在工程塑料中添加功能助剂可赋予工程塑料制品在力学性能、电性能、耐老化性、安全加工工艺性等方面的特定性能，然而面对种类繁多的功能助剂，工程塑料制品开发人员应该如何正确选择和应用呢？

    随着我国塑料行业在21世纪的快速发展，工程塑料作为一类在机械、汽车交通、电子通讯、电气电器等领域广泛应用的重要基础材料，始终保持着15%~20%的年增长速度，其制品则日趋高性能化、差异化、精细化。

    为了满足工程塑料制品的特殊要求，对材料进行改性是必需的。目前对高分子材料进行改性的方法主要有三种：一是可以通过合成技术，引进新的单体和改变本体结构来实现；二是可以将多种具有不同结构的高分子材料进行物理化学的处理，以进行合金化改性；三是针对改性的目标，添加各类高分子功能助剂。从经济性和快捷性来比较，第三种改性手段最有优势，只要合理设计和筛选使用助剂，就可以很方便地实现功能和成本的最佳结合。
不过，需要注意的是，助剂品种繁多，而且其功能和应用特性也不尽相同，若选用不正确，不仅不能充分发挥助剂的功效，达不到预期的目标，反而会对解决问题的思路产生误导，从而不利于后续的改进工作，既浪费人力又浪费物力。因此，面对品种繁多的功能助剂和不同使用要求的工程塑料制品，如何正确选择功能助剂是工程塑料制品开发人员必须认真对待的问题。下面就针对工程塑料制品所需的几种典型性能逐一进行阐述。

高电性能

    在电子电器控制开关元器件中，虽然传统的热固性塑料（如环氧树脂、不饱和树脂）具有良好的电绝缘性能，特别是在潮湿环境下的稳定电性能，但由于存在反应注射成型周期长，浇口不可回用等问题，使其应用受到限制。而新型的具有高湿热稳定性、高电性能的热塑性工程塑料则不存在此问题。与热固性不饱和树脂（UP）对比，它具有如下优点：产品成型周期短、能耗低、生产效率高，更适用于规模化生产；产品无污染和固体废弃物问题、环保性高、可回收利用，进一步降低了用户成本；产品密度小，一般小于1.8 g/cm3（UP类产品比重一般在2.0 g/cm3以上），其单位成本较低，经济效益高。

具高电性能的电子电器元器件

对于该类新型材料中的阻燃类产品而言，为实现高电性能，特别需要对配方体系中的阻燃体系进行筛选，因为对电性能影响最大的往往是阻燃剂。如果使用常规卤素阻燃剂体系，就必须解决其析出问题，降低对电性能的影响。为此，一方面可选用与树脂基体相容性好的阻燃剂，如选用美国雅宝公司的BT-93，另一方面也可使用高分子量的阻燃剂来避免析出，如选用以色列ICL（死海溴公司）的溴化环氧类阻燃剂F2100或大湖产的聚溴化苯乙烯PBS-64HW等。

近几年，采用对电性能影响小的含磷、氮类阻燃剂是一个趋势。一般而言，含磷、氮类的阻燃剂与树脂的相容性较好，且一般不需要无机助阻燃剂，从而使所制得的工程塑料产品的电性能比较高。例如，近几年日本东丽公司新开发出的非卤、非红磷的PBT阻燃材料EC44G30，在阻燃达到V-0级（1/32″）的前提下，其CTI值可达600V。目前，含氮类阻燃剂主要有三聚氰胺氰脲酸酯（MC）及其盐（MCA），含磷、氮类阻燃剂有三聚氰胺多聚磷酸酯（MPP）、聚间苯二酚磷酸苯基酯（RDP）等。

表1是北京市化工研究院开发出的用于电子温控器的高电性能热塑性PBT 551-GT30SF(H)产品的数据表，该产品属含卤素的阻燃体系（满足欧盟RoHS要求），具有优异的电性能（CTI达到425V）、良好的加工成型性，综合性能优良，可用于各类电子电器产品的生产。

耐温性
随着电子电器产品的焊接环保化，原有的含铅焊锡使用受到限制。因此，各厂家为满足环保的要求，纷纷采用环保型的无铅焊锡。然而无铅焊锡的熔融温度提高较多，这就对起固定作用的塑料件的耐温性提出了更高的要求。例如，在电子用线圈骨架材料中使用PET阻燃增强产品，要求其能满足在420℃/3s的沾锡工艺条件下，位于插针根部的塑料不发生明显的软化。鉴于国内现有的PET改性产品还不能耐受如此高的温度，目前该材料还需从国外进口。

此外，随着电器产品以塑代钢的发展，一些塑料部件在使用过程中需要耐受短时间的高温。例如，要求用于电熨斗的底座支架的材料能耐受200℃热铝板烘烤30min而不变形，24h内不发生变色。对于工程塑料，特别是结晶型工程塑料而言，有两条途径可提高其耐温性能，一种是通过合金化的手段，与耐高温的高分子材料合金化，从而提高产品的耐温性。另外一种方法是在增强的基础上，通过添加成核剂，加快结晶速度，使晶粒更均匀、细化，从而提高材料的耐温等级。这是根据结晶型高聚物的结晶机理（熔体在冷却过程中，局部区域的分子链排列成有序结构，形成晶核，随着晶核向各个方向放射生长而完成结晶），通过成核剂的作用，促进结晶型高聚物熔体成核，进而促进和改善了产品的结晶。上述两种方法相比较，显然后者的成本相对较低，也更便捷，特别是对于像PET这样自身结晶能力较弱的工程塑料，通过添加高效成核剂的方式实现耐温性的提高更为直接和有效。

具高耐温性的电熨斗的底座支架

成核剂一般分为无机成核剂、有机成核剂（含高分子类成核剂）。无机成核剂常见的有超细滑石粉、滑石粉、硅灰石、高岭土、蒙脱土、云母、氧化镁等，它们的粒径一般为0.01~1mm，用量为1%左右。通用的无机粉体由于与基体不相容，常常会带来一些性能上的副作用，如缺口冲击强度下降明显。而近来，随着纳米技术的发展，纳米填料作为无机成核剂越来越普遍。由于纳米尺度的效应，不仅有较好的成核作用，而且可有效减少对其它性能的影响。

有机成核剂在较早时期主要是一元或二元脂肪酸和芳烷基酸及其盐类，如苯乙酸铝，苯甲酸铝、钠或钾，硬脂酸盐等。它们对于增加聚合物的模量，提高成型加工速度有一定的效果，但同时常会影响产品的机械和化学性质，如大湖公司的Clearlite NU004。后期发展较为迅速的是山梨醇及其衍生物，主要用于PP产品，如Milliken公司的Millad 3988。国内开发的用于PP的成核剂——稀土金属（如镧）化合物也已投入市场，如广东炜林纳公司出品的稀土配合物b晶型成核剂。目前用于工程塑料的有机低分子类成核剂主要是有机磷酸酯盐类，其代表产品有日本旭电化公司的NA-11系列。有机高分子类成核剂包括一些可以直接起异相成核作用的具有高熔点的高分子化合物，以及可以通过反应提高基体均相成核能力的高分子化合物。前者如热致液晶高分子（LCP），高熔点聚酰胺、聚酯等，后者的代表产品首推美国杜邦的“沙林”系列EAA金属盐（Na+，Zn2+）化合物，主要用于PET的改性产品成核上。

北京市化工研究院从提高PET产品的成核性入手，开发出了用于薄壁制件（0.35mm厚）的高阻燃、高流动性的耐温型PET3030F产品。表2为该产品与某进口高端产品的数据对比。

导电性

随着电子电气设备外壳、电线电缆绝缘护套、电子芯片用包装材料等对抗静电性能和抗电磁干扰性能的要求增多，市场对工程塑料的导电性需求越来越多。工程塑料本身具有良好的电气绝缘性能，但并不具有导电性能。因此，为实现工程塑料的导电性，必须在体系中添加导电性添加剂。

具导电性的电子芯片承载支架

导电性添加剂包括无机物、金属及其氧化物、有机类化合物。导电的无机物或金属及其氧化物主要包括导电碳黑、导电氧化锌、铝粉、导电碳纤维、金属纤维等，它们通过在树脂基体中有效分散，形成三维导电网络，从而消除了静电，导通了电荷。有机类化合物主要是一些含亲水基团（如羟基、羧酸基）或离子基团的有机化合物，如脂肪酸多元醇酯、烷基胺环氧乙烷加成物、烷基季铵盐、磺酸盐等。由于有机类化合物对表面电阻数值降低得较小，一般为109~1012Ω，且主要通过析出到制品的表面，其亲水端吸湿电离或自身电离，衰减制品表面电荷，达到消除静电的作用，故一般把这类化合物称为抗静电剂。

在电子电器用工程塑料中，由于它们的加工温度高，其分子结构不利于有机类化合物的迁移，因此抗静电剂没有导电的无机物或金属氧化物用得普遍，只是在对制品的颜色和外观要求比较苛刻时才选用，而且需要使用耐温性好的较低分子量的抗静电剂，以在短时间内发挥效果。对于一些诸如PC、PMMA的透明工程塑料，则宜选用外涂型抗静电剂（不影响透光性），由于不存在析出问题，可以直接发挥效能。

在添加导电的无机物或金属氧化物时，由于电子电气设备上对于静电消除的水平要求较低，只要获得108~1012Ω的表面电阻即可，因此，添加较少量的导电剂就能满足要求。而对于一些电磁屏蔽的场合，或者电子元件包装用的材料，由于要求表面电阻在106Ω以下，相应的添加量就较大。例如，在添加导电碳黑时，只有加入量在不少于10%的情况下，材料的表面电阻值才能达到106Ω以下。

在导电助剂的选用中，只有对其结构特点认真考虑，才能实现在获得优异的导电性能的同时，避免其它性能发生大幅度的降低。以导电碳黑为例，其结构度和比表面是它的两个重要指标。一般来说，导电碳黑的结构度越高，在分散过程中形成三维网状结构的几率就越大，其添加量就越小。而比表面越大，则意味着导电性能越好，但同时导致分散性越差。导电碳黑若分散得不好，则会抵消导电性能的提高，反而会出现比表面大的导电性不如比表面小的情况。为了改善导电碳黑的分散状况，可以同时添加分散剂来解决。

导电碳黑的这种导电性能的差异与其结构选择和加工分散状态的相关性，向我们揭示了助剂性能的发挥与加工分散效果之间的密切联系。因此不能只考虑助剂本身的特性，还需结合加工工艺进行助剂的配方筛选和调整。

安全与环保性

阻燃剂作为满足电子电气领域对于安全性规定所必不可少的一种助剂，在该领域的产品中得到了广泛应用。

随着欧盟制定的废弃电子电气设备环境指令（WEEE）和电子电气设备中危害物质禁用指令（RoHS）的出台，以及各跨国公司（如Sony、philIps、Microsoft等）在相关领域出台的对环境影响物质的限制规定的逐步实施，对于电子电气行业用工程塑料产品选用助剂的要求变得更加苛刻。事实上，上述规定重点限制了工程塑料产品体系中几类大宗添加剂——阻燃剂、增强剂、填充剂的品种和成分。无机助阻燃剂、增强玻璃纤维和无机填充剂由于来源于天然矿物，在原材料的来源和加工过程中，若不严格控制，很容易造成重金属超标。例如，工程塑料中使用的三氧化二锑的纯度一般在99.5%以上，但其中仍含有铅、镉、砷等物质。而玻纤除原材料中的一些杂质外，在加工过程中由于使用助剂不当还会引入砷等元素。在涉及环保的相关法规中，由于会产生致癌物质，多溴联苯醚（PBDE）和多溴联苯（PBB）类阻燃剂作为限制物质一直是环保部门的控制焦点。

如何在保证安全性的同时，还能满足环保性的要求，这是我们必须认真考虑和对待的问题。对于阻燃剂的限制最直接的解决方法就是选用其它非受限制的阻燃剂体系来取代受控产品。关于这方面，可以参见前文所述（见“高电性能”）的有关阻燃剂的正确选择。这里特别强调两点，一是在为同时满足环保性和高性能的要求而采用聚合型阻燃剂时，一定要关注其对加工性能的影响；二是在电子类产品的一些不能使用含卤素和红磷类阻燃剂的领域，要对阻燃剂进行认真筛选，以避免其在耐温性和吸湿性上的弊病（会影响阻燃效能的发挥），同时为了利于分散，需考虑分散助剂的协同使用。

提高长期耐温性能

在汽车和机械领域，某些塑料部件需在高温条件下工作，例如，采用尼龙66增强产品生产的汽车发动机罩盖、汽车水箱等塑料件的长期工作温度为-40℃~130℃，故对材料的耐温性能要求比较高。这与电子电气领域要求的短时耐高温性能有所不同，它要求工程塑料在一定高的温度下能长期保持相当的机械强度和性能。

要想提高工程塑料的长期耐温性，首先可以筛选出适合的防老化助剂，以提高材料体系自身的耐热稳定性。耐温性防老化助剂主要是指抗氧剂，抗氧剂一般分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。主抗氧剂主要是指受阻酚类和仲芳胺类化合物，它们可消除高聚物中的过氧化自由基。而辅助抗氧剂主要是指亚磷酸酯类化合物和硫酯（醚）类化合物，它们可通过分解过氧化氢来发挥抗热氧化作用。此外，抗氧剂还包含一些金属钝化剂，可钝化促进高聚物链段降解的金属离子的活性。在防老化助剂中，往往将主抗氧剂和辅助抗氧剂同时使用，以发挥协同效果。在汽车用工程塑料产品中，尼龙及其改性产品较多，一般为满足使用中的耐温性要求，通常使用含酰胺基团的受阻酚型抗氧剂1098与168配合使用，它们不仅与尼龙的相容性很好，而且可为尼龙制品提供较常规受阻酚（如在相同添加量下的抗氧剂1010）更为高效的长期热氧化稳定性。在长期接触含水的介质条件下，其抗氧体系可选用高温耐水解型的9228型抗氧剂与1098配合使用，可有效提供长期耐湿热稳定性。而对于汽车电子控制器件使用的热塑性聚酯塑料（PBT、PET），则一般情况下使用高添加量的168配合1010，或者选用高效的亚磷酸酯类的626配合1010，以防止材料长期使用下发生黄变。

其次，对于结晶型聚合物，也可通过添加成核剂的方式来提高其长期耐温性。如上文所述（见“耐温性”），添加成核剂可提高制品的结晶速度和结晶程度，提高制品的热性能、力学性能。此外，添加成核剂后，对于材料本体分子链缺陷的降低极为有益，特别是由于结晶程度的提高，使制品表面结构更易于致密性排列，进而使分子链段的薄弱环节在表面的发生几率相对降低，这样就有效延缓了制件表面在长期热氧老化作用下的劣化，特别是在湿热条件下的劣化进程，从而达到提高制品长期热稳定性的目的。

第三，合理选用相容剂，通过提高材料内部界面的强度来提高材料整体的长期耐温性能。如在玻纤增强阻燃体系中添加有大量的有机和无机添加剂，由于它们与基体树脂的相容性较差，造成两者之间存在薄弱界面，而热氧老化和湿热氧老化恰恰最容易发生在该界面处。因此，提升和改善体系的界面性能，不仅有利于材料整体力学性能的提高，而且可缓解基体的老化进度。

北京市化工研究院根据以上原则设计出了用于长期使用温度在130℃（即RTI= 130℃，RTI是衡量材料长期暴露于高温时能够保持某种特定性能的能力指标，是对材料耐长期热老化性能的评价）的阻燃增强型PBT产品，其典型数据见表 3。

　　
超韧性材料

在汽车产品中，对于工程塑料的韧性有一些特殊的要求。例如，特种汽车防弹轮胎的增强内骨架及制冷系统软管的护套等，需要材料具有较高的冲击强度，特别是低温冲击强度。
为提高工程塑料产品的韧性，可添加一定量的增韧剂（冲击改性剂）。增韧剂中最常见的是一些弹性体，如EPDM、SBS、POE、LDPE等。由于工程塑料树脂基体与这些弹性体相容性不佳，单独使用增韧效果不好。而添加一些诸如EBA、EMA、MBS、共聚酯等功能性弹性聚合物，由于其结构中引进了与基体树脂类似的基团，从而提高了界面的相容性，利于其在体系中的分散，增韧效果明显。特别是由于它们的结构相似，发生了一定的分子间内润滑作用，同时使产品的加工流动性也得以改善。

用超韧尼龙制作的地矿探测设备用超声波探头

一般来说，在一些对韧性要求不太高的场合使用上述功能性弹性聚合物，其性价比较高。而对于一些韧性要求较高的领域，工程塑料的增韧改性一般采用反应型弹性聚合物，如接枝POE、接枝PE、聚烯烃共聚反应活性单体等，通过它们所带的反应官能团与基础树脂反应，提高增韧剂的相容性和分散性（按橡胶体增韧机理，提高弹性体的分散性，可降低临界基体层厚度，从而利于韧性提高），以实现在提高韧性的同时，尽量减轻对材料其它性能的影响程度。在这些反应型弹性聚合物中，按其反应官能团单体的类型可分为两类，一类是带酸酐类官能团的单体 （如马来酸酐）与弹性体的接枝物或共聚物，另一类是带环氧官能团的单体（如GMA）与弹性体的共聚物或接枝物。

马来酸酐接枝/共聚弹性体作为一种反应型相容剂和增韧剂，通过马来酸酐与高聚物链段端胺基、端羟基反应，形成化学偶联，从而提高了弹性体与高聚物界面的相容性，改善了产品的韧性。一般对尼龙产品的增韧选用此类增韧剂更多些。目前，国内只能提供通过反应挤出生产的接枝类产品，如接枝POE、接枝PE等，还不能提供采用共聚法生产的增韧剂，如美国Dupont公司的493D。相对而言，共聚产品在性能稳定性上要优于接枝产品。
GMA共聚/接枝弹性体则是利用环氧官能团与高聚物的羧基、端胺基等反应，提高增韧剂与基体树脂的相容性，实现均匀分散和增韧作用。目前，市场上常见的主要是共聚官能团的产品，如美国Dupont公司的PTW，国内尚无此类产品推出。而接枝类产品由于环氧基团的反应活性大，不好控制，故较少有此类产品出售。GMA共聚弹性体增韧剂一般用于聚酯类产品的增韧。表4为北京市化工研究院超韧PA6产品的典型数据。

结语

综上所述，工程塑料制品开发人员在选用应用于工程塑料中的功能助剂时，必须首先满足工程塑料制品使用场合的具体要求，然后在此基础上再结合助剂的特性进行选择和使用，这样才能减少弯路，并正确发挥助剂的功效。同时应选择最适用的产品，尽量降低成本。