塑料改性与加工国家工程实验室

塑料改性与加工国家工程实验室以提高新材料产业自主创新能力和核心竞争力，突破新材料产业结构调整和其他重点产业发展中的关键技术及装备制约，强化对国家重大战略任务、重点工程的技术支撑和保障为重任。围绕我国电子电气、交通运输、航空航天、节能环保、新能源、高端装备制造等重点产业、新兴产业的需求，建设高效塑料共混改性、合成改性、加工工艺研究、加工装备、测试评价分析等研究试验设施，打造先进的塑料改性与加工研究及公共服务平台，建立行业内一流的科研开发队伍，突破一批行业关键共性技术，提高我国塑料改性与加工技术水平以及国际竞争力。其主要功能和任务有:

1、突破塑料行业发展技术瓶颈，提升国际竞争力

国民经济的快速发展，对塑料行业的发展和需求提出了更高的要求和挑战，而塑料以其众多优点广泛应用在汽车、航空航天、交通运输、电子电器、轻工、农业、日用品等国民经济的各个方面。塑料改性与加工国家工程实验室可以强化塑料改性与加工产业技术原始创新能力，在战略性和前瞻性的重要领域超前部署，培育和掌握一批战略高技术和前沿技术，突破一批重大技术装备和产业关键技术，缓解经济社会发展的技术瓶颈约束，提升塑料行业的国际竞争竞争力，加快塑料工业的发展。

2、突破资源环境对国民经济的制约，促进产业结构优化升级

随着石油价格的持续走高，以及我国经济社会快速发展，石油资源对我国塑料行业 的瓶颈约束效应日益凸显。通过研究、开发塑木复合材料、无机矿物填充材料、生物基塑料等，降低塑料对石油资源的依赖程度。以70%木塑复合材料为例，可减少70%的石化树脂使用量;以40%矿物填充改性计算，可减少40%的石化树脂使用量。而以生物基材料替代传统塑料后，则更可以实现资源循环利用，有利于消除石油资源对塑料行业的瓶颈制约。

3、促进塑料行业技术创新体系的建立，提高产业持续创新能力

我国塑料改性及其加工行业虽有一定的规模，但布局分散，集约化程度不高，行业共性及关键技术的突破缺乏国家级平台;技术扩散的渠道不畅，导致整体竞争性不强，技术进步缓慢，国际竞争力弱。塑料改性与加工国家工程实验室通过整合我国塑料改性、成型加工、装备等环节的优势科研、产业资源，凝聚、培养行业优秀人才，逐步建立国内领先乃至国际先进的产业技术创新体系，提升产业持续创新能力。

4、促进研究成果向产业化转化，带动产业的跨越式发展

我国科技成果转化率低的主要原因在于研发与生产的脱节。一方面企业具备很强的生产能力和丰富的生产经验;另一方面高校和研究所具备比较好的开发手段和雄厚的人才实力。由于缺乏有机结合的平台，科研与生产相互脱节，无法发挥合力，造成资源浪费。塑料改性与加工国家工程实验室可以有效整合我国塑料改性与加工行业内科技资源，优化科技资源配置，创新技术服务体系，从而促进研究成果"无缝转化"渠道的建立，带动产业的跨越式发展。

主要是针对我国汽车、航空航天、交通运输、电子电器等行业对塑料材料及其制品或部件的不同 技术需求，通过配方研发、设计及螺杆挤出机结构设计，研究开发具有不同性能的高性能改性塑料，满足国民经济发展中各行业的需求。主要改性技术手段有填充、增韧、增强、共混、合金化等 。

实验室拥有十多台从20L到1000L的不同型号的压力反应釜、常压反应釜，以及各种小型化工设备，如离心机、干燥设备、精馏设备、薄膜蒸发器、固相增粘装置、聚合物洗涤装置等，和各种专用聚合过程检测设备。可以进行不同类型的聚合研究，包括溶液聚合、熔融聚合、悬浮聚合、固相增粘、熔融增粘等。主要研究方向如下:

聚酰胺(PA10T):一种新型生物基高性能工程塑料，是目前吸水率最低的高温尼龙品种;具有优异的耐热性、耐化学性和尺寸稳定性;可达到无卤环保要求，广泛应用于各类连接器、LED支架和汽车零部件的制造及取代金属的应用。

聚醚醚酮(PEEK):一种结晶性的超高耐热型热塑性聚合物，可在航空航天、半导体、汽车和电子器件等高端领域中使用。

聚亚苯基砜(PPSU):一种无定形的超韧性透明塑料，具有优异的耐反复蒸煮性。

聚醚砜(PES):高透明、高水解稳定材料，具有优良的耐热性能、物理机械性能、绝缘性能等，特别是具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点，在许多领域已经得到广泛应用。

液晶聚合物(LCP):一种高结晶、熔融取向的热塑性塑料，具有优异的加工流动性、尺寸稳定性、耐高温性能和抗化学性，在薄壁制件的应用上具有显著优势。

加工工艺主要研究:材料流动和成型模拟技术、在线检测及自动控制技术、工艺及加工设备的评估、螺杆组合等。

1、高效、节能加工与成型装备

基于创新性的塑料成型加工原理，针对新产品和新工艺的要求，设计开发以 高效及节能为目标的新型塑料加工与成型装备。

2、制备连续长玻纤增强热塑性树脂成套设备

长纤增强热塑性塑料是国内外重点发展的一种新型的、能替代金属使用的高性能改性塑料，该技术在国外只有少数企业掌握，且还在不断完善过程中。我国在这方面的研究开发还处于起步阶段。

3、先进改性工艺、设备成套技术

系统研究不同塑料、不同添加剂的物理、化学特性及其对加工过程中传热、流动、分散的影响，得到系统的科研数据，并建立和完善工艺数据库、材料数据库等基础数据库，为优化工艺和开发配套的先进设备提供技术支撑。

以可靠性评价平台、阻燃性能评价平台、环保安全评价平台、数据共享平台等为载体 深入研究树脂、助剂及其改性塑料的测试、分析及评价方法。主要包括标准物质与试样的制备、材料的物理和化学性能测试及分析、方法标准的研究等内容。

塑料改性与加工国家工程实验室围绕我国电子电气、交通运输、航空航天、节能环保、新能源、高端装备制造等重点产业、新兴产业的需求，建设高效聚合物共混改性、化学改性、加工工艺研究、加工装备、测试评价分析等研究试验设施。同时，基于"保护关键技术、共享共性技术"的机制，促进实验室研发成果向行业辐射，推动塑料改性与加工行业的转型升级和快速发展。

塑料改性与加工国家工程实验室实行理事会领导下的实验室主任负责制。实验室具有相对独立的人事权，坚持"创新、合作、服务、开放"的方针，实行理事会、实验室主任、学术带头人和课题组长三级管理。

理事会是国家工程实验室的最高决策机构。理事会由来自相关主管部门、研究院 所和高等院校以及依托单位等单位或部门的管理和技术专家组成。理事会主要负责聘任实验室主任，确定实验室发展方向和研究领域、审议和批准财务决算等重大事宜的决策、确定实验室下属研究机构的设置与调整、确定实验室下属研究机构的主要负责人和首席专家、确定实验室重大学科建设与科学研究立项、评定实验室主要科研研究成果、评议与论证实验室分阶段进展及验收、对实验室主任及实验室工作进行评估并向上级部门提出建设。技术委员会由国内外知名专家组成，是国家工程实验室的技术咨询机构。

技术委员会专家主要有师昌绪、曹湘洪、汪旭光、汪燮卿、瞿金平、曾汉民、乔金梁、吴忠文、袁志敏、李建军、黄险波、蔡彤旻等。

实验室主任负责主持实验室的日常工作，并对实验室建设、运行、资金管理等负责。

第1章 塑料改性基础1

1?1塑料改性的目的、意义和发展1

1?2高分子材料的结构与性能3

1?2?1高分子的结构4

1?2?2聚合物的分子运动和热转变11

1?2?3高分子的黏弹性16

1?2?4高分子材料的力学性能17

1?3聚合物加工流变学22

1?4高分子材料加工基础29

1?4?1加工过程中的结晶29

1?4?2加工过程中聚合物的取向31

1?4?3聚合物在加工过程中的降解32

1?4?4加工过程中的交联34

1?5塑料注射成型34

1?6塑料挤出成型37

1?7重要性能的测试39

1?7?1拉伸强度和杨氏模量39

1?7?2弯曲强度和模量40

1?7?3冲击强度40

1?7?4热性能41

1?7?5老化性能试验43

1?7?6燃烧性能44

1?7?7熔体流动速率47

参考文献47

第2章 塑料改性原理48

2?1概述48

2?2塑料的共混改性49

2?2?1聚合物共混理论及改性技术的发展50

2?2?2聚合物?聚合物相容性52

2?2?3聚合物共混物的形态结构55

2?2?4共混改性塑料的界面层58

2?2?5塑料共混的增容59

2?2?6增韧理论62

2?3塑料的填充改性68

2?3?1填料的定义、分类与性质70

2?3?2常用填料72

2?3?2?1碳酸钙72

2?3?2?2滑石粉74

2?3?2?3高岭土75

2?3?2?4二氧化硅76

2?3?2?5硅灰石与硅灰石粉77

2?3?2?6硫酸钡78

2?3?2?7玻璃微珠78

2?3?3填料表面处理80

2?3?3?1填料表面的干法处理82

2?3?3?2填料表面的湿法处理83

2?3?3?3其它表面改性方法85

2?3?4表面处理剂86

2?3?5填充改性塑料的力学性能92

2?4塑料的增强改性97

2?4?1热塑性增强材料的性能特点97

2?4?2增强材料98

2?4?2?1玻璃纤维98

2?4?2?2碳纤维100

2?4?2?3石棉纤维102

2?4?2?4碳纳米管102

2?4?2?5有机聚合物纤维103

2?4?2?6金属纤维、陶瓷纤维和晶须104

2?4?3玻璃纤维的表面处理105

2?4?4聚合物基纤维复合材料的界面108

2?4?4?1聚合物?纤维界面的形成108

2?4?4?2界面黏结理论109

2?4?4?3界面效应及界面相互作用111

2?5塑料的阻燃改性原理112

2?5?1聚合物燃烧过程与燃烧反应113

2?5?2卤?锑系阻燃剂的阻燃机理113

2?5?3磷系、氮系阻燃剂的阻燃机理115

2?5?4膨胀阻燃及无卤阻燃阻燃机理115

2?5?5塑料的抑烟技术116

2?5?6成炭及防熔滴技术118

2?6塑料的化学改性119

参考文献120

第3章 塑料改性设备与工艺121

3?1塑料改性通用设备121

3?1?1初混设备121

3?1?2间歇式熔融混合设备124

3?1?2?1开炼机124

3?1?2?2密炼机127

3?1?2?3Banbury密炼机的混合原理128

3?1?2?4密炼机的操作条件对混合质量的影响129

3?1?2?5Shaw型密炼机结构及工作原理130

3?1?3干燥设备131

3?2混炼型单螺杆挤出机133

3?2?1单螺杆挤出机的螺杆结构133

3?2?2分离型螺杆134

3?2?3BM型屏障螺杆135

3?2?4销钉型螺杆136

3?2?5DIS(分布混合)螺杆138

3?2?6波状螺杆138

3?2?7静态混合器140

3?2?8组合型螺杆141

3?3双螺杆挤出机141

3?3?1结构141

3?3?2分类142

3?3?3啮合同向旋转双螺杆挤出机输送机理143

3?3?4双螺杆挤出机的主要技术参数144

3?3?5啮合同向旋转双螺杆挤出机的挤出过程145

3?3?6螺杆元件147

3?3?6?1螺纹元件147

3?3?6?2捏合盘元件148

3?3?6?3啮合盘的混合作用149

3?3?6?4捏合盘中的流动分析150

3?3?6?5齿形元件和转子形元件153

3?3?7螺杆的拆卸组装154

3?3?8啮合同向平行双螺杆挤出机的料筒结构155

3?4塑料改性工艺流程157

3?4?1常用工艺流程157

3?4?2切粒方法的选择157

3?4?3螺杆元件的组合159

3?4?4玻璃纤维增强塑料制备工艺流程162

3?4?5填充改性的工艺流程167

3?4?6双阶挤出机组172

3?4?7塑料共混工艺流程175

3?5塑料改性的工厂设计178

参考文献184

第4章 聚氯乙烯的改性及应用185

4?1聚氯乙烯的性能特点185

4?2聚氯乙烯的共聚改性188

4?2?1氯乙烯的无规共聚改性188

4?2?2氯乙烯的接枝共聚改性191

4?3聚氯乙烯的化学反应改性200

4?3?1聚氯乙烯的氯化反应200

4?3?2聚氯乙烯的交联反应202

4?4聚氯乙烯的共混改性204

4?4?1聚氯乙烯/ABS共混体系205

4?4?2聚氯乙烯/ACR共混体系206

4?4?3聚氯乙烯/氯化聚乙烯共混体系208

4?4?4聚氯乙烯与EPDM、EVA、MBS、NBR的共混体系209

4?4?5聚氯乙烯/聚丙烯共混体系212

4?5聚氯乙烯的填充改性213

4?5?1聚氯乙烯/碳酸钙复合体系213

4?5?2聚氯乙烯/滑石复合材料216

4?5?3聚氯乙烯/粉煤灰复合体系217

4?5?4聚氯乙烯/凹凸棒土复合材料218

4?5?5聚氯乙烯/植物纤维粉复合材料219

4?6聚氯乙烯的阻燃改性221

4?7聚氯乙烯的增强改性225

4?8聚氯乙烯的发泡改性229

4?9实例及应用233

4?9?1UPVC给水管材、管件233

4?9?2PVC微发泡仿木结皮板材234

4?9?3透明PVC医用厚片材制品235

4?9?4NBR/PVC摩托车橡胶护套235

4?9?5PVC冰箱门封条236

4?9?6UPVC塑钢门窗237

参考文献240

第5章 聚乙烯的改性及应用244

5?1概述244

5?2聚乙烯的化学改性245

5?2?1茂金属聚烯烃弹性体246

5?2?1?1茂金属聚烯烃弹性体的特性246

5?2?1?2茂金属聚烯烃弹性体的应用246

5?2?1?3茂金属聚烯烃弹性体的合成247

5?2?1?4茂金属聚烯烃弹性体的结构249

5?2?1?5茂金属聚烯烃弹性体的功能化250

5?2?2聚乙烯的氯化251

5?2?3聚乙烯的接枝改性256

5?2?4聚乙烯的交联改性259

5?2?4?1聚乙烯的硅烷交联259

5?2?4?2聚乙烯的高能辐照交联264

5?2?4?3聚乙烯的过氧化物交联266

5?2?4?4聚乙烯的紫外光照交联267

5?3聚乙烯的填充与增强268

5?3?1碳酸钙填充改性聚乙烯268

5?3?2滑石粉填充改性聚乙烯272

5?3?3高岭土填充改性聚乙烯275

5?3?4其它填充改性277

5?4聚乙烯的共混改性279

5?4?1不同聚乙烯的共混改性280

5?4?2聚乙烯与EVA的共混改性281

5?4?3聚乙烯与尼龙的共混改性283

5?4?4聚乙烯与氯化聚乙烯的共混改性288

5?4?5聚乙烯与丁腈橡胶的共混改性290

5?4?6聚乙烯与其它弹性体的共混改性292

5?5聚乙烯的阻燃改性294

5?5?1聚乙烯燃烧及阻燃机理294

5?5?2十溴二苯乙烷协同三氧化二锑阻燃聚乙烯295

5?5?3联枯(DMDPB)对聚乙烯的阻燃作用297

5?5?4聚乙烯的无机阻燃剂阻燃297

5?5?5磷系阻燃剂对聚乙烯的阻燃作用300

5?5?6膨胀型阻燃剂302

5?5?7氮系、硅系阻燃剂304

5?6实例及应用305

5?6?1农业大棚膜中的应用305

5?6?1?1"高光效膜"的制备与应用305

5?6?1?2纳米SiO2-x填充LDPE复合棚膜的制备310

5?6?2汽车工业中的应用314

5?6?2?1汽车用塑料燃油箱314

5?6?2?2塑料方向盘320

5?6?3矿井管道中的应用322

5?6?4电缆中的应用327

5?6?4?1交联聚乙烯电缆料327

5?6?4?2通讯电缆绝缘料330

参考文献331

第6章 聚丙烯的改性与应用335

6?1概述335

6?2聚丙烯的化学改性336

6?2?1聚丙烯的共聚改性336

6?2?1?1立体嵌段共聚聚丙烯337

6?2?1?2无规共聚聚丙烯340

6?2?1?3聚丙烯釜内增韧341

6?2?2聚丙烯的接枝改性343

6?2?2?1马来酸酐熔融接枝聚丙烯344

6?2?2?2马来酸酐固相接枝聚丙烯347

6?2?3聚丙烯的氯化改性350

6?2?4聚丙烯的交联改性352

6?2?4?1辐射交联352

6?2?4?2化学交联353

6?2?5聚丙烯的控制降解354

6?3聚丙烯的共混改性355

6?3?1聚丙烯与聚乙烯的共混改性356

6?3?2聚丙烯与聚苯乙烯的共混改性361

6?3?3聚丙烯/聚氯乙烯共混改性365

6?3?4聚丙烯与茂金属聚烯烃弹性体的共混改性367

6?3?5聚丙烯与乙丙橡胶的共混改性370

6?4聚丙烯的填充改性376

6?5聚丙烯的阻燃改性381

6?5?1含卤阻燃聚丙烯381

6?5?1?1溴化合物阻燃的聚丙烯383

6?5?1?2卤?磷化合物阻燃的聚丙烯385

6?5?2无卤阻燃聚丙烯387

6?5?3膨胀型石墨阻燃聚丙烯389

6?5?4氢氧化铝及氢氧化镁阻燃的聚丙烯391

6?6聚丙烯的抗老化改性392

6?7实例及应用400

6?7?1空调室外机壳--耐候PP400

6?7?2洗衣机滚筒--硅灰石增强PP401

6?7?3音箱专用料--高密度PP402

6?7?4冰箱抽屉专用料--填充增韧PP403

6?7?5电饭煲、电热杯专用料--高光泽PP404

6?7?6汽车保险杠专用料--增韧PP405

6?7?7汽车仪表板专用料--增强耐热PP406

6?7?8汽车用PP塑料水箱407

6?7?9汽车暖风机罩--矿物增强PP409

6?7?10洗衣机滚筒专用料--玻璃纤维增强PP409

参考文献410

第7章 聚苯乙烯的改性及应用413

7?1概述413

7?2聚苯乙烯的化学改性414

7?2?1聚苯乙烯与马来酸酐的接枝改性414

7?2?2茂金属间规聚苯乙烯418

7?3聚苯乙烯的阻燃改性421

7?3?1聚苯乙烯的卤系阻燃421

7?3?2脂肪族溴系及氯系阻燃体系424

7?3?3卤系阻燃体系对阻燃聚苯乙烯性能的影响427

7?3?3?1冲击韧性427

7?3?3?2耐光性428

7?3?3?3加工性能429

7?3?3?4偶联剂对阻燃高抗冲聚苯乙烯性能的影响429

7?3?3?5表面性能430

7?3?3?6阻燃聚苯乙烯的耐候性430

7?3?4聚苯乙烯的磷系阻燃及抑烟432

7?3?5聚苯乙烯的交联成炭阻燃434

7?3?6聚苯乙烯的新型阻燃体系和无卤阻燃435

7?4聚苯乙烯的填充与增强438

7?4?1碳酸钙填充改性聚苯乙烯438

7?4?2滑石粉填充改性聚苯乙烯439

7?4?3蒙脱土填充改性聚苯乙烯440

7?4?4二氧化钛改性聚苯乙烯445

7?5聚苯乙烯的共混改性448

7?5?1聚苯乙烯与线型低密度聚乙烯的共混改性448

7?5?2聚苯乙烯与低密度聚乙烯的共混451

7?5?3聚苯乙烯与高密度聚乙烯的共混454

7?5?4聚苯乙烯与SBS的共混改性457

7?5?5聚苯乙烯与其它聚合物的共混改性460

7?5?5?1聚苯乙烯与尼龙的共混460

7?5?5?2聚苯乙烯与聚碳酸酯的共混改性461

7?5?5?3高抗冲聚苯乙烯与聚氯乙烯的共混改性464

7?5?5?4高抗冲聚苯乙烯与聚苯醚的共混改性465

7?6实例及应用467

7?6?1低烟阻燃HIPS的制备467

7?6?2超韧HIPS材料的制备及其在军事上的应用472

参考文献476

第8章 ABS树脂改性及应用479

8?1概述479

8?2ABS的化学改性482

8?3ABS的共混改性489

8?3?1ABS与聚氯乙烯的共混改性490

8?3?2ABS与尼龙的共混合金493

8?3?3ABS与聚对苯二甲酸丁二醇酯的共混合金496

8?3?4ABS与聚碳酸酯的共混合金501

8?4ABS的增强改性504

8?4?1玻璃纤维增强ABS的性能与玻璃纤维含量的关系504

8?4?2偶联剂对玻璃纤维增强ABS材料性能的影响506

8?4?2?1偶联剂种类与用量对玻璃纤维增强ABS性能的影响506

8?4?2?2玻璃纤维处理方法对复合材料性能的影响506

8?4?2?3ABS?g?MAH与偶联剂并用对复合材料性能的影响507

8?4?3其它偶联剂及新技术对玻璃纤维增强ABS性能的影响508

8?4?3?1动态接枝技术提高玻璃纤维增强ABS的性能508

8?4?3?2SMA对玻璃纤维增强ABS的影响509

8?4?4长纤维与短纤维增强ABS性能的比较510

8?5ABS的阻燃、填充改性513

8?5?1ABS常用的阻燃体系515

8?5?1?1含卤阻燃体系515

8?5?1?2有机磷、有机含氮、有机含硅阻燃体系517

8?5?1?3无机阻燃体系522

8?5?2玻璃微珠填充ABS524

8?5?3蒙脱土、硅酸盐与ABS的复合525

8?6ABS的抗老化和抗静电改性526

8?6?1ABS的抗老化改性526

8?6?2ABS的抗静电改性531

8?7特种耐候ABS系树脂的制备及性能533

8?7?1ACS的制备及应用533

8?7?2ASA(AAS)的制备及应用534

8?7?3AES的制备及应用537

8?8实例及应用539

8?8?1空调电器箱体用阻燃ABS的制备539

8?8?2空调轴流风扇用玻璃纤维增强ABS的制备540

8?8?3洗衣机面板、冰箱面板用耐候ABS制备542

8?8?4特种工程塑料--超耐候ASA的制备543

8?8?5手机外壳、笔记本电脑外壳用PC/ABS合金的制备545

8?8?6手机充电器座用阻燃PC/ABS合金的制备546

参考文献548

本书全面论述了塑料的改性原理、工艺和应用，采用循序渐进的手法让读者理解塑料改性的原理和工艺，利用大量的应用实例来加深读者对塑料改性的理解，并指导实际生产应用。本书前3章从塑料改性的目的意义入手，介绍了我国及世界塑料改性的发展现状和前景，塑料改性的基础知识和高分子材料的结构与性能特点，使读者对塑料的基本知识有一个简要而系统的了解，并对塑料改性的原理和塑料改性的设备、工艺和工厂设计进行了较为详细的论述。第4章以后按塑料品种详细论述了其改性技术，同时加入了大量的应用实例。适用于塑料生产单位的工程技术人员以及管理人员，也适用于家电、汽车、电子、通讯等行业的工程技术、设计人员参考，同时适用于高等学校高分子材料专业高年级学生及老师使用。

塑料改性工艺、配方与应用杨明山李林楷等编著本书前3章简要介绍了塑料改性的基础知识和高分子材料的结构与性能特点，并对塑料改性的设备、工艺和工厂设计进行了较详细的论述，便于读者系统地了解塑料改性的基本知识。第4章~第8章按塑料品种详细论述了其改性技术，同时加入了大量的应用实例，有利于读者对塑料改性的理解，并指导实际生产应用。

《塑料改性工艺配方与应用》简要介绍了塑料改性的基础知识和高分子材料的结构与性能特点，并对塑料改性的原理和塑料改性的设备、工艺和工厂设计进行了较为详细的论述，便于读者系统地了解塑料改性的基本知识。并按塑料品种详细论述了其改性技术，同时加入了大量的应用实例，有利于读者对塑料改性的理解，并指导实际生产应用。本书适用于塑料生产单位的工程技术人员以及管理人员，也适用于家电、汽车、电子、通讯等行业的工程技术人员、设计人员和高等院校师生。