塑料着色剂基本要求和测试方法——收缩 翘曲

塑料着色剂基本要求和测试方法——收缩/翘曲 

 着色剂应用于塑料着色时，不仅能使产品外观漂亮，但一个不能忽略的问题是它还会成为结晶性塑料（如高密度聚乙烯HDPE）的成核剂，引起产品不同程度的收缩和翘曲，这对于生产精密度高的塑料制品是不能保证所有产品尺寸一样，所以当需要对塑料制品进行组装时这些小的收缩可能引起较大的问题，如带螺纹的瓶盖日用品等等，特别有机颜料一些品种对收缩性的影响起着很大的作用。

 塑料在着色时发生成型收缩的现象是因为绝大多数塑料着色成型过程中都有一个加热的过程，塑料材料都会随温度上升而膨胀，并且在冷却过程中再次收缩。通常注塑件在成型过程中，沿熔体流动方向上的分子取向大于垂直流动方向上的分子取向，圆形对称的塑料制品因翘曲变成了椭圆，非圆形对称的制品也会出现非常明显的收缩。任何添加剂包括着色剂都会对在塑料型变产生影响，特别在改性增强塑料中这种影响尤为明显。通常情况下要求，无论使用什么颜料，都必须保证不降低部件的尺寸稳定性。但是考虑到颜色的多样性，不可能所有颜料都能满足以上要求，所以有时也难以尽善尽美。 1影响收缩性指标的因素 塑料成型收缩性与应用塑料类型，颜料结构，晶型，粒径大小，着色浓度有关。

 （1）与塑料的结晶和结晶度有关 塑料是许多线状、细长之高分子聚合物。聚合物依分子成正规排列的程度，称为结晶化程度（结晶度）。塑料在成型的过程中，分子都按照一定的顺序进行排列，这类材料就叫做结晶性材料，反之排序过程中杂乱无章的就是非结晶性材料。聚合物结晶现象见图

1. 非晶相 结晶相 半结晶相 图1聚合物结晶现象 任何材料，包括塑料材料在内，都会随温度上升而膨胀。因此，聚合物熔体的体积就大于聚合物固体的体积，并且在冷却过程中再次收缩。一般来讲热固性塑料及非结晶塑料收缩小，结晶性塑料树脂如聚烯烃在注射成型后收缩率往往要比聚苯乙烯，AS,ABS为大，见图2，尤以HDPE大型注塑件为甚。

聚烯烃 PP,LDPE.HDPE 翘曲 半结晶型 热塑性塑料 其它品种PA、POM、PBT、 PET
无翘曲塑料非结晶型 ABS
、PS
、PC、PMMA、PES、 无翘曲 热固性塑料 酚醛，不饱和树脂 无翘曲 图2对不同牌号聚烯烃的产品其收缩性大小在一定程度上受产品的结晶度的影响，结晶度愈高，收缩愈大。 （2）收缩性与颜料化学结构有关 有机颜料在塑料成型中可能充当成核剂而促使结晶化进程;颜料化学结构也会影响塑料的收缩性，特别如酞菁类结构颜料蓝15，15:1，15:3颜料绿7，36，异吲哚琳酮类结构颜料黄110，苝系结构类颜料红149缩合偶氮结构颜料红144，颜料红166。这些颜料具有分子结构有对称性共同特点，所以加入上述结构颜料会引起塑料制品收缩率加大。不同结构颜料在塑料中的收缩率见表1，从表1可明确看到有结构性对称颜料对塑料收缩的影响大，而无机颜料对塑料收缩影响小。 表1颜料结构对塑料收缩的影响 （3）收缩性与晶体结构和粒径大小有关 颜料在塑料成型中可能充当成核剂而促使结晶化进程;着色剂晶型也会影响收缩性，大多数无机颜料晶型结构呈球状，球型结晶不存在方向排列，所以无机颜料其对塑料成型收缩率小，
有机颜料晶型结构呈针状或棒状，成型时长度方向容易沿树脂流动方向排列，因此会引起很特殊的成核作用。色母颜料应用于高档工业涂料、汽车涂料（OEM）、建筑涂料及乳胶漆；用于塑料主要是PVC，其着色耐光牢度为7-8级（1/3SD），在HDPE中可承受250℃/5min，可用于聚丙烯腈原浆着色；用于高档印墨，如金属装饰印墨，其耐光牢度优异，且耐灭菌处理。冷却后会产生较大收缩率。图3图4分别是无机颜料黄53和有机颜料酞菁蓝15：3
的透射电子显微镜照像。高邮颜料主要用于塑料和涂料，油漆的着色，也用于 合成纤维的原液着色。颜料厂家主要推荐用于工业涂料及印刷油墨着色，印墨试样的耐酸/碱性良好，并有良好的着色强度。 图3颜料黄53TEM图片图4颜料蓝15：3TEM图片对同一颜料其粒径大小也会影响塑料成型收缩率，对于异吲哚琳酮类，当其颜料颗粒大至一定程度或小至一定程度其成型收缩率最小。 （4）收缩性与颜料添加量有关 颜料添加量多少也会影响收缩性，添加量越多，成型收缩越大见表2
表2酞菁蓝颜料添加不同数量对HDPE的成型收缩的影响 添加量纵向收缩率横向收缩率 纵/横比-2．261．61．410．012．621．321．980．0252．67
1．182．260．052．711．132．400．102．801．122．500．202．851．102．590．50 2．92 1．07 2．74 2成型收缩性的指标测试方法 2.1试片的准备 ▇测试材料：低密度聚乙烯（HDPE），聚丙烯（PP）▇测试设备：注塑机（按照EN12877规定）
▇模具尺寸长150mm宽120mm ▇测试浓度：有机颜料添加量为0.1％，无机颜料添加量为0.2％。 2.2测试 ▇测试：在200oC下注塑成片，放在90oC水中30分钟后，冷却。 2.3横向收缩率(PST)计算: ▇定义: :垂直于注塑物料流动方向的,比较于模具和注塑件实际之 间的尺寸差异见图5 Lm--LP ▇计算PST= *100% LP Lm:模具尺寸Lp:注塑件尺寸
测量点
注塑流150mm 动方向 120mm 图5横向收缩率测试图 2.4评判: 以InternalFactor(IF)值评判
IF=PST(未着色的)–PST(着色的) x100[%] PST(未着色的) 无扭变 0-10 轻微扭变11-20严重扭变 >20 3收缩性指标在塑料着色上应用 （1）影响塑料成型收缩的因素很多，有塑料制品特性（形状、厚度、嵌件）， 熔体温度，成型压力，成型时间，模具温度，模具进浇口形式和大小，模内冷却时间的影响等等，颜料加入仅是其中一个因素。所以塑料成型发生收缩要从多方面因素考虑。 （2）颜料加入除了影响塑料成型品收缩外，在聚合物熔体中，非常细小的 有机颜料成为晶核而引发结晶生长。成核剂不仅影响结晶速率，还会影响聚合物的形态，并因此对聚合物的力学性能产生影响。一般说来，随结晶度增加，拉伸强度会提高，而撕裂强度降低。 （3）酞菁蓝对聚烯烃会产生翘曲作用。如果能在颜料表面包覆一层蜡，且保持这层蜡在加工过程中不被剪切作用所破坏，那么就不会发生翘曲了。对部分
结晶聚合物进行着色的市售商品中就有包覆级颜料蓝以及其他包覆级颜料