工程塑料改性方法、主要特点及发展趋势 敬鹏生 刘 言 张 博 胡 伟

一、工程塑料的定义、分类及特点 定义 工程塑料（英文名为：engineering-plastics）是指拉伸强度在50MPa以上，弯曲模量在2GPa以上，冲击强度在60J/m以上，长期使用温度在100℃以上，用于汽车、机械、电子电器等行业的塑料。

分类 工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。 （1）通用工程塑料 长期使用温度在100-150 ℃ 。包括： POM、PC、 PA、PPO、PB（PET、PTT）等。

（2）特种工程塑料 长期使用温度在150 ℃以上。又称高性能工程塑料。如：PEEK、 PI、PBI（聚苯并咪唑）、PSF(聚砜）等。 3. 特点 高耐热性、高强度、高模量、高刚性、高比强度、优良的耐腐蚀性和尺寸稳定性。

二、工程塑料的发展史及发展趋势 发展史： 上世纪三十年代，PA首先实现产业化。50年代后期，PC、POM研制成功。60年代，杜邦开发出了PI。随后，PSF、PPS、PBI等相继开发出来。 工程塑料及特种工程塑料虽然分别占全世界合成树脂含量的2.7%和0.06%，但其市场需求的年增长率则分别为8-15%和10-15%。 汽车、电子工业是主要应用工程塑料的行业，从2002年到2004年上述行业的增长率都在20%以上。工程塑料在中国有很大的市场，同时有很多技术方面需要我们提升。

发展趋势： （1）通用工程塑料增长迅速 （2）我国对工程塑料的需求急剧增长 （3）工程塑料高性能化、性能多样化、低成本化 （4）低碳环保、污染少

三、工程塑料改性的缘由及改性机理 改性缘由 （1）每种工程塑料的性能无完美化 （2）人们对材料的要求越来越高，如：高性能化、性能多样化 （3）尽管目前在实验室里可聚合出成万种聚合物，可实际应用 的聚合物品种有限 改性意义 （1）功能性（磁、电、能量、医用、膜等功能） （2）高性能 （3）耐久性（耐热、寒、油、溶剂、应力开裂，耐候性） （4）加工性 （5）经济型

工程塑料的改性原理 （一）化学改性 （二）物理改性 （1）复合材料化（纤维增强、颗粒增强） （2）共混改性 （3）填充改性 （4）大分子改性

四、几种通用工程塑料的性能及改性 1. 聚酰胺（PA）-结晶聚合物 分为：脂肪族PA（开环聚合品种、缩合聚合品种）、半芳香族PA、全芳香族PA（如Kevlar）、聚酰亚胺PI、共聚聚酰胺

聚酰胺性能特点 优点：高强度（PA6、PA66、PA1010、PA610等） 高冲击强度（PA12、PA1212等） 高耐热性（增强PA66的热变形温度可达250 ℃ ） 优良的耐磨性和自润滑性、耐化学腐蚀性、阻隔性好 优良的成型加工性、具有化学活性 缺点：吸水性强、尺寸稳定性一般、耐燃性一般 低温韧性差

几种典型的PA改性及发展前景 （1）PA66的填充增强改性(纤维、碳纤维、钛酸钾晶须等)；

最新趋势 自从1987年日本丰田研究所首先报道用插层聚合法制得了尼龙66粘土纳米复合材料以来。人们对PA66/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构及性能进行了大量的研究。利用蒙脱土的结构特点得到的有机蒙脱土可便于尼龙66大分子的插入，并且当MMT的含量很少(2%左右)时使尼龙66的冲击韧性不变甚至提高的情况下，其他性能有显著的改善。这正是目前尼龙改性希望达到的目标。 尼龙无规共聚改性研究比较多，并有工业化产品，而嵌段、接枝共聚改性仍处于研究阶段，有着广阔的开发前景。

2. 聚酯（是结晶聚合物） 分为：脂肪族聚酯（PET、PBT、ＰTT） 芳香族聚酯（PEN、PAr等） 用途：电子电器、汽车零部件、机械设备、户外设备等 市场现状：我国是聚酯消费大国，市场空间大。 发展趋势：提高PBT、PTT树脂质量、降低成本；高性能化、 性能多样化。 改善PET树脂的加工性（改善结晶性能）

聚酯性能特点 较高的力学性能、耐磨性、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、低吸水性、电性能优良。纯树脂的热变形温度在60-80 ℃ 。 PBT、PET、PTT三大热塑性聚酯的性能差别明显 缺点：低温脆性大、高温性能不足、PET结晶性能差

改性方法 PBT改性方法主要包括：玻璃纤维增强PBT改性、合金材料改性以及阻燃PBT改性等。 无卤阻燃PBT

增强PBT

阻燃增强PBT

3. 聚甲醛（POM）-结晶聚合物 聚甲醛分均聚POM和共聚POM 。均聚POM于1959年由Dupont研发成功。1960年美国Celanese开发出共聚POM（三聚甲醛和环氧乙烷共聚）。我国1959年开始POM的研究，1970年投产，但至今无显著技术突破。目前国内生产厂家有云天（1997年从波兰引进技术）、蓝星、大庆、晋城几家。 POM性能特点 结晶速度快、结晶度高（模量、硬度与刚性好）、耐溶剂耐油耐润滑剂、优异的摩擦磨耗性、良好的自润滑性、很高的疲劳强度、良好的电性能、抗蠕变性好 缺点：成型收缩率大且成型收缩各向异性，制品易变型；不耐紫外光，抗老化性差、阻燃性差（氧指数为15%）；加工过程中易分解、韧性低、缺口敏感性大。

POM改性方法 1. 共混改性 （1）POM/热塑性聚氨酯弹性体共混改性(增韧) （2）POM/丁腈橡胶共混改性（提高冲击强度） （3）POM/聚四氟乙烯共混改性（自润滑、减磨抗磨） （4）POM/聚烯烃共混改性（增韧增容、降低缺口敏感性） （5） POM/尼龙共混改性（增韧）

2. 增强填充改性 （1）长玻璃纤维增强聚甲醛 （2）碳纤维增强聚甲醛 （3）短玻璃纤维、玻璃微珠、滑石粉等增强聚甲醛 （4）无机刚性粒子填料对POM进行填充改性

3.POM 阻燃改性 （1）氮系及磷-氮复合阻燃剂 （2）膨胀型阻燃剂 （3）无机阻燃剂 （4）硼系和钼系阻燃剂

POM改性发展前沿 近年来POM的共混改性研究十分活跃，主要围绕如何提高POM的缺口冲击强度和改善摩擦磨损性能以及增强等方面，对其阻燃性能研究相对较少。

我国POM改性发展现状 目前，国内企业通过引进成套生产技术，在通用型号POM生产方面其生产能力不断扩大，产品质量不断提高，主要性能指标达到国外同类产品的水平。但是在POM改性产品开发上，国内POM产品企业远远落后于国外公司，虽然国内POM生产企业也有对POM改性进行研究，但研发力量较为薄弱、分散、品种较少，至今没有改性产品上市。这需要引起国内企业的足够重视，为了在未来的市场竞争力中取得优势，除不断提高通用产品的质量外，还应加快POM改性产品的研究和开发。

4. 聚碳酸酯PC 优点： （1）良好的力学性能（其无缺口冲击强度比PA、POM高三倍，在工程塑料中名列前茅，但缺口冲击强度低） （2）热变形温度高（可在120 ℃下长期工作） （3）优良的尺寸稳定性和抗蠕变性 （4）热稳定性好，耐厚性好、有自熄性 （5）折光指数高、介电性能好、耐电晕性好 缺点：缺口冲击强度低、耐磨性差、耐溶剂性差、熔体黏度高

PC改性方法 1. 透光性PC 2. 阻燃性PC（溴系改为磷系） 3. PC/ABS合金 4. 合金化PC 5. 复合增强材料 6. 工艺改性

PC改性发展前沿 含有玻璃填料的PC增强料已开发制成照相机外装部件和移动电话机壳等外观性能良好的产品。未来的发展是在电气、电子、OA设备方面制作薄壁、轻量、刚性高的产品。 此外，大气压等离子体改性PC、ABS表面能够两种聚合物的湿润性，并且可以提升表面光洁度，通常对ABS的作用更明显。

5. 聚苯醚PPO（非晶聚合物） 优点： （1）无毒、透明、低密度 （2）耐热性好，Tg=210 ℃ ，热变形温度190 ℃ ，可在- 160~150 ℃下长期使用 （3）线膨胀系数低，适合放置嵌件 （4）机械强度高、刚性高耐磨性好、摩擦系数低、耐水性好 （5）优良的尺寸稳定性，电性能优异，耐化学药品性好 （6）阻燃性好（难燃，可离火自熄） 缺点：（1）熔体流动性差，且熔体流动行为接近牛顿流体，靠剪切不会降低黏度，所以加工困难，纯品不能注塑。（2）耐溶剂性差。（3）抗氧性不好。（4）成本高、价格昂贵

PPO（非晶聚合物）改性方法 物理改性 1. 填充改性 填充碳酸钙(无定形状)、滑石粉(层状)、硅酸钙(针状) 2.共混改性 （1）相容性体系 a 、PPO／PS(聚苯乙烯)合金 b 、PPO／HIPS(高抗冲聚苯乙烯)／弹性体合金

PPO（非晶聚合物）改性方法 （2）非相容性体系 a、 PPO／PA(聚酰胺)合金 b 、PPO／PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)合金 c 、PPO／PPS(聚苯硫醚)合金 3、互穿网络(IPN)结构聚合物 将与PPO具有良好相容性的多官能团乙烯化合物(如二烯丙基氰酸酯、三烯丙基异氰酸酯)与环氧树脂(EP)、PPO共混，可形成相容性很好的EP／PPO互穿网络结构。

PPO（非晶聚合物）改性发展趋势 目前PPO改性研究仍然以共混改性为主，以非相容性体系的改性研究最为活跃，研究的关键是增加聚合物间的相容性方法的研究。 专用合金的相容剂仍然正在研究开发当中。相应的用来改善聚合物间相容性的加工工艺也在反复实验当中。

五、工程塑料改性前沿应用 1. 回收料的改性处理 （1）利用PET瓶回收利用制备塑料管件 （2）利用回收聚乙烯塑料制备改性聚乙烯防水专用料 （3）塑料回收料的增韧改性 高透明高韧性聚碳酸酯再生料复合物 2. 生物工程塑料改性 聚乳酸生物工程塑料

3. 新的改性工艺（表面改性） （1）用30kv真空弧离子源以每平方厘米1*1015-5*1016离子速度将Ti、W、Ti+N和C+N离子改性PET； （2）PA、PBT的辐射交联； （3）大气压等离子体对PC、ABS进行表面改性;

4.预染色改性工程塑料 近几年，塑料配色技术发展很快。在医疗应用中， 设计师可以在符合FDA和没有迁移的颜料中进行挑选。 弹性体的应用可以使产品具有柔软触感从而提高附加值。具有令人舒适愉悦的颜色的医疗设备也可以使得患者更愿意配合治疗，同时减轻他们的痛苦。

六、对我国改性发展前景展望 提高工程塑料的生产及改性技术，开发具有自主知识产权的改性专用料。国外公司在中国低价倾销POM、PC等，大幅度压低国内年能够生产的通用牌号树脂价格，而抬高其专用牌号价格，以高端产品优势抢占我国市场份额，给国内企业带来严重冲击。 加强学科之间的交流，我们应从多角度，多领域出发，例如，从加工工艺上着手，研发和改进现有的塑料改性的设备。 针对改性技术的主要难题，有的放矢，进行重点攻克；例如对增溶剂的研发。

谢谢大家！