻燃剂，通过改变阻燃剂的添加量，研究阻燃剂对PET树脂各项性能的影响。利用热失重测试（TGA）表征阻燃剂和阻燃材料的热稳定性；结合不同升温速率的热失重曲线计算阻燃材料热降解动力学的表观活化能；使用差示扫描量热（DSC）和偏光显微镜（POM）表征了阻燃剂对PET结晶性能的影响。同时阻燃剂在加工时必须保持良好的稳定性，并且与PET树脂具有良好的相容性。

⑹接枝改性，目前接枝改性塑料作为大分子偶联剂、相容剂、增韧剂等，应用十分广泛。接枝的方法有：①溶液法，在溶剂中加入过氧化物引发剂进行共聚；②辐射法，在高能射线下接枝；③熔融混炼法，在过氧化物存在下，于熔融状态下混炼，进行接枝。

⑺导电功能改性，导电塑料是指利用材料分子本身所具有的导电能力或经过一定的化学处理后具有导电能力的塑料，或经过物理改性后具有导电能力的塑料。这种材料属于新型高聚物。目前现有的导电塑料片材加工工艺主要是表面处理法和填料分散复合法两种方法。填料分散复合法不仅容易出现导电效果不均匀，导电助剂还会破坏分子间作用力，降低材料韧性；表面处理法的工艺复杂，成本高，而且表面导电层容易在外力或者有机溶剂的作用下破坏，导致其应用受到限制。导电高分子材料的发展主要集中在降低电阻率与提高材料的综合性能两个方面。

4改性塑料加工工艺及设备

塑料改性，基本原理是将不同性能的物料，在助剂的帮助下，通过机械方法，打破界面界限，将其混合成均匀体。在改性塑料迅速发展的带动下，为了满足改性塑料市场需求，我国塑料生产加工行业不仅在产品上不断研发创新，同时在塑料的加工设备上也取得了较好的发展。

改性塑料的加工工艺与塑料加工工艺相仿，常见的方法有挤出、注射成型、压延、吹塑和热成型等。目前挤出和压延应用较广泛。挤出成型过程分两个阶段进行。第一阶段是将物料加热塑化，使其呈粘流状态并在加压下通过一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体；第二阶段将这种连续体用适当的方法冷却、定型为所需产品。因此主要用到的设备为：挤出机、模具、冷却压光辊等。压延工艺流程，首先按规定配方，将材脂和助剂加入高速混合机（或管道式捏合机）中充分混合，混合好的物料送入到密炼机中去预塑化，然后输送到挤出机塑化，然后送入压延机中压延成型。压延成型中的料坯，经过连续压延后得到进一步塑炼并压延成一定厚度的产品，然后经引离辊引出，再经冷却、卷取得到制品。

5改性塑料加工助剂

塑料加工助剂是改性塑料生产中重要的辅料，不管是填充改性，还是共混改性或增强改性都离不开助剂。改性塑料中所用助剂种类很多，常用的有：增韧剂、偶联剂、分散剂、润滑剂（分内润滑与外润滑）、增塑剂、增容剂、成核剂和荧光剂等。改性塑料发展的同时也带动了助剂的发展。为了更好地满足市场需求，随着科学理论的不断进步与发展，近几年不断涌现了一些新型的助剂，如增强型、增韧型、双亲抑水型、抗紫外线型、增光型、荧光型等新型改性塑料加工助剂。

随着新型加工助剂的不断研发成功，市场上将会出现越来越多的高性能塑料，更加有力的推动塑料行业的发展。

结论：

高分子材料这一重要的工业原材料经过了多年的发展改革，已经在各行业中得到了广泛的应用。高性能塑料改性技术是塑料行业发展的重要环节，做好高性能塑料改性技术的研究和应用，将大大提升我国高分子材料的发展和应用，使我国的工业和经济发展进入一个崭新的阶段。

参考文献：

[1]王锡臣.改性塑料技术及产品与发展趋势[J].中国非金属矿工业导刊，2011（2）：22-24.

[2]张臣.我国改性塑料的发展趋势及热点分析[J].合成材料老化与应用，2010，39（1）；34-38.

[3]樊晓娜.我国改性塑料发展应用现状分析及展望[J].工业技术，2017（18）：104.