第一章 概述
第一节 塑料配方及其设计目的
一、塑料配方基本概念
凡通过物理的、化学的或者物理与化学相结合的方法，促使塑料材料的性能得以改善，或发生变化，或赋予树脂材料新功能，都可称为塑料改性。通过塑料改性，可使通用塑料的某些性能达到工程塑料的指标；工程塑料可实现高性能化、多功能化和实用化。
塑料改性多数是通过配方设计来实现的。塑料配方是以塑料基体树脂为主要成分，通过助剂的选择、搭配以及用量调节以实现产品性能的协调。塑料配方必须兼顾应用对象的种类、加工方式、制品特征及组分配合等多种因素。
随着现代科学技术的日益进步，人们对塑料材料及其制品提出越来越多的要求。例如：有些工程构件，工业配件，电子电气工业、汽车制造工业等的部件，要求塑料材料既耐高温又易于加工成型；既要有良好的韧性，又要有一定的硬度；既要有良好的刚性，又要有卓越的抗冲击强度；既要达到阻燃效果，又要具备绝缘性能；既要综合性能优良，又要价格具有市场竞争力等。单一的树脂很难同时满足多样化、高品质的要求，而塑料配方设计技术则能实现这一目标，从而满足不同领域、不同层次、不同性能的需求，生产制造轻质、高强度、耐高温、耐辐射、易加工成型的新型改性塑料材料，更大程度地扩大了塑料的应用领域，满足人们在某些领域以塑代钢的需求，同时赋予塑料材料更多的应用价值和内涵。
塑料改性的实现方式，有的是在聚合时完成的，而更多的是在塑料制品加工过程中进行。通常在聚合物中加入有机或无机物质，或将不同种类的聚合物与助剂进行物理共混，或用化学方法实现聚合物的扩链、嵌段、接枝、交联等，或引入新的官能团形成功能性高分子，使其或具有更好的成型加工性能，或改变聚合物的结构，在电、热、光、磁、增强、阻燃、增韧、耐热、抗寒、耐候、降解、绝缘、发泡、杀菌等方面具有独特的功能。
二、塑料配方设计目的
在塑料工业的迅猛发展下，随着人们对塑料材料的性价比以及塑料材料的功能性的要求越来越高，塑料助剂及其配方技术得以蓬勃发展。配方设计涉及树脂原料、助剂、材料加工和产品设计等所有层面，对塑料工业持续快速发展战略具有重要的促进意义。基于塑料改性技术的配方设计有如下目的。
1.克服基体树脂自身缺点
塑料材料具有质轻、比强度高、电绝缘性能佳、成型加工容易及耐腐蚀好等优点，但每种塑料材料自身多少都会有一些缺陷。塑料配方设计是为了克服和弥补塑料材料的不足之处，是提高其综合性能，赋予塑料材料新功能的最简单、直接、有效的方法。
例如，硬质PVC树脂中，添加10%～20%的NBR或EVA，都可以大幅度提高硬质PVC的抗冲击强度，同时又不像加入增塑剂那样明显降低热变形温度，从而获得性能优异的PVC改性材料。一般CPE树脂的含氯量为30%～40%，属于非结晶或微晶橡胶类物质；而PVC与CPE共混，具有良好的塑化效果和增韧效果。玻璃纤维增强增韧尼龙可以显著提高尼龙的耐热性、力学性能和尺寸稳定性，广泛用于汽车及电子产品。
2.降低制品成本，提高经济效益
当今塑料企业以市场为导向的经营方针，在保证质量的前提下，必须认真考虑客户的成本要求，在解决客户提出的各种技术、规格和质量要求的基础上，通过合理的价格为企业谋取合理利润空间。
塑料配方设计在保证性能的前提下，可降低树脂及制品成本，是提高企业经济效益的有效途径。就产品PVC管材而言，添加20%～30%滑石粉或碳酸钙进行填充改性，并配合适量其他助剂，产品质量既达到国家标准又降低了成本，一举两得。
塑料原料的价格有高有低，价格昂贵的工程塑料可以与价格较低的通用树脂共混，在不影响使用要求的同时降低产品成本。例如：聚碳酸酯（PC）与少量的ABS共混改性，既保持了聚碳酸酯的基本性能，又改善了PC的加工性能，同时还降低了共混体系的成本；以价格较低的25%PP与价格较高的PA共混改性，既保持了PA与PP的优点，又克服了PA与PP两者固有的缺点，同时还降低了产品的成本。LDPE不仅能降低工程塑料PET的成本，而且可作为增韧剂提高PET的韧性。其他如硬度、耐磨、高刚、韧性、光泽等性能，均可用共混低成本助剂的改性方法得以改善。
3.塑料的功能化和高性能化
塑料通过改性，既提高了原有的综合性能，使材料高性能化，如改善力学性能、耐热性能等，还能赋予材料新的功能。改性塑料正向产品高性能化、专用化、多功能化、系列化方向发展。通过共聚、共混、接枝、嵌段、填充、阻燃、导电、纤维增强、互穿网络、纳米复合、表面改性等各种改性手段，改进和提高塑料材料各方面的性能与功能，从而促进塑料材料工业的发展。
如在普通树脂中混入阻燃树脂，如PPO、PPS、PVC、CPE等，可提高阻燃性；在一般阻隔树脂中混入高阻隔树脂，如PAN、PA、EVOH、PVDC等，可提高材料阻隔性能；PA/PP共混物吸水性低、稳定性好、抗冲击性能较高，可以改善PA的特性和降低PA产品的成本；以PMMA与PE两种折射率相差较悬殊的树脂共混，可获得彩虹效果，市场上的彩虹膜就根据这一原理制备而成；在一般树脂中混入高吸水性或导电聚合物，可改善其抗静电性能；在聚甲醛中混入少量的聚四氟乙烯、液体润滑油，可制成高润滑POM，摩擦性能有较大改善；采用拉伸强度相差悬殊、互溶性较差的两种树脂共混后发泡，可制成多孔、多层材料，其纹路酷似木纹。
聚苯乙烯（PS）、ABS类塑料制品易燃烧，且燃烧时产生大量的浓烟，危害人们健康。因此，电子电气工业用的、接近高温部位的PS、ABS产品既要阻燃又要消烟。在配方中加入阻燃、消烟剂可实现此目的。塑料的体积电阻率都很大，一般在1010～1020Ω·cm的范围内，因此塑料制品在使用过程中易产生静电，往往带来很多负面影响，如静电蓄积及电磁波干扰等。在塑料改性配方中加入抗静电剂可解决制品的静电现象。
4.增加塑料品种，综合各组分性能
两种或多种聚合物各组分的性能取长补短，消除各单一聚合物组分性能上的弱点。择其优去其劣，获得综合性能更为理想的新材料，或能适应不同应用环境需求的产品。如不同密度PF按不同比例共混，可以获得不同的产品，其软硬度适中达到比较理想的性能要求；当PVC与PE共混时，可提高制品的阻燃性能；PVC具有强度高、耐酸碱腐蚀、难燃等特点，且硬度可根据需要进行调节，不同软、硬制品均可生产。
PVC的缺点是热稳定性差、受热易分解，与ABS共混，可以综合两者的优点，取长补短，制品具有抗冲击强度高、热稳定性能好、加工性能优良和一定阻燃性等优点；PP的特性是质轻、耐温，缺点是低温冲击性差，与EPDM、IIR、PB、EVA、POE、SBS其中的一种或几种共混，可改进PP的耐低温冲击性能。
5.改善材料加工性能
在各类树脂中，有的树脂熔体流动速率（又称熔融指数）非常低，导致成型加工难度大，需用流动性较好的树脂或助剂改善其加工性能。例如：难熔难溶的聚酰亚胺与少量的熔融流动性良好的聚苯硫醚共混，可明显改善其加工性能，使之易注射成型，同时又不明显影响聚酰亚胺的高温和高强度的特性。又如，LDPE与LLDPE共混、PS与PPO共混、ABS与PC共混等，都可改善高黏度树脂的加工性能和流变特性。
还有一些热不稳定的塑料，如果不进行配方设计，基本很难加工，如PVC、聚乳酸等。最典型的是PVC，大都需要加入热稳定剂、增塑剂，才能顺利加工成型，通过一定的配方设计，才能制备成各种软硬各异的产品，适应不同的应用领域。