六种用途韧性塑料 材料的分析、选择、改性

六种用途韧性塑料材料的分析、选择、改性

项目 15 的六组任务 第一组：请为常温冲击强度＞ 400J/m 的汽车保险杠的生产选择合适的高分子材料； 第二组：如果选择常温冲击强度在 51 ～ 200J/m 的高分子材料生产汽车保险杠时，需要采取什么方法进行增韧； 第三组：请为大型电视机外壳的生产选择合适的高分子材料； 第四组：请为冰箱内胆的生产选择合适的复合高分子材料； 第五组：如果选用 PP 做为汽车保险杠的基础材料，请为其生产选择合适的可共复合的其它高分子材料； 第六组：请为耐热型电熨斗外壳的生产选择合适的高分子材料。

教学目的 通过对项目 15 所涉及到六种韧性要求高分子材料的分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，初步形成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。

能力（技能）目标 能根据不同韧性要求高分子的不同用途，合理的选择高分子材料；并能合理的分析所选择材料的结构、性能；如果不能直接选择到合适材料时，能 提出合理的改进意见与方案。

知识目标 被选用的高分子材料的主要结构特征、主要性能及应用范围。其中第 15 个项目重点学习、理解、应用高分子材料的结构层次、化学组成、连接方式、几何构型、柔性知识。

素质目标 初步建立良好的学习方法； 资料收集的方法； 处理问题的方法； 团队合作的意识； 用户至上的意识； 安全环保意识； 表述与合理辩解能力。

参考资料 潘文群 , 高分子材料分析与测试 . 化学工业出版社

2005 ； 戚亚光 , 高分子材料改性 . 化学工业出版社 ,2005 ； 聂垣凯 , 橡胶材料与配方 , 化学工业出版社 , 2004 ； 王文广 , 塑料材料的选用 . 化学工业出版社 , 2002 ； 高俊刚 , 高分子材料 . 化学工业出版社 , 2002 ； 桑永 , 塑料材料与配方 . 化学工业出版社 , 2001

一、塑料的韧性 塑料的韧性常用其冲击强度值大小来表示。目前已见报道的冲击强度测试方法至少有 15 种，但比较常用的只有三种，即悬臂梁冲击试验法、简艾梁冲击试验法和落锤冲击试验法。对同一种塑料而言，用不同的测定方法测量其结果会大不相同，各种结果之间无比较性可言，有时不同结果之间竟然还会产生不平行的结果。 各种塑料之间的韧性相差十分大，以落球冲击试验法为例，其冲击强度具体见下表所示。

几种树脂的落球冲击强度

从上表中可以看出，除 PC 和 LDPE 等少数树脂以外，大部分树脂的冲击强度都不十分高。尤其是 PS 和 PP 两种树脂的冲击强度更低，其落球冲击强度值还不足 20J/m ，属于脆性材料之列。 对于一些高冲击场合如汽车保险杠等，往往要求其常温落球冲击强度值要大于 400J/m ，低温冲击强度也要达到 50J/m 。从上表中可以看出，除 PC 和 LDPE 两种树脂外，其他树脂用于汽车保险杠材料，都需要进行不同程度的增韧改性。

二、塑料的增韧方法 塑料的增韧方法主要包括共混弹性体材料和添加刚性增韧材料两种。 共混弹性体材料是一种开发最早且最有效的塑料增韧方法，此方法可使材料的冲击强度增大儿倍到几十倍。但缺点为在提高冲击强度的同时，却牺牲了刚性。添加刚性增韧材料是近几年开发的一种新型改性方法，它的冲击改性幅度虽不如共混弹性体材料高，但它是刚、韧兼增的一种两全其美的增韧方法。常用的刚性增韧材料有 : 有机类如 PS 、 PP 、

PMMA 、 SAN 等，无机类指刚性超细填料如碳酸钙、滑石粉、云母粉等。几种低冲击类树脂的增韧改性如下。

1 、 PVC HPVC 的冲击性能不好，其悬臂梁冲击强度仅 6J/

m 2 。 PVC 常用的增韧材料有：不透明制品用 ACR 、 C

PE 、 EVA 及 NBR 等，透明制品用 MBS 。 PVC 还常用弹性增韧材料和刚性增韧材料协同增韧，如 PVC/CPE/PS(PMMA 、 PP) 、 PVC/CPE/CaC

O3 等。 如 PVC 增韧配方：①PVC 100 ， CPE 15 ，此配方的冲击强度提高 3 倍。②PVC 100 ， PS 4 ， CP l2 。此配方的冲击强度提高 6 倍。

2 、 PS PS 常用的增韧材料为丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶、 SBS 及 MS 等。例如，在 PS 中加入

15%丁苯胶，冲击强度可提高 8 倍。 3 、 PP PP 常用 EPDM 、 POE 、 LDPE 及 CPE 为增韧材料，并协同加入无机刚性材料如碳酸钙、滑石粉及云母等，以达到刚韧同增的目的。 具体配方如下： PP 56% ，云母 30% ， EPD

M 14% 。 此配方的冲击强度提高 6.8 倍。

三、韧性塑料的选用原则 1 、壳体类 要求材料除具有优异的冲击性能外，还要求如下性能：①良好的加工流动性，以适应壳体类制品壁薄的特点；②制品表面光泽度和硬度要高，着色性能好；③足够的力学强度，重点为常温或低温冲击强度要高，拉伸强度、耐蠕变性、弯曲强度等要适当；④耐热性要适当一般要达到 l00℃左右；⑤阻燃性要好，氧指数应在 30% 以上；⑥抗静电性、电磁屏蔽性要好；⑦电绝缘性要好。

最常用的壳体类塑料为 ABS 、 HIPS 、改性 PP 及 PVC/ABS 等，其中改性 PP 由于价格低廉，正在逐步取代 HIPS 和 ABS ；少数高档壳体选用 PC 、 PPO 等耐热类塑料。

不同用途的壳体材料具体选材如下。①电视机壳体。小型电视机选用改性 PP ，中型电视机选用改性 PP 、 HIPS 、 ABS 及 PVC/ABS 合金，大型型电视机选 ABS 。②电冰箱的门胆和内胆。常用 HIPS 板、 ABS 板及 HIPS/ABS 复合板。纯 HIPS 板易受氟利昂侵蚀，需要共混橡胶以改性处理； ABS 价格又太高，最好的材料为两者复合；另外，正在研究采用 PP 复合板的可能性。我国目前冰箱企业仍以 ABS 为主，只有海尔冰箱用改性 HIPS 。

③洗衣机洗衣机塑料件有内桶、盖板等，需要性能除上述七点外，还要求耐化学腐蚀性。常用材料为 PP ，其熔融指数为 15～ 30g/10min ，少量用 PVC/ABS 合金。

PP 主要牌号有；日本三菱的 SC2A 、日本住友的 AY564 、日本三井的 BJ4HM 、日本宇部兴产的 J830HK 、扬子石化的 J740 、北京燕山的 PP1830 、中科院化学所的 KHMOl5 等。

其中扬子石化 J740 的配方如下： PP(MI=15g/10min) 80~85 ，苯甲酸成核剂 1 ， HDPE （ 5200B 、MI＝ 35g/10min ） 7.5~10 ，抗氧剂 1010 0.3 ，辅抗氧化剂 0.25 ， EPDM 7.5~10 ，硬脂酸钙 0.1 。

④空调器。用增强 ABS 、 AS 、 PP 三种。⑤电风扇。用 ABS 、 AS 、 GPPS 。⑥吸尘器。用 ABS 、 HIPS 、改性 PP 。⑦电熨斗。非耐热型用改性 PP ，耐热用 ABS 、

PC 、 PA 、 PBT 等。⑧微波炉和电饭煲。非 耐热型用改性 PP 和 ABS ；耐 热型要耐热 260C ，具 体品种有 PES 、 P EEK 、

P PS 、 LCP 等。⑨收音机、录音机、录像机。用 ABS 、 HIPS 等。⑩电话机。用 ABS 、 HIPS 、改性 PP 、 PVC/A

BS 等，我国以 ABS 为主、美国以 PVC/ABS 为主。

2 、保险杠类耐低温冲击性好，耐 候性好，表 面美化性好。常 用材料为： P P 增韧材料 (PP/PDM 、 P

P/POE) 、 P C/PBT 、 MPPO 、 RIMPU 、SMC 片状模塑料等。

其中 PP/EPDM 常用于中低档轿车，而其他种类抗冲击材料常用于高档轿车。

参考答案①PC 、 LDPE②对 PA1010 、 PSF 、 POM 、 PA66 、 P

TFE 、 HDPE 、 PA6 、 ABS 的增韧方法为与弹性体共混、添加刚性增韧材料。③ABS 树脂。④常用 HIPS 板、 ABS 板、 HIPS 与 AB

S 复合。⑤PP 增韧（ PP/EPDM 、 PP/POE ）⑥ABS 、 PC 、 PA 、 PET

项目 15 的总结部分

增韧 PA

增韧 PBT

ABS

项目 15 的总结部分

MMBS

尼龙

项目 15 的总结部分

项目 15 引深部分内容

增韧 PP

项目 15 引深部分内容

ABS

尼龙

玻璃钢

PP

PET

项目 15 引深部分内容　　防爆警察为了保护自己生命安全――防弹衣的材料是要求强度？还是韧性？

项目 16 布置 第一组：从收缩度的解度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料； 第二组：从蠕变的解度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料； 第三组：从热膨胀系数解度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料。