工程塑料以其高实用性与高性能在世界工业生产中占据着重要的地位,在电子电器零件、机械部件和汽车部件的生产制造中,它都发挥着重要作用。但单一的工程塑料也有着一些难以突破的缺点,这时工程塑料的改性显得尤为重要,其能有效改善工程塑料的缺点,有力促进塑料生产工业的发展,繁荣复合材料与高分子材料的科学和工程。
一、工程塑料及其改性可以用作结构材料的塑料叫做工程塑料。聚碳酸脂(PC)、聚苯醚(PPO)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)与聚对苯二甲酸丁二醇脂(PBT)应用得最为广泛,因此被并称为五大工程塑料。氟塑料、聚砜(PSF)与聚苯硫醚(PPS)因耐热性高被称为特种工程塑料和高性能工程塑料。活性聚丙烯(PP)等经过现代技术改性的通用塑料,因为其性能与典型工程塑料相近,也被当做工程塑料。
工程塑料的广泛应用主要是因为其的一些优良特性。工程塑料具有很强的化学稳定性,对碱、酸与有机溶剂具有非常好的耐腐蚀性。另外,工程塑料减振、吸声效果明显,耐疲劳,耐冲击,在一些高速传动的机械中用工程塑料,能有效减少噪音,改善工作的环境。
但在实际的工业生产中,单一的工程塑料常常不能满足使用需要,这时候就需要进行工程塑料改性。具体说来,工程塑料改性是指用一定的工艺,在合成树脂等被改性的塑料材料里适当地加入改性剂,以生产出符合使用需要、有着新颖的结构特征的新型塑料制品的过程。它是生产新工程材料的主要的途径,现在越来越受到学术界与产业界的重视。
二、工程塑料改性的方法(一)工程塑料的共混改性共混改性就是混合各种种类的工程塑料并加以塑炼,让它性能出现变化从而生产出新的聚合物体系。
工程塑料的共混改性方法有机械共混法、相容化技术、反应共混、嵌段共聚与接枝共聚等几种。
表1POM、SGF-POM和LGF-POM制成标准试样后进行力学性能测试结果机械共混法通过双螺杆挤出机把两种甚至两种以上工程塑料在熔融的状态中完全混合,这种方法能让聚合物形成微观的均一结构,达到分子级相容的状态,是最简单方便的制造聚合物合金的途径。但纯粹的混炼生产的合金一般是具有两者的平均性能,难有明显的性能改进,具有无法弥补的局限性。相容化技术是对机械共混法的一种改进。由于很多聚合物别不相容,在聚合物合金开发的时候,要先努力改善其相容性,抑制共混组分的分离。当前主要通过加入相容剂改善工程塑料的相容性,第三组相容剂通过分子之间的键合力,把不相容的聚合物产生相容性而结合起来,生成稳定的微观相分离体系。
反应共混是生产禚性要求高的聚合物合金的主要方法。工程塑料混炼时,原来的聚合物经过化学反应后产生嵌段共聚物或者接枝共聚物,接着再发生交联反应。经过反应共混后,工程塑料充分地捏合并充分地发生化学反应。嵌段共聚和接枝共聚可充分地体现合金的力学性能,全面控制两相界面的结构,是最典型的化学法合金生产技术。但因为它们造价非常高,且工艺过程复杂,发展得十分缓慢。
(二)工程塑料的填充改性填充改性是在树脂等工程塑料中适量添加填充的材料,以有效降低原材料的成本,或使生成的工程塑料制品的性能得到一定程度的改进的塑料改性技术。工程塑料的填充改性有一步法和两步法。一步法,即根据一定的比例,将树脂与填充材料均匀地混合,然后再成型加工设备上相应地运用成型加工工艺,一步到位地完成物料的混炼与成型加工。两步法则指将树脂与填充材料按一定比例混合,用合适的加工工艺在合适的加工设备将工程塑料浸渗、混炼成填充改性的工程塑料,接着用成型加工设备加工成制品。
表2最佳配比和POM标准试样性能对照表工程塑料的填充改性能有效提高工程塑料制品的机械物理性能,大大增加附加值。通过片状的填充材料和纤维状的填充材料对树脂进行填充改性,能有效加强弹性模量、冲击度和拉伸度等相关的力学性能。粉粒装填充材料通过表面的相关处理后,能有效改善工程塑料的刚性和禚性,大大提高其应用价值,加大工程塑料的应用范围。另外,工程塑料的填充改性能在不影响其性能的同时降低塑料产品的生产成本。一般情况下,有机填充材料与无机填充材料的价格比合成树脂低很多,一定程度地用填充材料替代合成树脂,能直接降低成本。
三、POM的改性POM是分子主链中包含-CH2-O-的线性的高分子化合物。其在工业上有着非常广泛的用途,在生产一些精密仪器、家庭用品、汽车机械与通讯电器设备的过程中,聚甲醛常被用来生产结构的零部件,以替代锌、铜、铝等有色非铁金属。在轴承和齿轮等必须承受高负荷的耐磨耗、耐摩擦零件的制造与生产中,应用得尤为广泛。不过,PM也显露出了一些不足。如何对聚甲醛进行增禚改性是我国工业发展进程中亟待解决的问题。
单纯的POM易生成球型结晶,在出现缺口的情况下,它的耐冲击性很弱。用聚四氟乙烯能有效增强聚甲醛的耐冲击性与成型性。聚四氟乙烯虽耐冷流性弱、耐磨损性差等弱点,但其有着与众不同的自润滑性,摩擦因数较低,将聚甲醛与聚四氟乙烯共混,能大大降低摩擦系数,有效提高耐磨损性。它们的共混物可用于各种滑动的摩擦制品的生产与制造中,如轴承、复印机的齿轮等零部件。
POM与聚烯烃共混改性能有效改善POM的高缺口敏感性与易结晶性。HoechseCelanese公司出产的HostaformC9021G与C251G作为POM/超高相对分子质量的聚乙烯的合金,有着突出的耐刮擦性、耐磨损性与无可替代的自润滑性,它的摩擦因数和POM/高密度聚乙烯合金相近,大大低于CaC3填充共聚甲醛,可拉伸性强,在一些汽车零部件的生产制造中有着十分重要的应用。
尼龙和聚甲醛共混改性,由于POM/PA12的共混体系里有氢键的互相作用,加入PA12,POM的熔点Tm会较大幅度地下降,从而降低聚甲醛的拉伸强度与结晶度。实验证明,共混体系中的PA12的含量为5%的时候,缺口冲击强度最大。
四、结语工程塑料经过改性后,成为合成的高分子材料的主要组成部分,在医疗、军工、民用与航天航空领域得到普遍的应用,是每个工业生产领域不可缺少的材料。因此,对工程塑料的研究与开发有着广阔的应用前景。
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