如何开发耐低温塑料？以ABS和PP为例的技术路线

简答

耐低温塑料是通过提高材料在寒冷条件下吸收冲击能和延缓脆性破坏的能力而开发的。关键不是简单地添加更多增韧剂。 A 稳定的低温材料必须平衡基础树脂选择、橡胶或弹性体相设计、抗冲改性剂类型、相容性、结晶行为、填料含量、加工稳定性、尺寸控制和实际模制部件测试。

以ABS和PP为例，ABS低温改性通常侧重于橡胶相结构、抗冲改性剂相容性、流动性、耐热性和表面质量。 PP低温改性通常侧重于共聚物PP的选择、POE或EPDM的增韧、结晶控制、填料平衡和冷条件下的冲击保留。

余姚市德宇德宇塑料提供 DGK-ABS NDW140U 耐低温 ABS🔍, DGK-PP 66D 冲击改性低温 PP🔍 并根据客户目标温度、冲击要求、零件结构、颜色、成型工艺和应用环境定制DGK-ABS LT/DGK-PP LT低温改性材料解决方案。

为什么塑料在低温下会变脆

许多塑料部件在室温下正常工作，但在冬季、户外使用、冷链设备、汽车应用或低温存储环境中会变脆。能够在 23 C 处通过组装的同一零件可能会在 -20 C、-30 C 或更低处破裂。

常见的客户问题包括：

• ABS 外壳在寒冷天气中开裂
• PP 夹子在冬季组装期间断裂
• 户外塑料部件存放后变脆
• 冷链集装箱撞击后破裂
• 汽车内饰或外饰部件未通过低温跌落测试
• 冷处理后螺丝凸台断裂
• 卡扣在冬季运输过程中失去韧性
• 通过室温冲击测试但未通过冷冲击测试的零件

原因是聚合物链的运动在低温下变得更加受限。当材料不能变形和吸收冲击能量时，它就会从延性行为转变为脆性断裂。因此，耐低温性能取决于材料在目标寒冷条件下是否仍能消散冲击能。

对于改性塑料来说，重要的问题不仅是材料能否增韧，​​而是：

• 在什么温度下
• 在什么冲击条件下
• 壁厚是多少
• 在什么部分结构
• 低温调理多久后
• 有什么颜色、填料、阻燃剂或其他功能要求

这就是为什么德宇塑料根据实际应用条件开发耐低温ABS和PP，而不是简单地添加通用增韧剂。

耐低温塑料主要技术路线

1.基础树脂选择

第一步是选择正确的基础树脂。 A 不良的基础树脂不能通过添加大量增韧剂来完全纠正。

对于ABS，低温行为与橡胶相含量、SAN基体特性、橡胶粒径和相间的相容性密切相关。 A 通用 ABS 牌号可能不足以满足户外、寒冷地区或高影响的应用。通常首选 A 高抗冲 ABS 或低温抗冲 ABS 底座。

对于 PP，均聚物 PP 和共聚物 PP 之间的差异至关重要。均聚物PP通常具有较高的刚度，但低温抗冲击性能较差。共聚物 PP，尤其是抗冲共聚物 PP，通常是低温增韧的更好起点。

选择逻辑很简单：

• 如果客户需要刚性和适度的耐寒性，请选择平衡的基础树脂
• 如果客户需要较强的低温冲击，请选择高冲击基础树脂
• 如果客户同时需要耐寒性和尺寸稳定性，树脂和填料体系必须一起设计
• 如果客户需要耐寒性加上阻燃性、耐候性或导电性，则必须根据功能系统选择基础树脂

2.抗冲改性剂设计

抗冲改性剂是低温增韧的核心。它们的功能是在聚合物基质内创建能量吸收区域。在冲击下，这些区域可以引发受控变形、剪切屈服、龟裂或橡胶颗粒空化，从而减少脆性裂纹的扩展。

抗冲改性剂不可互换。有些适合ABS，有些更适合PP，有些改善低温冲击但降低耐热性，有些影响挺度、光泽、颜色或流动性。

对于ABS，常见的低温增韧路线有高橡胶ABS、MBS型抗冲改性、丙烯酸抗冲改性和橡胶相优化等。

对于PP，常见的路线包括POE增韧、EPDM增韧、抗冲共聚物PP选择、弹性体分散控制和增容增韧体系。

关键是根据温度目标和零件结构来选择改性剂，而不是简单地根据用量来选择。

3.兼容性和分散控制

只有当增韧相分散良好且与树脂基体相容时，低温增韧才有效。

如果增韧剂分散不良，材料的冲击强度可能会不稳定。如果兼容性太弱，接口很容易出现故障。如果相容性太强，能量吸收可能效果不佳。如果增韧剂粒径太大，表面质量和机械稳定性可能会受到影响。如果粒径太小或相结构不合适，低温冲击的改善可能会受到限制。

在低温材料中，形貌控制通常比简单地增加增韧剂含量更重要。 DEYU的开发过程侧重于改性剂类型、粒径和相分布、树脂-改性剂相容性、挤出过程中的分散性、加工温度和最终部件的冲击行为。

4. 结晶控制

结晶行为对于 PP 等半结晶塑料非常重要。低温韧性受结晶度、晶体尺寸、晶型、冷却速率和填料相互作用的影响。

如果PP结晶度太高或晶体结构太刚性，材料可能在低温下变脆。如果结晶控制得当，材料可以保持刚度，同时提高耐冷冲击性。

对于PP低温材料，配方设计可能包括：

• 抗冲共聚物PP选择
• 弹性体增韧
• 成核系统调整
• 冷却及成型条件优化
• 填料含量控制
• 结晶度和韧性之间的平衡

ABS是非晶态的，因此结晶控制不是关键问题。对于ABS，橡胶相和基体相容性更为重要。

5. 填料和增强体平衡

填料和增强材料可以提高刚度、尺寸稳定性、耐热性和成本控制，但如果控制不当，它们可能会降低低温冲击强度。

常见示例包括滑石填充 PP、玻璃纤维增​​强 PP 或 ABS、矿物填充材料、碳纤维系统和阻燃改性材料。每一种都可以提高一个性能目标，同时增加脆性风险。

如果客户只要求耐低温，配方可以重点关注冲击。如果客户要求耐低温加刚度，则必须仔细选择填料。如果客户要求耐低温加上阻燃或导电性，则必须评估功能系统的冲击损失。

6. 加工和成型零件验证

低温材料不能仅通过颗粒或标准试棒来判断。实际的成型零件至关重要。

低温故障常发生在：

• 螺丝凸台
• 卡扣配合
• 薄壁角
• 熔接线
• 登机口区域
• 锋利的边缘
• 肋骨
• 应力集中点

材料可能通过标准低温冲击测试，但由于结构设计、壁厚、焊缝位置、内应力或成型条件的原因，在实际零件中仍然无法通过。

DEYU建议评估低温缺口冲击、低温跌落试验、冷调节后螺丝凸台拧紧、冷调节后卡扣装配、目标温度下的零件冲击、老化加低温冲击和冬季运输模拟。

低温ABS：技术路线及应用逻辑

ABS广泛应用于外壳、电器零件、汽车内饰件、办公设备、工具、控制面板和结构外观件。具有良好的冲击性能、加工性能、表面质量和尺寸稳定性。

然而，并非所有 ABS 牌号在低温下都表现良好。标准 ABS 可能会在薄壁外壳、卡扣配合、螺丝凸台和冲击负载零件中出现脆性裂纹。

户外外壳、寒冷地区电器零件、汽车内饰件、电池和设备外壳、低温储存产品、冬季使用的工具和手柄以及在寒冷环境中运输或组装的零件通常需要低温ABS。

路线 1：高橡胶 ABS 系统

一种直接方法是使用具有较高橡胶相的 ABS。橡胶相有助于吸收冲击能量并延迟裂纹扩展。

优点： 低温冲击改善良好，由于橡胶相是ABS结构的一部分，相容性好，适用于外壳和结构外观件，加工性能相对稳定。

风险： 较高的橡胶含量可能会降低耐热性、改变表面光泽、降低刚度、改变流动性或增加成本。

当客户想要改善低温冲击但仍希望留在 ABS 材料系统内时，此路线适用。

路线 2：MBS 或丙烯酸抗冲改性

抗冲改性剂可用于提高ABS的低温韧性。 MBS 型系统可以提供强大的抗冲击性能，而丙烯酸抗冲改性剂可以根据配方满足耐候性和外观要求。

优点： 修改灵活，冲击改善明显，表面和颜色性能可调，适合冷冲击外观件。

风险： 修饰符选择必须与 ABS 矩阵匹配。过多的改性剂可能会降低刚性和耐热性。某些系统可能会影响UV的稳定性、老化或加工稳定性。

路线 3：ABS/PC 或 PC/ABS 合金增韧

如果标准ABS不能同时满足低温和耐热要求，可以考虑合金系统，例如ABS/PC或PC/ABS。

优点： 比标准 ABS 具有更好的冲击韧性、更好的耐热性、良好的尺寸稳定性以及适用于要求严格的结构外壳。

风险： 更高的成本、改变的流动性、颜色匹配工作以及更窄的加工窗口。

低温 ABS 选择矩阵

要求	推荐ABS路线	主要好处	主要风险
基本的冷冲击改善	高冲击力ABS	简单稳定	升级范围有限
低温韧性强	高胶ABS或改性剂增韧	更好的冲击吸收	较低的刚度或耐热性
外观加冷冲击	改性增韧ABS	可调表面和韧性	修饰符兼容性
冷冲击加耐热	ABS/PC或PC/ABS合金	更好的平衡性能	成本较高
户外冷敷应用	ABS 具有耐候增韧系统	更好的户外可靠性	UV和颜色稳定性必须测试
螺丝凸台和卡扣零件	高韧性ABS配方	装配可靠性	必须控制模具应力

低温PP：技术路线及应用逻辑

PP因其密度低、耐化学腐蚀、成本优势、易于加工、抗疲劳性能好而被广泛应用。用于汽车零部件、容器、家电部件、户外零部件、包装、冷链零部件和工业产品。

然而，PP 对低温影响比许多客户预期的更敏感。标准均聚物 PP 在寒冷条件下会变脆。对于夹子、铰链、容器、外壳和冲击部件，通常需要低温钢化。

路线 1：抗冲共聚物 PP

抗冲共聚物 PP 通常比均聚物 PP 更适合低温应用，因为它含有可提高抗冲击性的橡胶相。

优点： 比均聚物 PP 具有更好的低温冲击性能、良好的性价比平衡、适用于许多注塑零件以及进一步增韧的稳定基础。

风险： 比均聚物 PP 的刚度较低，可能存在表面光泽变化，耐热性较低，并且必须控制收缩或翘曲。

路线2：POE增韧

POE是PP最常见的增韧系统之一。它通过在 PP 基体中形成分散的弹性体相来提高抗冲击性。

优点： 低温冲击改善能力强，配方调整灵活，注塑适性好，与容器、夹子、盖及冲击件贴合良好。

风险： 刚度降低，热变形抗力可能降低，流动性可能改变，表面可能变得更软，过量的POE会降低尺寸稳定性。

路线3：EPDM增韧

EPDM还可以提高PP的低温冲击性能，特别是在需要橡胶类冲击吸收的应用中。

优点： 良好的冷冲击性能改善以及在某些汽车或户外应用中的实用性。

风险： 必须控制相容性和分散性。刚度损失可能很明显，并且加工或表面质量需要验证。

路线 4：填料控制低温 PP

许多PP产品含有滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维或其他填料。填料可以提高刚性、尺寸稳定性和成本，但可能会降低低温冲击。 A低温PP填料配方必须平衡填料类型、填料粒径、填料含量、弹性体含量、相容剂、PP基础树脂和成型条件。

低温 PP 选择矩阵

要求	推荐PP路线	主要好处	主要风险
基础耐寒性	抗冲共聚物PP	良好的性价比平衡	较低的刚度
强冷冲击	PP 加 POE	明显的韧性改善	刚性和耐热性下降
弹性冷反应	PP 加 EPDM	更好的冲击吸收	兼容性和表面控制
耐寒性+刚度	共聚物 PP 加受控填料加弹性体	均衡的性能	配方复杂性
室外冷PP	钢化PP加UV封装	冷冲击和风化平衡	UV系统兼容性
汽车PP零件	抗冲共聚物PP加弹性体加填料平衡	结构和影响平衡	需要零件验证
冷链集装箱	PP 加 POE 或抗冲共聚物 PP	耐跌落	必须检查蠕变和刚度

ABS 与 PP 低温改造

ABS和PP需要不同的低温改性策略。

ABS是一种非晶态材料。其低温韧性主要与橡胶相设计、抗冲改性剂相容性和基体行为有关。当外观、尺寸稳定性、表面质量和冲击平衡很重要时，通常会选择 ABS。

PP是一种半结晶材料。其低温韧性很大程度上取决于结晶、共聚物结构、弹性体增韧、填料平衡和成型条件。当低密度、耐化学性、成本、抗疲劳性和灵活的应用设计很重要时，通常会选择 PP。

比较项目	低温ABS	低温PP
材质结构	非晶质	半结晶
主要增韧重点	橡胶相和抗冲改性剂	共聚物结构、弹性体和结晶
典型增韧剂	高橡胶ABS、MBS、丙烯酸改性剂、PC合金	POE、EPDM、抗冲共聚物PP
失败风险	外壳裂纹、螺丝凸台裂纹、卡扣断裂	夹子断裂、铰链断裂、容器跌落故障
外观	通常更好	取决于填料和弹性体
耐化学性	缓和	更好的
密度	高于PP	降低
最佳使用	外壳、外观件、结构盖	容器、汽车零件、夹子、户外PP零件
密钥验证	低温冲击、跌落、螺套及外观	低温跌落、弯曲冲击、夹子和铰链测试

低温材料的验证方法

标准测试有助于比较等级和筛选配方。常见方向包括低温缺口冲击、目标温度下的夏比冲击或悬臂梁冲击、脆性温度测试、冷态后拉伸性能、低温弯曲性能以及老化加低温冲击。

真实零件测试对于最终批准更为重要。应包括低温跌落试验、冷调后螺丝凸台拧紧、冷调后卡扣装配、低温储存后铰链弯曲、运输模拟、冬季安装模拟、低温对实际零件厚度的影响以及焊缝、拐角、肋和浇口区域的测试。

低温材料不应仅从数据表中选择。即使材料具有良好的试棒冲击强度，具有尖角、薄壁、浇口位置不良或内应力的 零件仍可能破裂。

DEYU耐低温材料解决方案

DGK-ABS LT低温钢化系列

该系列专为需要提高耐冷冲击性、外壳韧性、螺丝凸台可靠性和表面质量的 ABS 零件而设计。

开发方向包括高抗冲ABS、低温增韧ABS、改性剂增韧ABS、ABS/PC低温冲击合金、耐候低温ABS、外壳低温ABS、螺丝凸台和卡扣件低温ABS。

适合的应用包括户外外壳、电器零件、寒区设备罩、汽车内饰件、工具外壳、电气控制外壳和低温储存产品零件。

DGK-PP LT低温抗冲改性系列

该系列专为需要耐冷冲击、耐摔、灵活性和成本平衡的PP产品而设计。

开发方向包括抗冲共聚物PP、PP加POE低温增韧系统、PP加EPDM冷冲击系统、填充低温PP、冷链产品低温PP、户外耐寒PP和汽车低温PP。

合适的应用包括冷链容器、储物箱、户外 PP 部件、汽车 PP 部件、夹子和紧固件、工业盖、电器 PP 部件以及铰链或弯曲部件。

应用案例：低温ABS外壳

客户使用标准 ABS 生产设备外壳。该零件通过了室温装配，但在冬季储存和运输过程中，螺钉凸台出现裂纹，边角在冲击后出现脆性破坏。

客户要求：

• 材质系统：ABS
• 颜色：黑色
• 工艺：注塑
• 零件结构：带螺丝凸台和肋的外壳
• 目标：提高低温冲击和螺杆凸台可靠性
• 使用条件：冬季运输、寒冷地区使用

DEYU对该零件进行了分析，发现失效是由材料脆性、螺杆凸台应力集中和成型内应力共同造成的。

第一次试验改善了低温冲击性能，但略微降低了刚度。第二次试验调整了橡胶相和改性剂的平衡，以提高螺杆凸台的韧性。第三次试验优化了流动性和成型应力。经过小批量验证后，螺丝凸台开裂减少，角部冲击性能提高，外壳仍可模压，表面质量可接受。

应用案例：低温PP集装箱

客户生产了一款用于冷链运输的PP仓储集装箱。标准PP具有良好的成本和刚度，但容器在低温跌落测试中破裂。

客户要求：

• 材质系统：PP
• 颜色：自然色或定制色
• 工艺：注塑
• 零件结构：带肋和手柄的容器
• 目标：提高耐低温跌落性能
• 附加要求：保持刚度并避免过度柔软

DEYU推荐了抗冲共聚物PP加弹性体增韧路线。第一次试验提高了抗跌落性，但容器变得太软。第二次试验调整了POE含量和PP基础树脂以平衡韧性和刚性。第三次试验优化了填料含量和加工稳定性。

经过客户测试，该容器显示出改进的低温下降性能，同时保持了可接受的刚度和成型稳定性。

客户应提供的信息

为了开发合适的低温材料，DEYU建议客户提供：

• 目标低温
• 测试方法或客户标准
• 当前材料
• 当前故障模式
• 产品照片或图纸
• 壁厚
• 卡扣、螺丝凸台、铰链或肋结构
• 跌落高度或冲击要求
• 该部件是否在室外使用
• 是否需要UV、阻燃性、导电性或颜色稳定性
• 成型工艺及浇口位置
• 零件在储存、运输、组装或实际使用后是否失效

有了这些信息，DEYU可以决定项目是否应该使用DGK-ABS LT、DGK-PP LT、ABS/PC合金、PP加POE、PP加EPDM、填充低温PP或其他耐低温改性解决方案。

FAQ

1. ABS可以耐低温吗？

是的。 ABS可以通过高抗冲ABS选择、橡胶相优化、MBS或丙烯酸抗冲改性以及ABS/PC或PC/ABS合金系统来改进。最终选择取决于冲击目标、外观、耐热性和零件结构。

2. PP可以耐寒吗？

是的。 PP可通过选择抗冲共聚物PP、添加POE或EPDM弹性体、调节结晶、控制填料含量来改善。均聚物 PP 通常不是满足强低温冲击要求的最佳起点。

3. 增韧剂添加越多越好吗？

不会。过量的增韧剂会降低刚度、耐热性、尺寸稳定性、表面质量和流动性。正确的配方必须平衡韧性与零件的实际功能要求。

4. ABS和PP哪个更适合低温使用？

这取决于零件。 ABS 通常在外观外壳、尺寸稳定性和表面质量方面更好。 PP 通常更适合低密度、耐化学性、耐疲劳性、容器和成本敏感部件。

5. 建议进行哪些测试？

推荐的测试包括低温缺口冲击、低温跌落测试、螺丝凸台拧紧、卡扣装配、铰链弯曲、老化加低温冲击以及在客户目标温度下的真实零件测试。

6. 低温材料也可以阻燃或耐 UV 吗？

可以，但配方必须设计为一个完整的系统。阻燃剂、UV 稳定剂、导电填料和增强材料都会影响冲击强度，因此必须一起验证组合性能集。

7. DEYU可以定制低温ABS和PP吗？

是的。余姚德宇德宇塑料可根据目标温度、冲击要求、颜色、流动性、零件结构、成型工艺和应用环境定制DGK-ABS LT和DGK-PP LT解决方案。

结论

耐低温塑料不是通过添加通用增韧剂开发出来的。它们需要基于树脂结构、抗冲改性剂、相形态、结晶、填料平衡、加工和实际零件测试的完整配方策略。

ABS和PP表现出不同的低温修改逻辑。 ABS 重点关注橡胶相、抗冲改性剂相容性、外观和外壳韧性。 PP专注于共聚物结构、弹性体增韧、结晶、填料平衡和跌落性能。

余姚德宇德宇塑料提供DGK-ABS LT和DGK-PP LT耐低温改性材料解决方案。对于ABS外壳、家电零件、汽车内饰件、PP容器、户外PP零件、冷链产品、夹子和低温结构部件，DEYU可以支持配方开发、小批量试验和基于应用的验证。