第四章　润滑剂及其在塑料配方中的应用

第一节　润滑剂概述及作用机理

一、润滑剂概述

高分子材料在成型加工时，存在着熔融聚合物分子间的摩擦和聚合物熔体与加工设备表面间的摩擦，前者称为内摩擦，后者称为外摩擦。内摩擦使聚合物的熔融流动黏度增大，其流动性下降，严重时产生的热量导致材料过热、老化；外摩擦则使聚合物熔体与加工设备及其他接触面间产生黏附，随着温度的升高，摩擦系数显著增大。

为了减少这两类摩擦，改进塑料熔体的流动性，减少高分子材料在加工过程中对设备的黏附现象，保证制品表面光洁度而加入的物质称为润滑剂。

若材料本身具有自润滑作用，如聚乙烯、聚四氟乙烯等，加工时可不加润滑剂；而聚氯乙烯，特别是硬质聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、ABS树脂等，则必须加入润滑剂才能很好地加工。

根据摩擦类型的不同，所需的润滑剂又分为内润滑剂和外润滑剂两种。

内润滑剂：在塑料加工前的配料中，加入与聚合物有一定相容性的润滑剂，并使其均匀地分散到材料中，能使树脂分子之间的摩擦力减小而起润滑作用。

外润滑有两种方法：一种是在高分子材料成型加工时，将润滑剂涂布在加工设备的表面上，让其在加工温度下熔化，并在金属表面形成“薄膜层”，将塑料熔体与加工设备隔离开，不致黏附在设备上，易于脱膜或离辊；另一种是将与聚合物相容性较小的物质在加工前配料时加入，使其分散到塑料中，在加工过程中从聚合物内部容易迁移到制品表面上，形成隔离层，起到润滑作用。

外润滑与内润滑是相对而言的，表4-1为常用润滑剂的内、外润滑作用比例，实际上，大多数润滑剂兼具两种作用，只是相对强弱不同。就一种润滑剂而言，其作用可能随着聚合物种类、加工设备和条件以及其他助剂的种类和用量的不同而发生变化，因此内外润滑剂并没有特别严格的划分，只是常用的分类方法。

不管是内润滑剂还是外润滑剂，其作用机理均是：降低聚合物熔体的黏度，防止聚合物在加工过程中和加工机械的粘连，降低聚合物的加工温度，提高产品内在和外观质量，提高加工速率。因此，润滑剂是塑料加工中不可缺少的一类助剂。

一般情况下，润滑剂的分子结构中都含有长链的非极性基和极性基两部分，它们在不同聚合物中表现不同的相容性，从而显示不同的内外润滑作用。如聚乙烯蜡虽然是非极性的，但与非极性树脂的相容性好，主要起内润滑作用。

不同的应用环境对润滑剂有不同的要求，理想的润滑剂应满足如下要求：①润滑效能高且持久；②与树脂的相容性大小适中，内外润滑作用平衡，不喷霜、不易结垢；③表面张力小，黏度小；④不降低聚合物的力学性能及其他性能；⑤热稳定性和化学稳定性好，高温加工中不分解、不挥发、不与其他助剂发生反应；⑥不腐蚀设备，不污染制品，无毒。

市场上提供的润滑剂品种繁多，常用润滑剂见表4-2。

二、润滑剂的作用机理

关于润滑剂的作用机理比较被人们接受的是塑化机理、界面润滑机理和涂布隔离机理。

1.内润滑——塑化机理

内润滑剂的结构及其在聚合物中的状态类似于增塑剂，所不同的是润滑剂分子中，一般碳链较长、极性较低。由于较长的碳链，内润滑剂与聚合物相容性较好，可以穿插在聚合物分子链之间，削弱分子间的吸引力，其作用机制如图4-1所示，以聚氯乙烯为例，润滑剂和材料的相容性较增塑剂低很多，因而仅有少量的润滑剂分子能像增塑剂一样，穿插于聚氯乙烯分子链之间，略为削弱分子间的相互吸引力。

聚合物发生形变时，分子链间能够相互滑移和旋转，从而分子间的内摩擦减小，熔体黏度降低，流动性增加，易于塑化。但润滑剂不会过分降低聚合物的玻璃化温度T_g和强度等，这是与增塑剂作用的不同之处。

2.外润滑——界面润滑机理

外润滑剂与聚合物相容性很小，润滑剂分子很容易从聚合物内部迁移至制品表面，并在界面处定向排列，在熔融聚合物和加工设备、模具间形成润滑界面，对聚合物熔体和加工设备起到隔离作用，使材料不黏附在设备上，减少两者之间的摩擦。图4-2为外润滑剂作用示意图。

润滑界面膜的黏度大小会影响它在金属加工设备和聚合物上的附着力，适当大的黏度，可产生较大的附着力，形成的界面膜较好，隔离效果和润滑效率较高。

润滑界面膜的黏度和润滑效率，取决于润滑剂的熔点和加工温度。一般润滑剂的分子链愈长，两个摩擦面愈远离，润滑效果愈好，润滑效率愈高。

3.外润滑——涂布隔离机理

对加工模具和被加工材料完全保持化学惰性的物质称为脱模剂。

将其涂布在加工设备的表面上，当聚合物成型时，脱模剂便在模具与聚合物间的表面上形成连续的薄层，达到完全隔离的目的，由此减少聚合物熔体与加工设备之间的摩擦，避免聚合物熔体对加工设备的黏附，易于脱模、离辊，提高加工效率和质量。脱模剂的作用机理如图4-3所示。

一种好的脱模剂应满足如下要求：

①表面张力小，易于在被隔离材料的表面均匀铺展；

②热稳定性好，不会因温度升高而失去防粘性质；

③挥发性小，沸点高，不会在较高温度下因挥发而失去作用；

④黏度要尽可能高，涂布一次可用于多次脱模；同时在脱模后较多黏附在模具上而不是在制品上。

有机硅的表面张力小，一般二甲基硅油表面张力为0.20～0.21N/m，沸点为150～250℃，故它经常作为脱模剂使用，具有优良的脱模性能。