1、高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.1 添加剂是实现高分子材料加工过程中，最大限是实现高分子材料加工过程中，最大限度地发挥制品的性能或赋予某些特殊性能；便度地发挥制品的性能或赋予某些特殊性能；便于加工；可降低成本的重要辅助成分。于加工；可降低成本的重要辅助成分。稳定剂稳定剂 增塑剂增塑剂 润滑剂润滑剂 交联剂及相关添加剂交联剂及相关添加剂 填充剂填充剂 其他添加剂其他添加剂2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.1.1 稳定剂2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.热稳定剂 用于用于PVC塑料
2、的加工，防止塑料的加工，防止PVC树脂树脂在加工过程中，受热时发生脱在加工过程中，受热时发生脱HCl反应反应和变色。是生产和变色。是生产PVC制品制品的最的最重要的添加剂。重要的添加剂。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（1）PVC的稳定性 1）随着温度升高，）随着温度升高，PVC热降解加速热降解加速 PVC加热到加热到1000C时开始分解，放出时开始分解，放出HCl；1300C时分解明显；高于时分解明显；高于1500C时分解相当严重。时分解相当严重。PVC的热降解反应：的热降解反应：CH2-CHCl-CH2-CHCl CH=CH-CH=CH +HCl 颜色变化由白颜色变
3、化由白微红微红粉红粉红浅黄浅黄褐色褐色红红棕棕黑色，聚合物的颜色，取决于发色基团。黑色，聚合物的颜色，取决于发色基团。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 2）随着氧含量升高，）随着氧含量升高，PVC热降解加速热降解加速 PVC在不同环境中的氧降解速度顺序：在不同环境中的氧降解速度顺序：氧气中氧气中空气中空气中氮气中氮气中 3）光照使）光照使PVC热降解加速热降解加速 PVC的稳定性有光照比无光照低，光强的稳定性有光照比无光照低，光强增加稳定性降低；增加稳定性降低；光的波长不同，稳定性不同，在紫外线光的波长不同，稳定性不同，在紫外线照射下，稳定性大大降低。照射下，稳定性大大
4、降低。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 4）随树脂型号增高（）随树脂型号增高（Mn变小），热稳变小），热稳定性变差定性变差 悬浮法悬浮法PVC树脂热稳定性优于乳液法；树脂热稳定性优于乳液法；PVC树脂中杂质多热稳定性差。树脂中杂质多热稳定性差。5）脱出的）脱出的HCl会加速会加速PVC的降解的降解 PVC树脂热不稳定性与其结构缺陷有关，树脂热不稳定性与其结构缺陷有关，存在不稳定的存在不稳定的Cl原子。原子。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）热稳定剂的作用 1)中和中和HCl 与分解放出的与分解放出的HCl迅速反应，迅速反应，生成稳定的化合物。
5、生成稳定的化合物。2）取代不稳定的氯原子）取代不稳定的氯原子 稳定剂与可能稳定剂与可能引发脱引发脱HCl反应的氯原子反应。反应的氯原子反应。3）与不饱和部位反应，起消色作用）与不饱和部位反应，起消色作用 4）破坏正碳离子盐，正碳离子盐是引起）破坏正碳离子盐，正碳离子盐是引起PVC颜色变深的主要原因颜色变深的主要原因2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（3）热稳定剂的分类种种 类类特特 性性铅盐类：铅盐类：三碱式硫酸铅（三碱式硫酸铅（3PboPbSO4H2O）二碱式亚磷酸铅二碱式亚磷酸铅2PboPbHPO31/2H2O三碱式硫酸铅为白色粉末，吸收三碱式硫酸铅为白色粉末，吸收H
6、Cl能力很强，热稳能力很强，热稳定性和电绝缘性很好，价廉，但有毒，不透明，耐候定性和电绝缘性很好，价廉，但有毒，不透明，耐候性和光稳定性较差。性和光稳定性较差。二碱式亚磷酸铅有突出的耐候性和光稳定性，与三碱二碱式亚磷酸铅有突出的耐候性和光稳定性，与三碱式硫酸铅并用有协同效应。式硫酸铅并用有协同效应。金属皂类：金属皂类：是第二大类主稳定剂是第二大类主稳定剂常用为常用为Ba、Cd、Zn、Ca的硬脂酸、的硬脂酸、月桂酸和蓖麻油酸盐月桂酸和蓖麻油酸盐有润滑作用，相溶性差有润滑作用，相溶性差Cd、Zn皂盐能捕捉皂盐能捕捉HCl，取代烯丙基氯原子，但生成，取代烯丙基氯原子，但生成的氯化物对脱的氯化物对脱H
7、Cl有催化作用；有催化作用；Ba、Ca皂盐能捕捉皂盐能捕捉HCl，生成的氯化物对脱，生成的氯化物对脱HCl无催无催化作用，两类皂盐有协同效应。化作用，两类皂盐有协同效应。有机锡类：有机锡类：含硫有机锡：十二醇二正丁基锡含硫有机锡：十二醇二正丁基锡有机锡羧酸盐：二月桂酸二辛基锡有机锡羧酸盐：二月桂酸二辛基锡主要用于食品包装和透明制品。主要用于食品包装和透明制品。耐热性和透明性非常好，耐候性差，有臭味。耐热性和透明性非常好，耐候性差，有臭味。耐热性和透明性好，无渗出性，无毒。耐热性和透明性好，无渗出性，无毒。稀土稳定剂：镧系稀土元素的有机稀土稳定剂：镧系稀土元素的有机复合物复合物耐热优于铅盐，初期
8、色相和透明性好，可用于食品和耐热优于铅盐，初期色相和透明性好，可用于食品和医药包装。有良好的发展前景。医药包装。有良好的发展前景。复合稳定体系复合稳定体系分散性、稳定性好，起协同作用；不宜长期内存。分散性、稳定性好，起协同作用；不宜长期内存。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（4）稳定剂的选择2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计有机玻璃解聚回收甲基丙烯酸甲酯单体有机玻璃解聚回收甲基丙烯酸甲酯单体CH2CCH2CCH3COOCH3CH3COOCH3CH2CCH2CCH3COOCH3CH3COOCH3T270 高聚物单体回收率%高聚物单体回收率%聚甲基丙烯
9、酸甲酯聚 甲基苯乙烯聚四氟乙烯聚间甲基苯乙烯10010010052聚苯乙烯聚异丁烯聚异戊二烯聚乙烯4232113某些高聚物热降解时的单体回收率2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 高聚物受热后，在高分子主链上的任意位置发生高聚物受热后，在高分子主链上的任意位置发生的断链反应。的断链反应。CH2CH2CHCH2CH2CH2CH2HCH2CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CHCH2CH2CH2CH311222023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2.抗氧剂（防老剂）通过生
10、成氢过氧化物通过生成氢过氧化物ROOH进行降解如进行降解如PPPP和和NRNR（天（天然橡胶），然橡胶），SBS和和NBR（丁腈橡胶）主要发生交联。（丁腈橡胶）主要发生交联。PPPP的氧化降解的氧化降解CH2CHCH2CHO2CH3CH3CH2CCH2CHCH3CH3OOHCH2CCH2CHCH3CH3OCH2CH3CCH2CHCH3O2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计OHOCH2CHCHCHCH2CH2CHCHCCH2O2CH2CHCHCH2CH2CH2CHCHCHCH2OOH2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2）抗氧剂的作用和分类 抗氧剂的作用：
11、抗氧剂的作用：指可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，指可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。延长其使用寿命的物质。抗氧剂分类：抗氧剂分类：a.链终止型抗氧剂链终止型抗氧剂 可与自由基可与自由基R和和ROO 反应，中断自动氧化的链增长。反应，中断自动氧化的链增长。b.预防型抗氧剂预防型抗氧剂 可除去自由基的来源，抑制可除去自由基的来源，抑制或延缓引发反应。或延缓引发反应。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计3）常用抗氧剂 酮胺类酮胺类 用作橡胶防老剂，有效防止热、氧和用作橡胶防老剂，有效防止热、氧和疲劳老化，是最要的橡胶防老剂，如防老剂疲劳老化，是最要的橡
12、胶防老剂，如防老剂RD和防老剂和防老剂AW；对苯二胺类对苯二胺类 用于橡胶和塑料，是目前重点发用于橡胶和塑料，是目前重点发展的一类高效、低毒防老剂，如防老剂展的一类高效、低毒防老剂，如防老剂4010 酚类酚类 防护效果不如胺类防护效果不如胺类，但最大特点是不污，但最大特点是不污染、不变色，特别适合于白色和浅色制品，如染、不变色，特别适合于白色和浅色制品，如抗氧剂抗氧剂264、抗氧剂、抗氧剂1010，广泛用于，广泛用于PVC、PE、PP、PS及及ABS。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计4）抗氧剂的选用原则）抗氧剂的选用原则 a.稳定性好稳定性好 抗氧剂在加工和使用条件下抗
13、氧剂在加工和使用条件下对光、热、氧和水具有稳定性。对光、热、氧和水具有稳定性。b.无色污现象无色污现象 不发生变色和污染性。不发生变色和污染性。c.相容性好相容性好 与高聚物有好的相容性。与高聚物有好的相容性。d.低毒难挥发低毒难挥发 2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计3.光稳定剂 波长在波长在290400nm之间的紫外光约占太阳总辐之间的紫外光约占太阳总辐射能的射能的6%，它下是引起高分子材料光降解的，它下是引起高分子材料光降解的罪魁祸首。罪魁祸首。具有饱和结构的高分子材料不能吸收波长具有饱和结构的高分子材料不能吸收波长250nm的光，如的光，如PE、PP仅含单键，本身
14、不吸仅含单键，本身不吸收紫外光，而当其含有不饱和结构、含有微量收紫外光，而当其含有不饱和结构、含有微量杂质及存在结构缺陷时，才会由紫外光导致降杂质及存在结构缺陷时，才会由紫外光导致降解。解。75%以的光稳定剂用于聚烯烃，其中以的光稳定剂用于聚烯烃，其中PP消耗消耗30%，PE消耗的高达消耗的高达70%。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计某些塑料对于紫外光的敏感光波长某些塑料对于紫外光的敏感光波长2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 紫外波段光子的能量很大，正好与聚合物中的某些紫外波段光子的能量很大，正好与聚合物中的某些键能相匹配而破坏大分子链，聚合物抗
15、光老化的实质是键能相匹配而破坏大分子链，聚合物抗光老化的实质是防御波长在防御波长在290400nm290400nm之间的紫外光对聚合物的破坏作用。之间的紫外光对聚合物的破坏作用。光对高分子材料的降解，严格说是光和氧共同作用光对高分子材料的降解，严格说是光和氧共同作用的结果。的结果。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2）光稳定的作用和分类 a.光屏蔽剂光屏蔽剂 指可反射和吸收紫外光的物质，如钛白粉、指可反射和吸收紫外光的物质，如钛白粉、碳黑。碳黑是效能最高的光屏蔽剂。碳黑。碳黑是效能最高的光屏蔽剂。b.紫外线吸收剂紫外线吸收剂 指能强烈地选择吸收高能量的紫外线，指能强烈地选
16、择吸收高能量的紫外线，并能进行能量转换，以热能形式或无害的低能辐射，并能进行能量转换，以热能形式或无害的低能辐射，将能量释放或消耗的一类物质。如二苯甲酮类的将能量释放或消耗的一类物质。如二苯甲酮类的UV-0、UV-9。c.猝灭剂猝灭剂 是指通过分子间的能量转移，迅速有效地将是指通过分子间的能量转移，迅速有效地将激发态分子猝灭，回到基态的一类物质。如光稳定剂激发态分子猝灭，回到基态的一类物质。如光稳定剂2002。d.自由基捕捉剂自由基捕捉剂 指通过捕捉自由基，分解过氧化物，指通过捕捉自由基，分解过氧化物，赋予高分子材料高度稳定性的一类物质。如光稳定剂赋予高分子材料高度稳定性的一类物质。如光稳定剂
17、770。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计3）常用的光稳定剂举例 ZnO是价廉、耐久、无毒的光稳定剂，是价廉、耐久、无毒的光稳定剂，粒度为粒度为m时，时，3份份ZnO与份有机光稳定与份有机光稳定剂，对剂，对HDPE、LDPE、PP的效果最佳。的效果最佳。炭黑是效能最高的光屏蔽剂，可抑制自炭黑是效能最高的光屏蔽剂，可抑制自由基反应，与其他稳定剂有协同效应。由基反应，与其他稳定剂有协同效应。钛白粉钛白粉2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计小结 主要的稳定剂：热稳定剂主要的稳定剂：热稳定剂、抗氧剂、光、抗氧剂、光稳定剂、生物抑制剂稳定剂、生物抑制剂 热稳定剂
18、热稳定剂 主要用于主要用于PVC塑料的加工，防塑料的加工，防止受热时发生脱止受热时发生脱HCl反应。反应。抗氧剂的作用抗氧剂的作用 可抑制或延缓高分子材料自动可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命。氧化速度，延长其使用寿命。光稳定剂的作用光稳定剂的作用 抑制高分子材料的光降解，抑制高分子材料的光降解，可分为：光屏蔽剂可分为：光屏蔽剂；紫外线吸收剂；紫外线吸收剂；猝灭剂；猝灭剂 ；自由基捕捉剂。自由基捕捉剂。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计习题与思考题 1.PVC的稳定剂的作用的是什么，应如的稳定剂的作用的是什么，应如何选用？何选用？2.请简述光稳定的作用及主
19、要应用。请简述光稳定的作用及主要应用。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.1.2 增塑剂2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计举例：举例：常用软常用软PVC制品中增塑剂的用量制品中增塑剂的用量 单位：份单位：份制品制品人造革人造革鞋鞋电线电线软管软管薄膜薄膜用量用量100655045452023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）增塑作用）增塑作用2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计例：例：邻苯二甲酸二辛酯邻苯二甲酸二辛酯(DOP)无色油状透明液体，有特殊气味。着火点无色油状透明液体，有特殊气味。着火点241，粘度
20、，粘度 s。25时在水中溶解度时在水中溶解度0.01%。溶于大多数有机溶剂和烃类。与大多数工业溶于大多数有机溶剂和烃类。与大多数工业用树脂有良好的相容性。用树脂有良好的相容性。沸点：沸点：386.9熔点：熔点：-55密度：密度：0.986分子结构式：分子结构式：2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）增塑作用）增塑作用2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2.增塑剂的性质增塑剂的性质2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）对材料性能的影响）对材料性能的影响 加入增塑剂使材料的加
21、入增塑剂使材料的Tg下降；下降；非极性增塑剂对非极性高聚物增塑作用引非极性增塑剂对非极性高聚物增塑作用引起的起的Tg的变化与增塑剂的体积成正比；的变化与增塑剂的体积成正比；极性增塑剂对极性高聚物增塑作用引起的极性增塑剂对极性高聚物增塑作用引起的Tg的变化与增塑剂的摩尔数成正比；的变化与增塑剂的摩尔数成正比；2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 增塑剂会使材料的脆化温度下降。增塑剂会使材料的脆化温度下降。少量的增塑剂反而会引起硬化现象，使伸少量的增塑剂反而会引起硬化现象，使伸长率减少，韧性增加；达到临界值浓度时，长率减少，韧性增加；达到临界值浓度时，拉伸强度和硬度最大；此后，
22、相反。拉伸强度和硬度最大；此后，相反。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 增加增塑剂用量，电增加增塑剂用量，电绝缘性变差；绝缘性变差；指耐挥发性（挥发到空指耐挥发性（挥发到空气中）、耐抽出性（被油、水抽出）和气中）、耐抽出性（被油、水抽出）和耐迁移性（向固体扩散）等。增塑剂的耐迁移性（向固体扩散）等。增塑剂的相对相对才有良好的耐久才有良好的耐久性。性。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 PVC树脂的氯含量为树脂的氯含量为56.8%，具有自熄性，氧指数为。普通增，具有自熄性，氧指数为。普通增塑剂会使制品的氧指数下降，加入塑剂会使制品的氧指数下降，加入D
23、OP35份时，氧指数下降到份时，氧指数下降到27。通常的苯二甲酸酯类和磷通常的苯二甲酸酯类和磷酸酯类增塑剂一般都有毒，酸酯类增塑剂一般都有毒，DOP有致癌有致癌嫌疑，环氧类和柠檬酸酯类为无毒增塑嫌疑，环氧类和柠檬酸酯类为无毒增塑剂。剂。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计3.增塑剂的种类 占增塑剂总产量占增塑剂总产量80%左右，具有价格低，性能全面，相左右，具有价格低，性能全面，相容性好的特点，是容性好的特点，是PVC最理想的主增塑最理想的主增塑剂。主要品种有邻苯二甲酸二辛酯剂。主要品种有邻苯二甲酸二辛酯（DOP）和二丁酯（）和二丁酯（DBP）。）。阻燃，相容性较差，阻燃，
24、相容性较差，作辅助增塑剂。如氯化石腊，含氯作辅助增塑剂。如氯化石腊，含氯50%时相容性较好时相容性较好。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 具有突出的耐具有突出的耐寒性，作辅助增塑剂。如己二酸二辛酯寒性，作辅助增塑剂。如己二酸二辛酯（DOA）与癸二酸二辛酯（）与癸二酸二辛酯（DOS）。）。相容性好，耐燃、耐水、相容性好，耐燃、耐水、耐抽出，是重要的主增塑剂，但有毒。耐抽出，是重要的主增塑剂，但有毒。常用于电缆人造革。如磷酸三甲苯脂常用于电缆人造革。如磷酸三甲苯脂（TCP）。）。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.1.3 润滑剂 降低高聚物大分子之间
25、摩擦力，降低熔体粘度，降低高聚物大分子之间摩擦力，降低熔体粘度，提高流动性提高流动性 降低高聚物与加工机械表面之间的摩擦力降低高聚物与加工机械表面之间的摩擦力 避免熔体与设备的粘附，提高制品表面光洁度避免熔体与设备的粘附，提高制品表面光洁度的一类添加剂。的一类添加剂。主要用于硬主要用于硬PVC；也用于聚烯烃、也用于聚烯烃、ABS等。等。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（1）分类）分类 1）内润滑剂）内润滑剂 相容性较好，可进入分相容性较好，可进入分子之间，降低分子间作用力；子之间，降低分子间作用力；2）外润滑剂）外润滑剂 相容性较差，只能吸附相容性较差，只能吸附在熔体与
26、机械之间的表面，降低其界面在熔体与机械之间的表面，降低其界面间的摩擦力。间的摩擦力。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 硬脂酸硬脂酸 有极性基团可作有极性基团可作PVC的内润的内润滑剂；滑剂；石蜡石蜡 非极性可作非极性可作PVC的外润滑剂；的外润滑剂；聚乙烯蜡、石蜡（相对分子量聚乙烯蜡、石蜡（相对分子量2000），），用作用作PE加工内润滑剂；加工内润滑剂；结晶聚丙烯蜡（相对分子量结晶聚丙烯蜡（相对分子量2000），用），用作作PP加工内润滑剂；加工内润滑剂；2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 具有高温润滑性、适当相容性、低挥发具有高温润滑性、适当相
27、容性、低挥发性、无毒、透明、价廉。性、无毒、透明、价廉。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.1.4.交联剂及相关添加剂 1.概念概念 交联剂交联剂 指使高分子材料发生交联反应指使高分子材料发生交联反应的一类化合物。的一类化合物。交联交联热固性塑料热固性塑料 硫化硫化橡胶橡胶 固化固化环氧树脂、酚醛树脂环氧树脂、酚醛树脂2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2.常用交联剂常用交联剂 硫化剂硫化剂 是指能使橡胶发生硫化反应或交联反是指能使橡胶发生硫化反应或交联反应的物质。应的物质。硫磺（硫磺（S8）Sn S-S-SS（n=1016）n太大，太大，S-S键易
28、断裂，强度差。加入硫化促进键易断裂，强度差。加入硫化促进剂后，剂后，n平均为平均为14个，大大减少硫磺用量，缩个，大大减少硫磺用量，缩短硫化时间。短硫化时间。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 举例：橡胶硫化反应举例：橡胶硫化反应2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）固化剂固化剂 例：交联反应例：交联反应 过氧化二异丙苯（过氧化二异丙苯（DCP）、）、过氧化二苯甲酰（过氧化二苯甲酰（BPO）2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.1.5.填充剂 1.填充剂的作用填充剂的作用
29、（1）增量作用）增量作用 减少聚合物的用量，降减少聚合物的用量，降低制品成本；低制品成本；（2）增强作用）增强作用 显著提高塑料的机械强显著提高塑料的机械强度，如抗拉强度，弹性模量等；度，如抗拉强度，弹性模量等；（3）补强作用）补强作用 显著提高硫化胶的物理显著提高硫化胶的物理机械性能，如拉伸强度、抗斯裂强度等。机械性能，如拉伸强度、抗斯裂强度等。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2.常用填充剂常用填充剂（1）炭黑）炭黑 橡胶工业最重要的补强剂，橡胶工业最重要的补强剂，其总产量的其总产量的90%95%，用于橡胶工业；，用于橡胶工业；炭黑对橡胶的补强作用炭黑对橡胶的补强作用
30、2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）白炭黑）白炭黑 补强效果仅次于炭黑，分补强效果仅次于炭黑，分子式为子式为SiO2 nH2O；（3）碳酸钙）碳酸钙 重质碳酸钙主要用作填充重质碳酸钙主要用作填充剂，轻质碳酸钙粒径剂，轻质碳酸钙粒径100nm时有补强作时有补强作用；用；（4）金属粉）金属粉 如铝、铜、铅等可改善导如铝、铜、铅等可改善导热性，铅可屏蔽热性，铅可屏蔽X光；光；（5）纤维填料）纤维填料 玻璃纤维、碳纤维玻璃纤维、碳纤维2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计3.影响补强的主要因素（1）粒径与活性）粒径与活性 粒径愈小，补强作用愈强。粒径愈小，补
31、强作用愈强。粒径在粒径在100500nm时，有补强作用，粒径时，有补强作用，粒径100nm时，补强作用显著；粒径过大，只起时，补强作用显著；粒径过大，只起填充作用；填充作用；（2）颗粒形状）颗粒形状 针状和片状等异向填充剂比球针状和片状等异向填充剂比球状和立方体填充剂赋于橡胶更大的拉伸强度；状和立方体填充剂赋于橡胶更大的拉伸强度；（3）颗粒表面性质）颗粒表面性质 如化学性质，表面毛细管如化学性质，表面毛细管孔穴等，影响其浸润性、分散性、补强性等。孔穴等，影响其浸润性、分散性、补强性等。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设
32、计1.1.6 其他添加剂 1.着色剂着色剂 ：钛白、铬黄、铁红、钴蓝；：钛白、铬黄、铁红、钴蓝；：偶氮颜料、靛蓝染料、炭黑。：偶氮颜料、靛蓝染料、炭黑。2.发泡剂发泡剂 ：C02、N2；：AIBN、H2O。3.增白剂增白剂 钛白粉钛白粉 4.抗静电剂抗静电剂 阴离子型抗静电剂；阳离子型抗静阴离子型抗静电剂；阳离子型抗静电剂。电剂。5.偶联剂偶联剂 用于无机填充剂的表面处理。用于无机填充剂的表面处理。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计小结 1.高分子添加剂主要类别高分子添加剂主要类别 稳定剂、稳定剂、增塑剂、增塑剂、润滑剂、润滑剂、交联剂、交联剂、填充剂填充剂 2.添加剂的
33、主要用途和作用添加剂的主要用途和作用2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计习题与思考题 1.塑料添加剂的常用类型和作用是什么？塑料添加剂的常用类型和作用是什么？2.DOP作为增塑剂的主要特点及其应用有作为增塑剂的主要特点及其应用有哪些？哪些？3.请举例填充剂炭黑、碳酸钙在橡胶和塑请举例填充剂炭黑、碳酸钙在橡胶和塑料中的应用。料中的应用。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.2 高分子材料的配方设计是指选择树脂并确定加入助剂的种类及其加是指选择树脂并确定加入助剂的种类及其加入量的一个过程，入量的一个过程，是生产企业的核心技术之一。是生产企业的核心技术之一。
34、是在对高分子材料结构与性能关系研究基础上，经是在对高分子材料结构与性能关系研究基础上，经过实验测试和生产经验的综合结果。它涉及到制品设计、过实验测试和生产经验的综合结果。它涉及到制品设计、模具设计和成型加工工艺设计。模具设计和成型加工工艺设计。：聚合物的结构与性能、材：聚合物的结构与性能、材料的组成。料的组成。设计配方时要注意设计配方时要注意：制样条件制样条件 如成型方法、成型条件和试样形状；如成型方法、成型条件和试样形状；性能测试条件性能测试条件 如升温速度、作用力形式与速度如升温速度、作用力形式与速度2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.2.1 高分子材料配方设计 1
35、.满足制品性能的要求满足制品性能的要求 1）外观）外观 表面光洁度、透明性、添加剂析出；表面光洁度、透明性、添加剂析出；2）物理性能）物理性能 吸水性、透气性、透湿性；吸水性、透气性、透湿性；3）机械性能）机械性能 拉伸强度、拉伸模量、伸长率、拉伸强度、拉伸模量、伸长率、冲击性、耐磨性；冲击性、耐磨性；4）热性能）热性能 熔点、软化温度、脆化温度、线熔点、软化温度、脆化温度、线膨胀系数；膨胀系数；5）电性能）电性能 电阻率，介电常数；电阻率，介电常数；2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 6）耐化学性能）耐化学性能 耐酸性、耐碱性和耐溶剂性；耐酸性、耐碱性和耐溶剂性；7）长
36、期使用性）长期使用性 耐蠕变性、耐疲劳性；耐蠕变性、耐疲劳性；8）燃烧性）燃烧性 自燃点、氧指数；自燃点、氧指数；9）毒性）毒性 10）加工性）加工性 热稳定性、流变性；热稳定性、流变性；11）经济性）经济性 2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2.配方设计的原则和步骤（1）配方设计必须满足以下原则和要求：）配方设计必须满足以下原则和要求：1）制品的性能要求；）制品的性能要求；2）成型加工性能要求；）成型加工性能要求；3）选用材料来源容易，质量稳定可靠，）选用材料来源容易，质量稳定可靠，价格合理；价格合理；4）在满足上述三点的前提下，选用价）在满足上述三点的前提下，选用价格
37、低的原材料，适当加入填充剂。格低的原材料，适当加入填充剂。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）配方设计的一般步骤）配方设计的一般步骤 1）初步确定产品的形状、尺寸及加工方法；）初步确定产品的形状、尺寸及加工方法；2）初选材料，并进行配方设计及试验，先设）初选材料，并进行配方设计及试验，先设计若干个配方，进行小样压片试验，测试初定计若干个配方，进行小样压片试验，测试初定合格配方，再扩大试验；合格配方，再扩大试验；3）依获得的材料性能数据及经验，进行结构）依获得的材料性能数据及经验，进行结构设计；设计；4）制成多种样品，进行实样试验；）制成多种样品，进行实样试验；5）修改
38、设计，调整配方，筛选配方；）修改设计，调整配方，筛选配方；6）根据试验结果和成本核算，确定最佳配方。）根据试验结果和成本核算，确定最佳配方。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计3.配方的表示方法 1）以聚合物为）以聚合物为100份的配方表示法份的配方表示法 此法计量容易，应用广泛，适用于工此法计量容易，应用广泛，适用于工业生产，也常用于实验室研究。业生产，也常用于实验室研究。2）以原料的总质量为）以原料的总质量为100份的配方表示份的配方表示法法 该法有利于计算原料消耗，便于成本该法有利于计算原料消耗，便于成本核算。核算。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方
39、设计例：2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1.2.2 高分子材料配方设计方法是指确定配方中各种添加剂加入是指确定配方中各种添加剂加入量的方法，涉及实验步骤安排、变量选择和变量的方法，涉及实验步骤安排、变量选择和变量范围的确定。量范围的确定。配方设计的主要依据配方设计的主要依据 是是。常用术语：常用术语：是指影响材料性能的指标的因子，如是指影响材料性能的指标的因子，如原材料、工艺条件；原材料、工艺条件；是指每一个因素可能处于的状态，可是指每一个因素可能处于的状态，可以是原材料的品种、用量或工艺参数；以是原材料的品种、用量或工艺参数；2023-1-27高分子材料成型加工基础添
40、加剂及配方设计1.配方设计时考虑的因素 1）配方一般包括聚合物和多种添加剂，单因）配方一般包括聚合物和多种添加剂，单因素变量设计较少，通常考虑多因素变量的问题；素变量设计较少，通常考虑多因素变量的问题；2）各原料之间往往存在协同作用；）各原料之间往往存在协同作用；3）配方、工艺条件、原料、设备、产品结构）配方、工艺条件、原料、设备、产品结构之间互相依存、相互制约。同一批试验，工艺之间互相依存、相互制约。同一批试验，工艺条件要保持相同，以排除其干扰。必要时可作条件要保持相同，以排除其干扰。必要时可作为单独因素试验；为单独因素试验；4）试验误差由原料称量、加料程序、工艺条）试验误差由原料称量、加料
41、程序、工艺条件、测试方法等累积而成，每一步要严格控制。件、测试方法等累积而成，每一步要严格控制。当实验误差的影响大于配方中任何一个因素的当实验误差的影响大于配方中任何一个因素的影响时，整批试验只能推倒重来；影响时，整批试验只能推倒重来；2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计2.配方设计方法 此法一般适用于制品性能只受单因素影响此法一般适用于制品性能只受单因素影响的配方。对多因素变量的试验，可先改变的配方。对多因素变量的试验，可先改变一个因素，把其他因素固定，以求得此因一个因素，把其他因素固定，以求得此因素的最佳值；然后改变另一个因素，固定素的最佳值；然后改变另一个因素，固定其
42、他因素，加此逐步轮换，找出最佳配方。其他因素，加此逐步轮换，找出最佳配方。单因素变量配方设计方法，常用方法有单因素变量配方设计方法，常用方法有和和2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 一般根据原配方或经验估计，在起点分一般根据原配方或经验估计，在起点分别向原料增加方向和减少方向做两个试别向原料增加方向和减少方向做两个试验，哪一点好，就往哪一个方向一步步验，哪一点好，就往哪一个方向一步步改变做实验，爬到某点，增加或减少都改变做实验，爬到某点，增加或减少都不好时，该点即为寻找的最佳。不好时，该点即为寻找的最佳。该法的关键是起点位置、试验范围和步该法的关键是起点位置、试验范围和步
43、长的选择。长的选择。该法适用于工厂小幅调整配方，成本小，该法适用于工厂小幅调整配方，成本小，方法简单。方法简单。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计 此法在试验范围此法在试验范围 的处和处，分别做试的处和处，分别做试验，比较两个结果，舍去坏点以外的部验，比较两个结果，舍去坏点以外的部分。再在缩小的范围内，重复上述方法分。再在缩小的范围内，重复上述方法做试验。做试验。该法每次可去掉实验范围的，试验次数该法每次可去掉实验范围的，试验次数少，较方便，适宜推广。少，较方便，适宜推广。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计（2）多因素变量配方设计的正交设计法因素变量
44、配方设计的正交设计法是指有二个以上因素影响制品是指有二个以上因素影响制品性能的配方。性能的配方。是一种应用数学统计原则进行科学是一种应用数学统计原则进行科学安排与分析多因素变量的一种实验方法。安排与分析多因素变量的一种实验方法。是可大幅减少实验次数，因是可大幅减少实验次数，因素越多，减少的程度越明显。可在众多实验中，素越多，减少的程度越明显。可在众多实验中，优选出有代表性的实验，通过尽可能少的实验，优选出有代表性的实验，通过尽可能少的实验，找出最佳的配方和工艺条件。找出最佳的配方和工艺条件。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计1）正交设计表 正交设计表表达式正交设计表表达式
45、 LM（bK)L正交表的符号；正交表的符号；M实验次数；实验次数；K实验变量的数目，称为因素，如实验影响参数；实验变量的数目，称为因素，如实验影响参数；b每个变量（因素）所取的实验值数目，称水平。每个变量（因素）所取的实验值数目，称水平。常用典型的正交表如下：常用典型的正交表如下：二水平：二水平：L4（23)、L8（27)、L12（211)；三水平：三水平：L6（33)、L8（34)、L18（37)；四水平：四水平：L16（45)等。等。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计二水平二水平L4（23）正交表）正交表试验试验号号列号列号试验试验号号列号列号123123121112
46、12342212212023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计正交设计举例：热固性塑料压制成型配方及工艺条件的确定。热固性塑料压制成型配方及工艺条件的确定。（1 1）设计正交表）设计正交表 指标指标硬度合格率硬度合格率 因素因素模板温度、交联时间、交联剂用量模板温度、交联时间、交联剂用量 水平水平每个因素取二水平每个因素取二水平 因素和水平表因素和水平表因素因素模板温度模板温度/0C交联时间交联时间/s交联剂用量交联剂用量/份份一水平一水平二水平二水平18020060800.51.02023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计(2)按正交表做试验，并将结果填入表中按正
47、交表做试验，并将结果填入表中列号试验号1（A）模板温度/0C2（B）交联时间/s3（C）交联剂用量/份硬度合格率(Ya)%12341（180）1（180）2（200）2（200）1（60）2（80）1（60）2（80）1（0.5）2（1.0）2（1.0）1（0.5）908545702023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计(2)按正交表做试验，并将结果填入表中按正交表做试验，并将结果填入表中列号试验号1（A）模板温度/0C2（B）交联时间/s3（C）交联剂用量/份硬度合格率(Ya)%12341（180）1（180）2（200）2（200）1（60）2（80）1（60）2（80）1
48、（0.5）2（1.0）2（1.0）1（0.5）90854570jjr1r2R(极差）90+85=17545+70=115175/2=87.5115/2=57.587.5-57.5=3090+45=13585+70=155135/2=67.5155/2=77.577.5-67.5=1090+70=16085+45=130160/2=80130/2=6580-65=152023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计(3)试验结果分析试验结果分析 极差指的是各列中各水平对应的极差指的是各列中各水平对应的试验指标平均值的最大值与最小值之差。用极差法分试验指标平均值的最大值与最小值之差。用极差
49、法分析正交试验结果可引出以下几个结论：析正交试验结果可引出以下几个结论：（1）在试验范围内，各列对试验指标的影响从大到小）在试验范围内，各列对试验指标的影响从大到小的排队。某列的极差最大，表示该列的数值在试验范的排队。某列的极差最大，表示该列的数值在试验范围内变化时，使试验指标数值的变化最大。所以各列围内变化时，使试验指标数值的变化最大。所以各列对试验指标的影响从大到小的排队，就是各列极差对试验指标的影响从大到小的排队，就是各列极差D的数值从大到小的排队。的数值从大到小的排队。（2）试验指标随各因素的变化趋势。为了能更直观）试验指标随各因素的变化趋势。为了能更直观地看到变化趋势，常将计算结果绘制成图。地看到变化趋势，常将计算结果绘制成图。（3）使试验指标最好的适宜的操作条件（适宜的因素）使试验指标最好的适宜的操作条件（适宜的因素水平搭配）。水平搭配）。（4）可对所得结论和进一步的研究方向进行讨论。）可对所得结论和进一步的研究方向进行讨论。2023-1-27高分子材料成型加工基础添加剂及配方设计配方实例
