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史上最全面各種類塑膠原料物性應(yīng)用知識2
丙烯酸-苯乙烯-丙烯睛（簡稱ASA）
ASA聚合物是無定形材料，可以采用擠塑和注塑加工制成對氣候影響有極好抵抗力的產(chǎn)品。三元共聚物ASA的機械性能通常類似于ABS樹脂，不同的是ASA的性能受室外氣候的影響要比ABS樹脂小得多。
化學(xué)和性能
三元共聚物ASA塑膠原料可以用擁有專利權(quán)的專利反應(yīng)工藝，或接枝工藝來生產(chǎn)。在反應(yīng)法中，ASA是通過在苯乙烯和丙烯睛（SAN）的聚合反應(yīng)過程中接技一種丙烯酸酯彈性體而制得，彈性體細(xì)粉末均勻地分散入并接校在SAN分子鏈上。
ASA杰出的耐候性來自于丙烯酸酯彈性體。對許多塑料而言，在日光輻射特別是在光譜的紫外線一端輻射與大氣中氧氣共同作用下，會發(fā)生脆化和變黃。ASA部件發(fā)生這種變化所需的時間比其它塑料長得多。
ASA部件即使在低溫下也具有很高的光滑度，很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性能，以及很高的沖擊強度。ASA在1．82MPa的壓力下，標(biāo)準(zhǔn)熱變形溫度為180?220°F；抗張強度為27．6～48．3MPa；斷裂伸長率為 25?40％；彎曲模量1516～1723MPa；帶切口的懸臂梁式?jīng)_擊強度為9．0一11．0英尺?磅／英寸。
ASA能耐下列物質(zhì)的作用：飽和烴、低芳烴汽油和潤滑油、植物油與動物油、水、鹽的水溶液、稀酸和稀堿。然而，它容易受濃無機酸、芳烴、氯代烴、酯。醚、酮和某些醇類的侵蝕。ASA比ABS有更好的抗環(huán)境應(yīng)力斷裂性能。ASA材料的阻燃級別是UL94?HB。
專用品
ASA還有和其它聚合物有極好的混溶性的特點，而且以ASA為基礎(chǔ)的合金及混合料可以使它的耐候性被有效利用。丙烯酸橡膠的規(guī)格、數(shù)量和分布的變化都能形成不同的專用制品，具有較高的熱變形溫度HDT、低毛糙表面，或耐擦傷性能。
玻璃纖維增強的ASA／PBT熱塑塑料聚酯，具有優(yōu)良的耐候性，并結(jié)合了增強PBT的機械性能和熱性能的優(yōu)點，而且有良好的韌度和尺寸穩(wěn)定性。
加工
ASA樹脂可以用大多數(shù)傳統(tǒng)方法進行加工。這些方法包括型材及片材擠塑和共擠塑、注塑、結(jié)構(gòu)泡沫模塑和擠壓吹塑。擠塑片材可以熱成型。
吹塑應(yīng)在有槽的、有冷卻和熱絕緣的加料段的擠壓機中進行。螺桿應(yīng)有略深的螺紋，以減少摩擦熱。使用帶有蓄料器的擠壓機效果最好。
要把ASA樹脂切片進行預(yù)干燥。要在加工之前，用一個空氣循環(huán)爐在185°F下把切片預(yù)干燥4?6小時。ASA部件可以用熱旋轉(zhuǎn)焊接技術(shù)；在某些場合，超聲焊接也是可能的。ASA部件還可以用2一丁酮、二氯乙烯或環(huán)己烷進行溶劑焊接。不用進行表面預(yù)處理，部件就很容易接受并保持印刷和涂漆。也可能用傳統(tǒng)方法進行真空鍍金屬。
用途
ASA杰出的耐候性使它在下述領(lǐng)域內(nèi)十分有用：建筑領(lǐng)域、用作水槽、排水管及管件、標(biāo)志牌、郵筒、輕便家用護墻板、花盆、百葉窗框裝飾。
休閑娛樂：戶外家具、擋風(fēng)板、游泳池泵及過濾器外殼、溫泉、水池用臺階及小船。
汽車和運輸：外側(cè)視鏡殼體、托架。保險桿封皮、裝飾。
商業(yè)信息
現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的和用戶指定顏色的ASA樹脂的品種范圍很寬。按顏色不同，1993年初的典型的批發(fā)價為1．70?2．00美元／磅。
市場出售的ASA基本樹脂的牌號有： Luran S牌（ BASF塑料材料公司）；Gelog牌（通用塑料公司）； Centrex牌（孟山都公司）。
苯乙烯樹脂ABS三元聚合物ABS
從本世紀(jì)40年代開始商業(yè)化，銷量逐年增長，現(xiàn)已成為全球銷量最大的工程熱塑性塑料，僅美國的銷量就于1989年超過了12億磅。在大宗商品塑料與高性能工程熱塑性塑料之間，ABS占據(jù)了獨特的“過渡”聚合物的位置。
化學(xué)和性質(zhì)
ABS的多能性來自于它的三個單體結(jié)構(gòu)單元??丙烯睛、丁二烯和苯乙烯。每個組分都為最終聚合物提供了一套不同的有用的性能。丙烯睛主要提供了耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性；丁二烯提供了初度和沖擊強度；苯乙烯組分則為ABS提供了硬度和可加工性。 有三種生產(chǎn)工藝??乳液法、連續(xù)本體法或懸浮法，任一種工藝方法所制得的ABS原料中的苯乙烯含量均為50％甚至更高。通常至少兩種工藝結(jié)合使用，以使最終產(chǎn)物最佳化。ABS樹脂屬于兩相體系：苯乙烯一丙烯睛共聚物（SAN）為連續(xù)相，丁二烯衍生橡膠為彈性體分散相。
實際上還有少量苯乙烯和丙烯睛在丁二烯橡膠上發(fā)生共聚合反應(yīng)（接枝），本來不相容的硬SAN和橡膠相容起來。因此，人們可把ABS看作是第一個在商業(yè)上取得成功的聚合物合金之一。
改變?nèi)N單體A、B、S的比例，聚合物的分子量和橡膠相的形態(tài)就能有無限的ABS產(chǎn)品供選擇。例如，橡膠相的顆粒大小可以從小于0．1微米變到幾個微米。橡膠相內(nèi)平均顆粒大小和顆粒大小分布，對聚合物性能的整體均衡，包括強度、韌度和外觀有重要影響。大橡膠顆粒增加韌度而降低光滑度。
與分子量相關(guān)的硬相鏈長度對ABS樹脂的性能也有顯著的影響。一般地，聚合物鏈越長，強度性能（包括沖擊和延性）越高，而流動性能越低。
最后，硬SAN相與橡膠相的比率將影響ABS樹脂的流動性和抗沖擊性能之間的均衡，例如，橡膠含量的增加將提高ABS材料的沖擊強度和韌度，但通常以流動性變差為代價。 流動性能和抗沖擊性能之間的均衡是ABS材料的基本產(chǎn)品特征，這種特征將普通用途的ABS材料彼此區(qū)別開來。
合金及專用品
如果在聚合過程中加人更多種的單體，或者混入化學(xué)添加劑，或者與另一種塑料共混或形成合金，就可以進一步拓寬以ABS為基礎(chǔ)的樹脂的性能范圍。
例如，在聚合過程中加入α一甲基苯乙烯或馬來酸酥，就能生產(chǎn)出具有較高熱變形溫度的以ABS為基礎(chǔ)的材料。使用甲基丙烯酸甲酯，能使硬相和橡膠相的折射指數(shù)相匹配，從而使材料具有透明度。
通常，ABS樹脂與添加劑在聚合過 程中作為最后一個工序進行配料，或者作為分別的工序在擠壓或班伯里密煉機等熔體混合設(shè)備中進行熔融配料。所用的典型添加劑能改進耐紫外線性能和熱穩(wěn)定性、阻燃性和抗靜電性能。具有更高強度和硬度的增強型ABS已經(jīng)商業(yè)化。
ABS的一個有用的特點就是能與各種不同的聚合物形成一系列合金，這些合金具有超出傳統(tǒng)均衡性能的新的性能范圍。
最普通的是ABS－一聚碳酸酯(PC）合金，與基礎(chǔ)ABS三元共聚物相比，它表現(xiàn)出改進了的抗沖擊性能（特別是在低溫下）和高耐熱性能。它們在汽車市場，如儀表面板和車 輪擋板等方面有很強的適用性。通過加入助劑，PC／ABS合金還能制成阻燃型材料，并已在商用機器市場上取得很大成功。阻燃型ABS材料的另一個商業(yè)化途徑是與PVC組成合金；PVC是具有阻燃性的材料。
ABS與一種結(jié)晶型聚合物組成合金，會具有更強的化學(xué)穩(wěn)定性。已商品化的有：ABSPBT（聚對苯二甲酸丁烯酯）合金和ABS尼龍合金，其目標(biāo)市場包括草坪和花園器具、汽車內(nèi)部材料、動力工具殼體和化妝品包裝材料。
ABS合金的一個新系列，可以不需要化學(xué)添加劑或填料（炭或金屬），而顯示的“永久”的靜電消散性能。這種永久抗靜電性能是耐擦拭的，并對溫度相對敏感。
這些合金不風(fēng)化并有良好的著色能力，應(yīng)用目標(biāo)主要是材料加工領(lǐng)域。（要得到更多有關(guān)ABS合金的資料，請參見本書第5頁“合金和共混”一章）。
加工
ABS是無定形的熱塑塑料，它在一定溫度范圍內(nèi)軟化而不是突然熔化。ABS稍具吸濕性，在熔化加工前應(yīng)予以干燥。ABS通常以丸片形成出售，顏色為原色、預(yù)著色或混合色，也有以自然粉末形成出售。也可用濃縮色料來滿足最終用戶的精確要求。各種ABS材料都易于接受常用的二次加工處理，如機加工、粘合、緊固、電鍍、涂漆等。
ABS樹脂的一個基本長處就是加工性能。ABS材料的加工操作條件范圍寬廣和具有良好的剪切稀化流動特性。很多加工形式都可選用，包括注塑、擠塑、熱成型、結(jié)構(gòu)泡沫和吹塑。
用途
ABS基產(chǎn)品的性能范圍寬廣，加工寬裕度大，價格與性能較均衡，這使它的應(yīng)用市場很廣。
運輸。這是ABS在美國的最大市場，年需用約3億磅樹脂。汽車方面的應(yīng)用很多，包括車內(nèi)和車外。為了內(nèi)部注塑使用，已開發(fā)出高耐熱、普通用途和光滑性低的材料，用作儀表面板、控制板和其它汽車內(nèi)部裝演部件。
人們普遍認(rèn)為ABS是制作汽車內(nèi)部組件的首選塑料。外部應(yīng)用則包括散熱器格柵、前燈罩和大型卡車的用擠壓一熱成型方法制成的各種飾帶。電鍍級ABS可用于把手、燈框、鏡座、格柵和裝飾帶。
器具。1989年美國的器具市場消耗2．5億磅ABS樹脂，其中絕大部分消耗在主要的器具上，擠壓一熱成型門和油罐襯里為首。透明ABS用作冰箱的凍結(jié)箱托架。
器具市場的其它用途有廚房用具、動力工具、真空掃除機、縫紉機和電動頭發(fā)吹風(fēng)機上用的注塑外殼。ABS受人偏愛是由于它的強度、韌度、光滑度。著色力、加工性能和價格等之間的良好平衡。
商用機器。是ABS的一個大的“附加值”市場，這部分在1989年約為7500萬磅樹脂，在歷史上一直保持強勁的增長速度。阻燃級材料在計算機外殼及控制板方面很適用。
建筑。ABS在此領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用，特別是在排水、廢水和排氣（合稱DWV）管，以及注塑管件等方面。1989年美國的銷量超過1．5億磅。ABS材料能與低價格的PVC在DWV管材市場上共存，是由于它能提供改進了的低溫沖擊性能、較易粘接和低得多的比重。
消費品和工業(yè)品市場中有許多部分應(yīng)用ABS。這包括玩具、醫(yī)療器具、草坪和花園用具、家具、化妝品包裝、船舶、排灌、箱包和淋浴間。非常美觀。良好的加工性能、高光滑度及有利的成本／性能之間的平衡等方面的要求，決定了ABS對于這個廣闊市場部分的適合性。
商業(yè)信息
盡管ABS用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來說，已有很長的歷史，這類產(chǎn)品及其服務(wù)的大多數(shù)市場和應(yīng)用，還遠(yuǎn)沒有成熟。未來幾年內(nèi)，美國對ABS樹脂的需求預(yù)計將以每年3～5％的速度增長。
ABS在歐洲的增長率估計與美國相似，而太平洋地區(qū)相則為每年7～ 10％左右。以ABS為基礎(chǔ)的合金甚至比標(biāo)準(zhǔn)ABS樹脂預(yù)計有更快的增長。
在1991年中的價格表上，普通用途ABS注塑級產(chǎn)品的價格范圍為：中檔的沖擊／原始型樹脂的標(biāo)價為 1．47美元／磅；極高沖擊強度級材料的價格為1．62美元／磅。
一般地，擠塑級產(chǎn)品的標(biāo)價要低5％～ 10％。專用阻燃級和高耐熱級起價為回．65美元／磅，這是原始材料批發(fā)價。
以下是美國的三個主要的ABS生產(chǎn)商：通用塑料公司（Cycolac牌樹脂），孟山都公司（Lustran），陶氏化學(xué)公司（Magnum牌）。通用塑料公司的（美）國內(nèi)生產(chǎn)能力最大，所占市場份額居先。所有這三個供應(yīng)商都有美國以外的生產(chǎn)能力。
聚丙烯無規(guī)共聚物
聚丙烯無規(guī)共聚物也是聚丙烯的一種，它的高分子鏈的基本結(jié)構(gòu)用加入不同種類的單體分于加以改性。乙烯是最常用的單體，它引起聚丙烯物理性質(zhì)的改變。與PP均聚物相比，無規(guī)共聚物改進了光學(xué)性能（增加了透明度并減少了濁霧），提高了抗沖擊性能，增加了撓性，降低了熔化溫度，從而也降低了熱熔接溫度；同時在化學(xué)穩(wěn)定性、水蒸汽隔離性能和器官感覺性能（低氣味和味道）方面與均聚物基本相同。
開發(fā)了將改進了的透明度和沖擊強度結(jié)合起來的PP無規(guī)共聚物，應(yīng)用于吹塑、注塑、薄膜和片材擠壓加工領(lǐng)域，作食品包裝材料、醫(yī)藥包裝材料和日常消費品。
化學(xué)
PP無規(guī)共聚物一般含有 1－ 7％（重量）的乙烯分子及 99? 93％（重量）的丙烯分子。在聚合物鏈上，乙烯分子無規(guī)則地插在丙烯分子中間。在這種無規(guī)的或統(tǒng)計學(xué)共聚物中，大多數(shù)（通常 75％）的乙烯是以單分子插入的方式結(jié)合進去的，叫做X3基團（三個連續(xù)的乙烯［CH2］依次排列在主鏈上），這還可看成是一個乙烯分子插在兩個丙烯分子中間。
另有 25％的乙烯是以多分子插入的方式結(jié)合進主鏈的，又叫X5基團，因為有5個連續(xù)的亞甲基團（兩個乙烯分子一起插在兩個丙烯分子中間）。很難把X5和更高的基團如X7、X9等加以區(qū)分。鑒于此，把XS和更高基團的乙烯含量一起統(tǒng)計為＞X3％。
無規(guī)度比值X3／X5可以測定。當(dāng)X3以上基團的百分比很大時，將顯著降低共聚物的結(jié)晶度，這對無規(guī)共聚物的最終性能影響很大。共聚物中極高含量的乙烯對聚合物結(jié)晶度的影響，類似于高無規(guī)聚丙烯含量時的作用。
無規(guī)PP共聚物不同于均聚物，因為無規(guī)地插入聚合物主鏈中的乙烯分子阻礙了聚合物分子的結(jié)晶型排列。共聚物結(jié)晶度的降低引起物理性質(zhì)的改變：無規(guī)共聚物與PP均聚物相比剛度降低，抗沖擊性能提高，透明度更好。乙烯共聚物還有較低的熔化溫度，這成了它們在某些方面應(yīng)用時的優(yōu)點。
無規(guī)共聚物含有較多的可革取物和無規(guī)PP，以及乙烯含量高得多的聚合物鏈。這種較高的可革取物含量，視不同的聚合過程，不同程度地存在于所有的商品共聚物材料中，并在滿足聯(lián)邦食品管理局（FDA）關(guān)于食品接觸的規(guī)定上造成困難。
制造方法
乙烯／丙烯無規(guī)共聚物是由乙烯分子和丙烯分子同時進行聚合反應(yīng)而制得的，所用反應(yīng)器與生產(chǎn)PP均聚物的一樣。乙烯分子比丙烯分子小，反應(yīng)快于（反應(yīng)活性約十倍）丙烯。這使催化劑的立體定向性減弱而活性增大，從而導(dǎo)致無規(guī)聚丙烯生成量增多。為了減少這種無規(guī)物的生成，需要降低反應(yīng)溫度，從而降低催化劑的活性，并減少最終產(chǎn)物中無規(guī)異構(gòu)體的含量，得到一種具有較均衡性能的產(chǎn)品。
乙烯含量高（＞3％）的無規(guī)共聚物在生產(chǎn)過程中處理起來比較困難，也很難在己烷稀釋劑中進行聚合反應(yīng)，因為反應(yīng)的二級副產(chǎn)品（無規(guī)聚丙烯和含乙烯量很高的共聚物）能溶于己烷。這在液體丙烯的本體聚合反應(yīng)也是一樣，盡管溶解度較低。己烷稀釋工藝生產(chǎn)出的大量副產(chǎn)品，必須在己烷再循環(huán)階段分離出來，這會增加總生產(chǎn)成本，然而卻能得到合少量可溶組分的較清潔的聚合物。 在本體聚合工藝中，這些雜質(zhì)會留在聚合物中，并在處理薄片狀材料時帶來麻煩。而且，最終共聚產(chǎn)品中含有較多的可溶性雜質(zhì)。使用有機溶劑進行二次清洗，可除去大部分雜質(zhì)，但又會提高共聚物的總生產(chǎn)成本。一般地，副產(chǎn)物含量高時，薄片狀無規(guī)共聚物會變得較粘，當(dāng)乙烯含量高于3．5％（重量）時，這個問題更突出。
處理問題增多，以及較低的反應(yīng)器溫度導(dǎo)致無規(guī)共聚物較低的生產(chǎn)速度。而且無規(guī)共聚物的生產(chǎn)周期通常很短。這些因素使無規(guī)共聚物的總生產(chǎn)成本高于均聚物，對乙烯含量高的無規(guī)共聚物更是如此。
共聚物熔點降低和乙烯含量直接相關(guān)。據(jù)報導(dǎo)，乙烯含量為7％時，共聚物的熔點低達152°F。X3含量對共聚物熔點的影響比兒及更高基因含量的影響更大。它還取決于催化劑本身，及其以X3基團代替以X5基團結(jié)合乙烯的能力。
性能
物理性能：一般地說，無規(guī)PP共聚物比PP均聚物的撓曲性好而剛性低。它們在溫度降至32°F時，還能保持適中的沖擊強度，而當(dāng)溫度降至-4°F時，有用性就有限了。共聚物的彎曲模量（ 1％應(yīng)變時的割線模量）在 483～1034MPa范圍內(nèi)，而均聚物則在1034～1379MPa范圍內(nèi)。PP共聚物材料的分子量對剛性的影響不如PP均聚物的大。帶切口的懸臂梁式?jīng)_擊強度一般在0．8～1．4英尺?磅／英寸的范圍內(nèi)。
耐化學(xué)性能：無規(guī)PP共聚物對酸。堿、醇、低沸點碳?xì)浠衔锶軇┘霸S多有機化學(xué)品的作用有很強的抵抗力。室溫下，PP共聚物基本不溶于大多數(shù)有機溶劑。而且，當(dāng)暴露在肥皂、皂堿液。水性試劑和醇類中時，它們不象其它許多聚合物那樣會發(fā)生環(huán)境應(yīng)力斷裂損壞。當(dāng)與某些化學(xué)品接觸時，特別是液體烴。氯代有機物和強氧化劑，能引起表面裂紋或溶脹。非極性化合物一般比極性化合物更容易為聚丙烯所吸收。
阻隔性能：PP共聚物和均聚物都有很低的水蒸汽滲透率（0．5克／毫升／100平方英寸／24小時）。這些性質(zhì)可以通過定向加以改進。拉伸吹塑型聚丙烯瓶子已把抗水蒸汽滲透性能改進至0．3，氧氣滲透率到2500。
電性能：一般地，聚丙烯有很好的電性能，包括：高介電強度，低介電常數(shù)和低損耗因子；然而，電力應(yīng)用一般選擇均聚物。
用途
無規(guī)共聚型聚丙烯主要用于薄膜、吹塑和注塑等要求高透明度的場合。乙烯含量較高的共聚物，由于熔接起始溫度較低而廣泛用作共擠出薄膜結(jié)構(gòu)的特殊密封層。
聚鄰苯二酰胺
聚鄰苯二酰胺（簡稱PPA）樹脂是以對苯二甲酸或鄰苯二甲酸為原料的半芳香族聚酰胺。既有半結(jié)晶態(tài)的，也有非結(jié)晶態(tài)的，其玻璃化溫度在255°F左右。非結(jié)晶態(tài)的PPA主要用于要求阻隔性能的場合；半結(jié)晶態(tài)的PPA樹脂主要用于注塑加工，也用于其它熔融加工工藝。下文主要介紹后者??半結(jié)晶態(tài)PPA樹脂，特別注明的除外。半結(jié)晶態(tài)PPAS的熔點約為590°F，以不透明矩形切片的形式供應(yīng)。
性能
PPA樹脂比脂肪類聚酰胺如尼龍6，6等更結(jié)實堅硬；對水分的敏感度更低；熱性能更好；而且蠕變、疲勞和耐化學(xué)品性能也好得多。例如：含 45％玻璃短纖維的PPA樹脂，抗張強度約276MPa，彎曲模量超過13786MPa，熱變形溫度（HDT）549°F。即使礦物填料級的PPA，抗張強度也能達到117MPa。PPA樹脂的延展性不如尼龍6，6，然而，已經(jīng)開發(fā)出未增強的沖擊改性級PPA樹脂，其缺口懸臂梁式?jīng)_擊強度高達20英尺?磅／英寸。
所有的聚酚胺都吸收一定的水分，引起增塑作用和尺寸改變。例如尼龍6，6，在23°F下，相對濕度為100％時，能吸收8．9％的水分，這使其玻璃化溫度由6．5°C降到一20℃，尺寸增加2．3％。在相同條件下，PPA樹脂能吸收約6%的水分，但其玻璃化溫度Tg不會低于40℃，伴隨的尺寸增長不超過 1．0％。
正如前面所提過的，用玻璃增強的PPA樹脂有很高的HDT值，能耐受很高溫度的短期作用，例如：在一個供爐中或者在蒸汽相和在紅外逆流團結(jié)過程中。PPA樹脂的熱氧化穩(wěn)定性使它能耐長期高溫作用，玻璃增強級PPA，在20 000小時內(nèi)，其連續(xù)使用溫度可達330°F。
在正常環(huán)境條件下，PPA樹脂通常對脂肪烴、芳香烴、氯代烴、酯、酮、醇和大多數(shù)水溶液表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗溶性。這類樹脂不能經(jīng)受極強的酸和強氧化劑的作用?？扇苡诜雍图追印PA并非天生阻燃，根據(jù)UL94標(biāo)準(zhǔn)，阻燃級牌號的樹脂的定級為VO，直至0．031英寸厚度。
加工
盡管其它熔融工藝也能使用，絕大多數(shù)PPA樹脂是用傳統(tǒng)注塑法加工的。把 PPA原料預(yù)干燥到低于 0．1％的濕度水平，然后裝入熱密封的金屬村里袋子或盒子內(nèi)，這些容器能保證PPA原料在加工前不用再干燥。加工工藝可接受的濕度水平是0．15％或更低。加工濕的樹脂能使分子量降低，造成相應(yīng)的機械性能上的損失。使用干燥劑貯斗式干燥器，在175°F條件下很容易把樹脂干燥到露點濕度達一25°F甚至更低。干燥時間視吸收的水量而定，一般在4?16個小時范圍內(nèi)。
