如今,改性塑料在国民生活中扮演的角色越来越重要,尤其在汽车、家电等领域发挥着不可替代的作用。而对于门类众多的改性塑料技术而言,塑料增韧技术一直被学术和工业界研究和关注,因为材料的韧性往往对产品的应用起着决定性的影响。
增韧剂是指能增加胶黏剂膜层柔韧性的物质。某些热固性树脂胶黏剂,如环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂胶黏剂固化后伸长率低,脆性较大,当粘接部位承受外力时很容易产生裂纹,并迅速扩展,导致胶层开裂,不耐疲劳,不能作为结构粘接之用。
塑料增韧的机理
不同类型的增韧剂,有着不同的增韧机理。液体聚硫橡胶可与环氧树脂反应,引入一部分柔性链段,降低环氧树脂模量,提高了韧性,却牺牲了耐热性。液体丁腈橡胶作为环氧树脂的增韧剂,室温固化时几乎无增韧效果,粘接强度反而下降;只有中高温固化体系,增韧与粘接效果较明显。端羧基液体丁腈橡胶增韧环氧树脂,固化前相容,固化后分相,形成“海岛结构”,既能吸收冲击能量,又基本不降低耐热性。T一99多功能环氧固化剂固化环氧树脂使交联结构中引进了柔性链段,不产生分相结构,在提高韧性的同时基本不降低耐热性。
热塑性树脂连续贯穿于环氧树脂网络中,形成半互穿网络型聚合物,致使环氧树脂固化物韧性提高。
纳米粒子尺寸为1~100nm,具有极大的比表面积,表面原子又有极高的不饱和性,因此表面活性非常大。环氧基团在界面上与纳米粒子形成远大于范德华力的作用,能很好地引发微裂纹,吸收能量。纳米SiO2和纳米黏土既能引发银纹,又能终止裂纹。同时,纳米粒子具有很强的刚性,裂纹在扩展时遇到纳米粒子发生箨向或偏转,吸收能量而达到增韧目的。另外,纳米粒子与树脂具有良好的相容性,使基体对冲击能量的分散能力和吸收能力提高,导致韧性增大。
塑料增韧剂有哪些?如何划分?
(一)塑料常用的增韧剂如何划分
1、橡胶弹性体增韧:EPR(二元乙丙)、EPDM(三元乙丙)、顺丁橡胶(BR)、天然橡胶(NR)、异丁烯橡胶(IBR)、丁腈橡胶(NBR)等;适用于所用塑料树脂的增韧改性;
2、热塑性弹性体增韧:SBS、SEBS、POE、TPO、TPV等;多用于聚烯烃或非极性树脂增韧,用于聚酯类、聚酰胺类等含有极性官能团的聚合物增韧时需加入相容剂;
3、核-壳共聚物及反应型三元共聚物增韧:aCR(丙烯酸酯类)、MBS(丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PTW(乙烯-丙烯酸丁酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物)、E-Ma-GMa(乙烯-丙烯酸甲酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物)等;多用于工程塑料以及耐高温高分子合金增韧;
4、高韧性塑料共混增韧:PP/Pa、PP/aBS、Pa/aBS、HIPS/PPO、PPS/Pa、PC/aBS、PC/PBT等;高分子合金技术是制备高韧性工程塑料的重要途径;
5、其它方式增韧:纳米粒子增韧(如纳米CaCO3)、沙林树脂(杜邦金属离聚物)增韧等;
(二)在实际的工业生产中,改性塑料的增韧大概分以下情况:
1、合成树脂本身韧性不足,需要提高韧性以满足使用需求,如GPPS、均聚PP等;
2、大幅度提高塑料的韧性,实现超韧化、低温环境长期使用的要求,如超韧尼龙;
3、对树脂进行了填充、阻燃等改性后引起了材料的性能下降,此时必须进行有效的增韧。
通用塑料一般都是通过自由基加成聚合而得,分子主链及侧链不含极性基团,增韧时添加橡胶粒子及弹性体粒子即可获得较好的增韧效果;而工程塑料一般是由缩合聚合而得,分子链的侧链或端基含有极性基团,增韧时可通过加入官能团化的橡胶或弹性体粒子较高的韧性。
综上,塑料增韧无论对于结晶性塑料还是无定形塑料同等重要,而从通用塑料、工程塑料到特种工程塑料其耐热性逐渐提高,成本价格也不断攀升,这样就对增韧剂的耐热性、耐老化性等提出了更高的要求,同时也是对塑料改性增韧技术一次大的考验,而最重要的也是最关键的一条就是和基体及组分保持良好的相容性!