塑料配方设计

-1-1-1高分子材料总论PVC16%聚苯乙烯8%热固性塑料13%其它热塑性塑料15%聚烯烃46%PET2%图11995年世界主要合成高分子材料的比例1490750162019101000206019501640LDPELLDPEHDPEPPPSPVC其它热塑性树脂热固性树脂图21995年主要树脂的产量（单位：万吨）-1-2-2594489326651402711100514051003177127035701美国日本德国意大利法国加拿大中国英国比利时澳大利亚图31995年世界各国合成树脂产量（kt）表1世界各国合成树脂消费比例(%)美国日本德国加拿大意大利比利时英国瑞士建筑20.89.928.62712.423.623.210.7包装27.63224.82944.124.535.840.1电子4.7128.144.3110.74.6运输5.495.9115.410.14.67.1家具1.97.265.254.89农业4.42.21.23.91.33.15.2玩具1.920.64.21.5家庭8.23.34.23.31.8衣鞋0.814.9机械4.24.31.82.2医疗0.122.52其它37.117.820.9924.7222.512.9-2-1-2通用塑料2.1主要品种PP（等规度）：无规（APP），均聚(IPP)，嵌段共聚（C2,BPP）CH2CHCH3n表2不同流动性APP和BPP的性能聚丙烯品种无规共聚PP嵌段共聚PPMFR0.30.51.04.08.00.30.51.04.08.0脆化温度，℃-5-20310-25-25-20-8-3Charpy冲击强度85433353520107混浊度，%40424555657070708085软化点，℃140表3均聚PP与共聚PP性能对比PP品种均聚PP嵌段共聚PP密度，g/cm30.9030.90拉伸屈服强度，MPa37.029.0弯曲模量，MPa19001350洛氏硬度，R10240Izod缺口冲击强度，J/m48500热变形温度（1.82MPa），℃5862脆性温度，℃-5-30-2-2-表4意大利Molplen均聚PP的性能D50GQ30GS30GT30GC30GX30GF30SV30GMFR0.30.71.83681216注塑流动螺旋试验320380450510600670750800FM14001450145015001600160017001750TY3334353637373838EY1413121212121111Izodnotched23C200100655045383538洛氏硬度8490909094949798VST/A/50152152153153154154155155HDT/B9292949596959798150C老化1500360360360360360360360表5意大利Molplen共聚PP的性能EP-D60REP-Q30MEP-S30REP-T30REP-C30REP-F30REP-H31RAMFR0.30.81.53.571340注塑流动螺旋试验330420450550680800800FM1100130012001300140014501450TY27302729292929EY15151312121211Izodnotched500300350150957570洛氏硬度77828081848890VST/A/50150150150150150150150HDT/B90908588889090-2-3-表6QK004000主要性能指标编号1112212231324142弯曲模量ISO1781000-15001500-20002000-25002500-3000Charpy冲击强度ISO179/1eUat23℃n.b.n.b.at–30℃5030Charpy缺口冲击强度ISO179/1eAat23℃40203025208105at–30℃8444363密度ISO11831.00±0.11.10±0.11.15±0.11.20±0.1屈服强度ISO527-215171921VST/A/50ISO308115120120125125130130135VST/B/504545455050555560HDT/AISO75-24550485352575560HDT/B70857590809585100球压痕硬度ISO2039-13045405050556060-2-4-表7大众汽车公司TL52283PP/talc共混物的性能指标无尾标规格A规格B用途仪表板侧护板镶嵌条填料用量23±329±326±3比重1.09±0.011.13±0.011.10±0.01Tm，℃min158158158布氏硬度，MPa38-4550-5643-48拉伸强度，MPamin13.01815断裂伸长率，%min202020缺口冲击韧性不断裂，允许部分断裂不断裂，允许部分断裂乃至铰链式断裂不断裂，允许部分断裂弯曲强度，MPa-40±1℃22-8029-9023-75-23±2℃22292380±1℃9129-2-5-表8大众汽车公司汽车用保险杠材料（PP/橡胶）无尾标规格A规格B汽车类型GolfA2A3T4GolfA4填料用量10±2比重0.87-0.920.89-0.930.95-1.0布氏硬度，MPa28±450±528±4拉伸强度，MPamin12.01812断裂伸长率，%min10010020缺口冲击韧性不断裂不断裂，允许部分断裂弯曲强度，MPa-40±1℃18-6327-6218-70-23±2℃18271880±1℃699耐热老化性（150℃）200200200-2-6-表9Molplen橡胶增韧PPSP25/ASP150SP1041SP132SP151SP1114SP1120MFR43.5443.54.57.5密度0.9050.8920.8910.90.90.9230.928注塑流动螺旋试验540540505550540580570收缩率1.3-1.51.0-1.31.0-1.21.3-1.51.0-1.21.0-1.21.0-1.2弯曲模量950700750100075010501200屈服强度21161723191719断裂伸长率400400400400400400400邵D62565262565762Izod缺口冲击强度23℃5000℃400500500120500500500-20℃12030050090350350120VST/A/50140116123142126133141VST/B/5053554365555055HDT/A76646675648083HDT/B46464449464851主要用作汽车保险杠、汽车侧护板及扰流板-2-7-PE（密度，分子量）：HDPE，LLDPE，LDPE，MDPE，UHMWHDPE(大于150万)；CH2CH2n表10PE的典型性能PE品种LDPEMDPEHDPEUHMWHDPE密度，g/cm30.910-0.9250.926-0.9400.941-0.9650.945邵氏硬度D41-5050-6060-70拉伸强度，MPa6.9-15.98.3-24.121.4-37.937.2弹性模量，MPa117-241172-379414-10341067热变形温度(0.45MPa)，℃38-4949-7460-8273结晶熔点，℃108-126126-135126-136135脆性温度，℃-80～-55-120-140介电常数2.32.32.32.34体积电阻率，1014Ω.m1111-2-8-PS：通用GPPS，高抗冲HIPS，可发性EPSCH2CHnABS（耐热和冲击强度），SANCH2CHCH2CHCHCH2CH2CHCN表11德国BASF公司ABS牌号996S877M/ME997VE867M978T969T屈服强度，MPa405045475058断裂伸长率，%302025202015弹性模量，MPa190024002000230024002800弯曲强度，MPa567565707890Izod缺口冲击强度（23℃）503548303428Izod缺口冲击强度（-30℃）17825139Charpy缺口冲击强度（23℃）201318111311Charpy缺口冲击强度（-40℃）1029264VST/B/50，℃92989899104109-2-9-表12上海普利特公司主要产品牌号41102120312043303450特性描述高抗冲耐热极高抗冲高抗冲高抗冲高耐热极高耐热拉伸强度403848.957.546弯曲强度6565646968弯曲模量23002300230025002500Charpy缺口冲击强度152019169Charpy冲击强度n.b.n.b.n.b.n.b.50球压硬度10095105115115VST/B/509498100104114PVC：软质，硬质CH2CHCln其它：PMMA，PTFE.....-2-10-2.2生产技术聚烯烃的生产主要取决于催化剂，五十年代齐格勒-纳塔（Z-N）催化剂为第一代，1991年工业化的茂金属催化剂生产的双峰、宽分子量分布的LLDPE（乙烯-辛烯）和超己烯LLDPE及Montell的球形聚烯烃技术称为第二代聚烯烃技术；超冷凝态进料流化床技术、超临界浆液法烯烃聚合技术及新一代具有高温性能的聚丙烯催化剂技术称之为第三代聚烯烃技术。2.2.1茂金属催化技术与Z-N催化技术相比，茂金属催化技术控制结构的能力更强，用途广泛，如生产PE，PP，EPDM，POE等；2.2.2Montell公司的改进Z-N技术Montell公司开发的杂化催化剂（又称为第四代Z-N催化剂）替代Shell用于本体聚合的高活性催化剂，产量可提高30%；同时聚丙烯的等规度可达到99%；BASF公司用改进的技术生产的聚丙烯树脂刚性、韧性、耐温性比普通聚丙烯提高了40%，而且不损失加工性能。2.2.3高温聚丙烯工艺普通Z-N催化剂使用的极限温度为80℃左右，高于这个温度，催化剂或者失去活性，或者损失其立构选择性。如果基本催化剂的活性足够高，那么聚合反应器效率的最大限制是该系统单位反应器体积的撤热能力，虽然目前大部分聚丙烯生产装置尚未达到极限条件，但随着PP的需求量的增加，随装置不断地进行脱瓶颈技术改造，几年之后不少装置的操作将达到极限值。新一代Z-N催化剂，使用甲基铝氧烷助催化剂替代三乙基铝，活性大幅度提高，极限操作温度增加到170℃以上，并且生产的PP等规度高。操作温度从-2-11-70℃提高到170℃，可以使活性提高2-4个数量级，如果将这些催化剂用于现有的超临界环管浆液法反应器，并在120-130℃下操作，最大传热能力可增加近三倍，反应时间大大缩短。高温聚丙烯催化剂的发展，提供了利用高度柔性、短接触时间的工艺生产专用聚丙烯产品的可能性。2.2.4超冷凝态气相流化床工艺表13气相流化床冷凝进料技术仅气体5-10%液体15-20%液体30-50%液体开发者UCCUCCUCC+BPEXXON能力（万吨）101520-3035-50能力增加，%50200-300350-500时空产率（kg/h-m3）55124193323气相流化床技术是生产聚乙烯和聚丙烯的主要技术。在60和70长代普遍认为，循环到反应器的冷却气体的温度应有保持在露点以上，以避免形成液体，当时认为，进入到反应器的任何液体都会使粒子结团开形成块，影响生产；80年代初UCC公司液体并不影响生产，这一发现使生产能力提高60%，从此引发了大量的研究。-3-1-3工程塑料的种类与分类PAPCPOMPPO+PSPBTPET聚甲基戊烯（TPX）通用工程塑料聚砜（PSF）聚醚砜（PESF）聚苯硫醚（PPS）聚酰亚胺（PI）聚醚醚酮（PEEK）特种工程塑料工程塑料尼龙（PA），改性聚苯醚，PBT，PC和POM统称五大工程塑料。表141996年世界主要