ELSEVIER

APPLIED PLASTICS ENGINEERING

HANDBOOK Processing, Materials,

and Applications

Second Edition

Edited by

Myer Kutz

Amsterdam• Boston• Heidelberg• London• New York• Oxford Paris • San Diego • San Francisco • Singapore • Sydney • Tokyo

William Andrew is an imprint of Elsevier

Contents

Contributors ............... „ .......................................................................................................... „ .......................... xvii About the Editor ........ „ ...................................................................... „ ...................... „ ....................................... xix Preface to the First Edition .... „. „ „ „ „ „. „ .. „. „. „ ....... „ .. „ „. „. „ „ .. „ „ .. „ „ ........... „ „. „ ... „ „ „ ....... „ ............ „ ........ „ .... xxi Preface to the Second Edition„„: .. „ ... „ ... „ ................... „ ........ „ .. „ .... „.„.„„.„ .. „„„.„.„ .. „„ .... „„ .. „ .... „.„.„„„„„xxiii

PART 1: PLASTICS, ELASTOMERIC AND BIOBASED MATERIALS •••• „ .•.••• „„ •••• „„ •. „„.„.„.„ •••. „„„.„1

1 Engineering Thermoplastics-Materials, Properties, Thends ............. „„„.„.„„„ ••••••••••• „ •••••••••••••••••• „.„„. 3 Edward N. Peters

1.1 Introduction ....... „ .. „„„ ... „ ..... „ .......... „ .. „. „ „. „ „ „. „„ ... „ .. „ ... „„ „ ... „ ......... „.„ ... „„„„„„„„„„„.„„ ... „ „ .... „. 3 1.2 Aliphatic Polyantldes „.„„.: ... „ ................. „ ... „.„ .... „ ....... „ ................................................... „ .. „ ....... „„ .... 4 1.3 Aromatic Polyamides, Arantlds „ ....... „.„ ... „„„ .......... „ ...... „ ... „ ... „ ... „.„„ ... „ .. „.„ .. „.„ ...... „ ... „ ..... „ .. „„ .... 5 1.4 SemiAromatic Polyamides .... „„.„ ..... „ ..... „ ......... „.„„„ ... „ ... „ .............. „ ... „ ................ „„.„„„„ ... „„.„ .. „ ... 5 1.5 Polyacetals „ .. „„„ .. „ ... „ ........................................ „ ................. „ ................................................. „„„„ .. „„. 5 1.6 Polycarbonates .................................................................................................................................. „ ...... 6 1.7 Poly (phenylene ether) „.„ ... „ ..... „ ............... „„ ................ „„ ............ „„„.„.„„„„ ... „„.„„ .... „ .... „„ ..... „.„„ .. 7 1.8 Polysulfones ................ „ ... „ ................................................................................................... „ ................... 8 1.9 High-Temperature Sulfone Polymers (HTS) „„„„„ .. „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„„„„ ... „ .. „„„„.„.„.„„. 9

1.10 Thermoplastic Polyesters „.„„„„.„„.„ .. „.„„.„.„.„.„„„„„.„ ... „„„„„„„„„ ....... „.„ .. „ ...... „„„„„„.„.„„„„ .... 9 1.11 Liquid Crystalline Polymers (Polyesters) .. „.„„„„.„„„„, .. „.„ .... „ .... „.„ ... „ .... „ .... „„ ..... „„„„„„„.„„ ... „ .. 11 1.12 Poly(phenylene sulfide) .„„.„„ ... „ .. „„.„ ........ „ .. „.„„ ... „ .......... „„.„„„„.„„.„ .... „„.„„„„.„„.„„ ... „„ .. „ ..... 12 1.13 Polyetherimide . „„. „ .. „ „.„ .... „ .. „„ ............ „ „. „ .. „„. „ ...... „„ ... „ ................ „ .............. „ ............ „ ................ 13 1.14 lllJhnides.„ .... „„.„„ .. „„.„ ... „„ ..... „„.„„ ................. „ .... „ ... „ .. „.„ ....... „„.„ ..... „.„„.„.„ ........... „,.„ ..... „ .... 13 1.15 Polyamide ln:)ides.„.„.„„ .... „ .... „„„ ..... „.„ ... ,.„.„ ...... „„.„ ... „ ............. „ .... „ .. „,„ ......... „ .......... „ .. „„.-„.„„„.14 1.16 Aromatic Polyketones ........ „ ............................................... „ ........... „ ........ „ .. „ ... „„.„ .. „„.„„„„.„.„„„„„14 1.17 Polyarylates ... „ .. „ .. „„ ........... „ ................... „ ............... „„ .. „ ...... „ .. „ .. „„„„ .. „„„„.„.„ ............................... 15 1.18 Aliphatic Polyketones ............ „ ....... „„ .. „ ........ „.„„ ... „ .... „ .... „ .. „ ............ „ ... „ ... „ .................. „ ....... „ .... „.15 1.19 Syndiotactic Polystyrene ..... „ .. „„ ..... „ .. „.„ ... „ ........... „ ..... „.„„ .. „ ... „.„ .. „.„ .... „ ... „.„„„ .•.. „ ... „ ... „ ... „„ .. „16 1.20 Self-Reinforcing Polyphenylene„„„„„.„„.„.„.„.„„.„„„„.„.„.„„„„„„„„ .. „.„„.„.„.„„„.„„„„ .. „.„.„.„„„16 1.21 Poly(p-xylylene) „.„„„„„„.„ ... „„„.„„„„ .. „.:„„„„„.„„.„.„ .... „.„ .... „.„.„„„.„„„„ ...... „ ........................ „ .. 17 1.22 Polybenzimidazole .. „.„.„ „ „ ......... „„ „„ „ „. „. „ .. „ „. „„„ „ „. „„. „.„„„„.„„.„„.„„„„ ...... „ .. „ ..... „ ................. 17 1.23 Comparison of Physical Properties .„.„ ........ „ ......... „ ..... „ ... „ ............ „ ... „ .......... „ ................................... 18 1.24 Trends in Engineering Thermoplastics .. „ ... „ „ „. „ ... „ „„ „. „ „ „ .. „. „. „ „„ „. „. „ .. „ ... „. „ „ ..... „ „. „.„ ..... „. „. „. 20 1.25 Processing „ ..... „„„.„„„„.„„„„.„„„.„„„„.„.„„„.„„.„ ... „„„ ...... „„ .. „„„.„„„„.„ ... „„„ ..... „„ ...... „.„ ... „ ..... 24 1.26 Conclusions ........................................................................... „„ .... „ ........................................................ 24 References „„ ........ „„ .................... „ ...... „ ..... „.„ ... „ ...................... „ ................................................................... 24

2 Polyolefins ....................................................................................................................................................... 27 Dl Werner Posch

2.1 lndustrial Processes for Polyolefin Production „.„ ... „„„.„„ ..... „, .. „ ... „ .. „„.„ .. „„ ... „„„.„ ... „ ... „ .... „ ... „ .. „. 27 2.2 Classes of Polyolefins .„ „„ ... „„. „ „. „ ... „„ „ .„ „. „ .. „ „. „„„ „„. „ .. „ „. „ ............ „„.„ ... „ .... „„ ......... „ ...... „ ........ 29 2.3 Catalysts for Olefin Polyrnerization ............... :„ ........ „ ................... „ ........ „ .............. „ ...... „ ............... „ .... „. 41 2.4 Industrial Reactors „„ .. „ ......... „ ........ „ .... „ ...... „ .. „ .„ „ .„ ............. „. „ .. „ „„ .. „ .. „ .. „„„.„„ .„.„ .. „ „ „ „ ... „„ .. „ „. 44 2.5 Polyolefine Properties ................. „„ ... „„.„„ .... „ .. „„„„.„„„„„ .... „.„.„„.„ ..... „„„„ .. „.„.„„ .. „.„„„„.„„„.„ .. 47 2.6 Applications ............................ „ ............... „ „ ... „ .................................. „ „ .................................................. 49 2.7 Polyolefin Composites .. „.„ .. „.„„.„ ... „„„„„ ..... „„„„ .. „ ... „ ..... „„ .. „„.„.„„„„ .. „.„„ ... „.„„„„.„.„ .... „ .......... 51

vii

viii CONTENTS

3 Introduction to Fluoropolymers ................................................................................................................... 55 Sina Ebnesajjad

3.1 Introduction ........................... „„„.„ .... „ ...................................... „.„ ... „ .. „„ ....... „ ..................... „ ............. 55 3.2 Fluoropolymer Classification .................................................................................................................. 55 3.3 Fluoropolymer Products ........................... „ ..................... „ ................. „ ........ „ .......................... „ ............. 56 3.4 Monomer Synthesis ... „„ .. „ .. „„„ .............. „. „.„ .. „ ... „ .. „ .. „ .. „„.„.„ ........... „ .... „„.„„ .... „„ .. „„.„„„.„„.„.„ 56 3.5 Monomer Properties .... „ ........... „ ............................................. „ ..... „ ........ : .... „„ .................... „ .. „.„ ..... „ .. 59 3.6 Polymerization and Finishing „„.„.„.„ ........... „.„ ...... „„ .... „ .. „ ... „„ ...... „ .. „„„„„„„„ .. „ .. „„.„.„„„„„„„.„ 60 3.7 Structure-Property Relationship of PE to P1'FE .„.„ ... „ ......... „„.„„„„„„„ ... „ ....... „ ... „.„„„„„„„ .. „„„.„ 63 3.8 Polymer Properties of P1'FE ... „.„.„ ..... „ ............................. „ .. „ ... „ .. „.„ ...... „ ..... „„ ...... „„ ...... „„ .. „„.„ .. „ 63 3.9 Fabrication Techniques .„.„ .... „„ .. „ ........ „ ........ „ ....... „.„ .. „„ .. „ .. „„.„.„ .. „„ .... „„„ .. „.„.„.„„„„„„„.„.„.„. 66

3.10 Applications .„ ... „ ........... „„„ .. „.„„.„ ........... „.„„ .... „ ..... „.„„.„„„ .... „ .. „.„ .... „„„„„„„„„.„„„„„„.„„„„„.66 3.11 Safety .... „ .. „„.„.„„„„„.„„ .. „„„.„„ ............. „„ ..... „ .. „„„ .. „„„„„ ... „ ........ „ ...... „ .... „„„„ .... „ .. „„„„„„„„„. 67 3.12 Poly:rnerization Surfactant. .... „„.„„.„ ........... „ ... „ .. „„.„.„.„ .. „„.„„„.„ .. „„„„„„ ... „„.„„.„„„„„„.„„.„.„,_ 67 3.13 Economics„„ ......... „ ...... „.„ ......................... „ ....... „.„.„ ......... „.„ ..... „„„ ............ ....... „ ... „ .... „„.„ .. „.„„.„. 68 3.14 Summary .„.„ ........ „ ............. „.„„„„„ ... „ ............. . „ ........ „.„ ............... „„ .. „„„„ ... „„ .. „„.„„„ .. „ .. „„„„„„„68 Further Readings .. „„ .. „„„ ...... „.„.„ ... „.„.„.„ .. „ .. „„ ....... „ .......... „„„.„„ ...... „.„„„„ ... „ .. „.„„ .. „„„.„„„„„.„„ ... „ 68 References ............. _ ........................................................................................................................................... 68

4 Poly(Vinyl Chloride) ...................................................................................................................................... 73 William F. Carroll, Jr., Richard W. Johnson, Sylvia S. Moore and Robert A. Paradis

4.1 Introduction ....... „ ........................................................................... „ .... „ ........................... „.„ ..... „.„ ... „.„. 73 4.2 Synthesis of Vinyl Chloride .. „.„„.„.„.„ ................. „ ....... „ .... „ .. „.„ .... „„ .. „„„„„ .. „„„„„„.„.„ .... „ .. „.„ .. „ .. 75 4.3 PVC Resin Synthesis and Characterization „ ..... „ ................ „ .... „„ .. „„ ... ..... „„ ... „„„ .. „ ... „ ... „„„.„.„ .. „ .... 76 4.4 PVC Compounds: Processing and Applications .„.„ .......... „.„ .. „.„ .. „ ....... „.„„„„„ ... „ .... „ ... „„„.„.„„„„ ... 79 4.5 Recycling PVC .... „ ......... „ ............. „ .. „ ....... „ ................................................................... „.„ ... „„.„„ ... „~ .• 86 4.6 Vinyl: Sustainability and Energy Efficiency .. „„„„ ......... „„.„.„„ ......... „ .... „.„.„ ............... „„„„ .. „„ ...... „„ 88 4.7 Vinyl Chloride and Health .. „.„„„ .. „„ ...... „ ...... „ ... „.„ ....... „ .... „ ......... „„„ .. „.„ ............. „.„.„„ ............... „ .. 88 4.8 Dioxin ..... „„.„„.„.„ .... „ .. „ ... „„ .... „ .... „ .. „„ ... „ ................... „ .... „ ........... „.„ .................. „ ...... „ .. „ .. „ .. „„.„ .. „ 89 References .„.„„„„„„„ .„„.„.„ .. „„.„„„ ... „„„„„ .... „.„ ...... „ ............. „ .. „„ ......... „ .... „„ .... „ .... „ ......... „„ .. „ .. „ ....... 89

5 Thermoplastic Elastomers ............................................................................................................................. 91 Geoffrey Holden

5.1 Introduction„.„ ....... „ .. „.„„.„ ...... „ .... „ .. „ ... „ ...... „.„„ .............. „ ....... „ .... „ ......... „ .... „„.„ .. „ .... „„.„.„„ ... „„. 91 5.2 Classification and Structure ........ „.„ .... „ ................ „ ................ „ ............. „.„.„„„:„ ... „ ........ „.„„ .... „ ......... 91 5.3 Production .............. „ .... „ ...... „.„„„ .. „ ...... „ ... „ ........................ „ ................ „„ ..... „ ... „„ ......... „ ... „.„„ ...... „ .. 95 5.4 Structure-Property Relatio:iships „ ...... „ ....... „„ ................. „„ ... „„.„ ............ „ .. „„„ ........ „„ .. „ .. „„„„ ......... 98 5.5 Applications ...... „ .............. „ ....... „„ .......................... „ .... .. .. ... ..... „„ .......... „„„ ............ „.„.„ ... „ ... „ ... „ .. „„100 5.6 Economic Aspects and Trade Names ... „.„ .. „ .............. „ ....... „.„ .. „ ........... „ ... „ .. „„ ......... „ ..... „ .. „.„.„.„„.101 References ....... „„ .................. „„ .... „.„ ... „ .............. „ .................... „ ........ „ ..... „ ....................... „ ........ „ .. „ .... „„.105

6 Thermoset Elastomers ................................................................................................................................. 109 James E. Mark

6.1 Introduction ....... „„ .. „„ ... „.„.„ ..... „ ............. „„ .... „ ...... „ .. „ .. „.„ ..... „„„ ....... „ .. „„ ... „ ..... „ ... „ ...... „„.„ ........ 109 6.2 Some Experimental Details ..................... „ .. „ ....................... „ .. „„.„ .......................... „ ... „.„„ ....... „ ... „ .... 111 6.3 T)'pical Stress-Strain Behavior ... „ ............. „„ .......................... „ ............................ „.„ ... „.„.„„„„ .... „ ..... 112 6.4 Control of Network Structure „ ...... „ „ ...................................... „. „. „ .......... „ ...... „ .. „ ...... „ ... „.„ ... „ ..... „ ... 113 6.5 Networks at Very High Deformations .„.„ ... „„ ..... „„.„ .. „„„„„„ .. „ ...................... „ ....... „ .. „.„ .. „ ...... „ ...... 113 6.6 Multimodal Chain-Length Distributions .......... „.„„ ..... „ ..... „ ... „ .... „ ... „ .......... „ ... „ ......... „.„.„ .. „„ .......... 114

CONTENTS ix

6. 7 Other 'fYpes of Deformation ....................................... „.„ ....... „ ............... .................. „ ........................... 116 6.8 Filler-Reinforced Elastomers and Elastomer-Modified Ceramics .......... „ ......... „. „ ...... „ ....... „ .. „„ .... „ ... 116 6.9 Current Problemsand Future Trends „„.„„ ....... „„ ... „.„ ... „„.„ ...... „ ......... „.„.„ ........ „ .. „ ...... „ .... „ ...... „„. 118 ~s.„„„„„„ .. „ .. „.„ ........... „ .. „„.„ ......... „ .•.......................... „ ... ~ .. „„ ......... „ ....... „ .. „ ....... „ .................... 118

7 Biodegradable and Biobased Polymers ...................................................................................................... 127 Long Jiang and Jinwen Zhang

7.1 lntnxluction„ .. „ ... „„„„.„ .. „.„ ......... „.„.„„„ .... „„ ............... „ ............ „.„ ............. „ ............... „.„ ......... „.„ .. 127 7.2 Naturally Occurring Biodegradable Polymers ................................. „ .. „ .............. „ ........ „.„ .... „ .. „ .......... 127 7.3 Biodegradable Polymers Derived From Renewable Resources .. „„„„„ ........ „.„.„.„„ ....... ................ „ .... 132 7.4 Biodegradable Polymers Derived From Petroleum ............................................................. T •••••••••••••••••• 135 7.5 Biobased Polymers Derived From Plant Oil.„ ... „ ........... „„ ....... „ .. „„ ... „ ........ „ ......... „ ..... „.„„ .......... „ ... 137 7.6 Concluding Remarks ............................................................................................................................... 139 ~ ........................ ~ ............. „ .....•. „ ............... „ ... „ .......... „ .................... ; .......... : ... „ .............................. 139

8 Polymerie Bio.materials ................................................................................................................................ 145 Wei He and Roberto Benson .

8.1 ~on' ... „„ ....... „„ ........ „ .......... „ .... „ ... „ ...... „ ......................... „ .... „ ... : ............................................. 145 8.2 Polymerie Biomaterials in Ophthalmology ....... „ ... „.„ ....... „„.„.„ .... „.„ ....... „„„ .... „ ......... „ ........ „„ ..... „145 8.3 Polymerie Biomaterials in Orthopedics .„ ..... „ .... „„„„„ ...... „ ........... „ ............. ................ ............... „ ....... 149 8.4 Polyßleric Biomaterials in Cardiovascular .............................................. ..... „ ................ „ ...................... 151 8.5 Polymerie Biomaterials for Wound Closure ...................... „ ......... „.„ ................................... „ .... „ .... „.„. 153 8.6 Polymerie Biomaterials in Extracorporeal Artificial Organs .„ ... „ ....... „ .......................................... „ ..... 155 8.7 Polymerie Biomaterials for Nerve Regeneration .................................................................................... 156 8.8 Conclusions and Future Outlook ........... „ ..................... ............. ... ... „ ............................... „ .• „ •...••..... „ •.. 157 ~.„„„„„„ ........ „ ...... „ ...... „ ... „ .................. „ .................. „ .................... „ ............................................. 157

PART II: PLASTICS PROCESSING ........................................................................................................... 165

9 Recycling of Plutics ..................................................................................................................................... 167 Adrian Merrington

9.1 ~on .............. „ ................................................................................................. „ ....... „.c..„ ........... 167 9.2 Technology to Recycle Plastics ....... „ .................................... „ ............ „ ............... „ ........... „ .... ~ .............. 170 9 .3 Challenges ............................................................................................................................................... 180 9.4 Industriesand lndustry Organizations ..................................... „ ... ........ „ ............................... „ ............... 184 9.5 •r.1111.„„„.„„.„.„„„ ....... „.„„„ .... „„„ ........ „„.„„ .. „„ .. „ .. „.„ .......... „.„ .. „„ ....... „„„„„„.„.„ ... „ ....... „ ..... 185 9.6 Conclusions .............. „ ............................................................................................................................. 185 Acknowledgment ........................................................................................ „.„ ......•...................... „ ............... 186 - •• „ ...•.. „.„ ...................... „ ................................................................... „ .............................. : ........... 186

10 Injection Molding Technolog:)" ................................................................................................................... 191 William G. Frizelle

10.1 The Injection Molding Screw .................................................... „ ........ „ ... „ ......................................... 201

11 Microcellular Injection Mold.Ing .................................•...................................................•......................... 203 MarlcBerry

11.1 lntroduction ................ .................................... .... ............... , ............................... „ .............................. 203 11.2 Background .. „ ........................................................ „ .................. „ ..................................................... 204 11.3 General Discussion of Foam Processing ............................. ......................................... ... „ ................ 205

X CONTENTS

11.4 General Discussion of Microcellular Processing ........ „.„„„„ .... „.„„ ..... „„ ..... „.„ ... „.„ ... „„„ ..... „.„„ 206 11.5 General Discussion of Microcellular Injection Molding .„„„.„„.„„„„.„„„„„„.„.„„„„„.„„„„„„„.„ 207 11.6 Process Monitoring and Control Methods for Microcellular Injection Molding „„„„„„„.„„„„„„.„ 208 11. 7 Equipment Requirements for Microcellular Foam Injection Molding „ „„.„„. „ „. „ „„ „ „„ „.„„„„„„. 209 11.8 Trexel's MuCell Technology .„.„„ .. „ ............. „ .... „.„„.„„„ ... „„.„„ .. „„.„„.„.„„.„ .. „„„.„„.„„„„„„„„210 11.9 Other Physical Foaming Techniques„.„„„„„„„.„„„„.„„„„„„.„„„„„.„.„.„„„„„.„„„„.„„„.„„„.„„„210

11.10 Typical Objectives of Microcellular Injection Molding „.„.„.„„„„„„.„„„„„„„„„„„„.„ .. „„.„„„.„„. 212 11.11 Limitations of Microcellular Injection Molding „„. „ „.„ „ .„. „ „.„. „ „„.„„ „ „ „„„„„„„. „ „ „ ... „ „„.„. „ .. 213 11.12 Best Target Applications „.„.„„„„.„.„„„„.„„„„„.„„.„„.„„„.„„„.„„„.„.„„.„„„.„ .. „.„„„„„.„„„„„.„ 213 11.13 More Challenging Situations .„„„„„.„.„„„.„.„„„„„„„.„„„„„„.„.„ .. „„„„„„.„„„ „„„„„„„„„„.„„„„ 213 11.14 Commercial Examples „ „„ „ .„ .„ „ .. „ ... „ ..... „ ... „ „ „ ... „ „. „ .„ ..... „ .. „„ ...... „ „ „ „ ... „ „ .. „„ .. „ „. „ „ .. „ „ .. „. „ 214 11.15 Future Trends .„„„„„ ..... „„.„:.„„„.„„.„.„ .. „„.„„„ ... „„.„„ .. „.„„ .. „„.„„ .. „„„.„„.„„„ ... „.„„„ .. „„„„.„214 References ............................................. „ .............................................................................................. „ ..... 214 Appendix „ ... „„.„ .. „„.„„„.„„„.„„„„ .. „.„„„.„„.„ .. „ ... „.„ .... „ ... „„„ ... „„ .. „.„„„.„ .... „„„„.„.„„ .. „.„„.„„.„„.„ 215

12 Extrusion Processes ...................................................................................................................... : ............. 217 Eldridge M. Mount, III

12.1 Introduction .. „ „. „ „ „ „ .. „ .. „ „„ ... „ .„ „ .... „ ... „ ..... „ ..... „ .. „. „ .. „ „ „. „ „„ „ „ .... „. „. „ .. „ „. „. „. „. „ ... „ „ „ „„„. „„ 217 12.2 Single-Screw Extruders.„ .. „„„„„.„„„ .. „.„„„„ ... „„ ... „„„.„„„„„„„.„„.„.„.„„ ... „.„„„„ ... „ .. „„„ ...... „„ 218 12.3 Single-Screw Extruder Mechanisms ......... „ ... „.„„„„ ... „.„„ .... „.„.„.„ ... „ .... „ ....... „ .. „„. „ .. „ .. „„„„.„ ... 219 12.4 Twin-Screw Extruder Equipment. „ .... „. „ .. „ ... „. „ „ .. „. „ „ „ .. „. „. „ „. „. „. „ „ .. „ „ „ ..... „ ..... „. „ .„„„ .„.„„„„ 236 12.5 Planetary Roller Extruders: Principle Components and Operating Principles.„„„.„„„.„„.„„.„„„.„„ 250 12.6 Shaping and Drawing and Extrusion Applications „. „„ „ „ „„ .„.„. „„ „. „ „ „ .„ .„ „. „ „. „.„ .„„.„. „„ .. „.„„. 256 12. 7 Extrusion Laminations and Coatings .„.„ .. „ ... „.„.„ .. „„ .... „.„„„.„„„„.„„„„„ ... „„„.„.„„„.„„.„ .. „„.„„ 260 12.8 Solidification and Cooling · .. „. „ ..... „ „ „ ..... „ ....... „ .... „. „ .... „ ... „ „„. „ „ ..... „ „ „ „ „. „ „. „ .. „ „„.„. „.„„„ .„ „„ 260 Ref erences ........ „ ..... „ .... „ .... „„ .... „ ... „. „ ... „ ....... „ .... „ .. „„ .............. „ ... „. „ .. „ ... „ „ „ „. „ „ „. „ .. „. „ „ „„„. „ „. „„. „ 263

13 Blow Molding ............................................................................................................................................. 265 Samuel L. Be/eher

13.1 Introduction.„„ .. „„ .. „ .. „.„„„„.„„.„ .. „ ... „.„ .. „„.„.„ .. „„.„.„„.„.„„„.„„ ... „„ .. „ ... „„ ... „„ .. „„.„„.„.„.„„. 265 13 .2 The Process ......................................................................................................................................... 265 13.3 Fonnulas for Blow Molding.„„„.„ .. „.„„ .......... „ .. „„„„„.„„.„„„„„.„„„„.„„„.„„ .. „„.„„„„„„„„„„„.„275 13.4 Troubleshooting „„ .. „ „„.„„ .. „.„ .... „ ... „ .... „.„ .... „ .. „„.„.„„ .... „.„ .. „.„ .. „ ... „„ .. „.„.„„„„„„„„„„„.„.„„. 279 Acknowledgments „ ... „ ........ „„„„ .. „ „ ... „„ ... „„. „ ....... „.„ .. „.„ ... „.„.„„. „„„„.„ .... „„ .... „„.„„„„.„.„„.„„„.„„. 289

14 Compression Molding ................................................................................................................................ 291 Robert A. Tatara

14.1 Basics of Processing by Compression Molding „„ „ „„. „„ „„. „. „. „ „ „. „ .„„ .„ „ „. „„. „ „. „„ „ „„.„„ „. „„ 291 14.2 Molding Force and Pressure.„„„„.„„.„„„„„ .. „„„.„„.„„„„„„.„ .. „„.„„.„ .. „„„.„„„„„ .. „„ .. „.„„„.„„.294 14.3 Typical Presses .„.:„.„„.„.„.„„.„„„„.„„.„„„.„.„„ .. „.„ .... „.„„.„.„.„ ...... „„ .. „.„„„.„„.„„„„„.„„ .... „„. 294 14.4 Compression Molds and Associated Tooling „.„.„.„.„„.„.„.„.„„„.„„„„„.„„„.„„.„„„„„.„„.„.„.„.„. 300 14.5 Commonly Used Resins„ .. „„ ..... „ ... „.„„„„ .... „„„„.„.„.„.„.„„.„„„ ... „ .... „.„„„ .. „„„„„„„„„„„.„.„ ... 303 14.6 Resin Charge Characteristics .. „.„.„.„„.„„„.„.„ .. „.„„.„.„.„ ... „.„„ .. „.„„.„.„.„.„.„„„.„ ... „„.„„„„ ... „ 304 14. 7 Processing Parameters for Granules, Powders, and Preforms .„.„„„„„.„„„„„.„„.„„„„„„„.„„„„„„ 306 14.8 Resin Matrix Modifiers „„„.„„ .. „.„„„ .. „„.„ ....... „.„ ... „„ ..... „.„ .... „.„ ... „.„.„.„ .. „„ .. „„„„ ... „„„„.„„ .. 308 14.9 Engineered Fiber-Reinforced Molding Compounds„„„„„.„„„„„„.„„„„„„„„.„„.„„„„.„„„„.„„.„„ 310

14.10 Comparisons with Transfer Molding and Injection Molding„.„„„„„.„.„.„.„„„.„„.„.„„„.„.„„„„.„. 313 14.11 Similar Processes „„ .. „„„„„„.„.„ .. „„„.„„„ .... „„„„.„.„„„„„„ .. „„„ .... „.„.„.„.„.„.„„.„.„.„ .. „.„ .. „„.„ 314 14.12 Modeling the Fluid Dynarnics and Heat Transfer of Mold Pilling „„„. „ „„ „ „ „ „„„„„„ „ „. „„ „. „„ „ „ 314 14.13 Ensuring Part Quality and Process Efficiency„„„„„„„„;.„„.„„„„„„.„„„„.„„„„„.„„.„.„.„.„„„„„„.316

CONTENTS xi

Acknowledgments ......................................................... „ ..• ; .. „ „ „ .............................. „ „ ............................... 319 References ................. „ ..................................................................................................... „. „ .. „ ......... „ ........ 319

15 Rotational Molding .................................................................................................................................... 321 PaulNugent

15.1 Introduction ...................................................................................... „ ................................................. 321 15.2 Rotational Molding Process ....................................................................................................... „ ....... 322 15.3 Materials for Rotational Molding ...................... „ ...•....•. „„ ...... „ ................................................... „„„ 324 15.4 Molds for Rotational Molding „ ................................. „ ... „.„ ... „ .......................................................... 330 15.5 Machinery for Rotational Molding ............................................................................ „ ....................... 334 15.6 Design for Rotational Molding ..................................................................... „„.„ ..... „ ......................... 339 References ........................... „ ....................................................................................................................... 343

16 Thermoforming .......................................................................................................................................... 345 Jim Throne

16.1 Introduction ........... „ ........ „ ............................. „ ............................. „ .................................... „ ... „ ... „ .. 345 16.2 Thermoforming Characteristics ..... „ ...................... „ ................ „ ..................................................... „ 345 16.3 Thermof ormed Product Characteristics „. „. „ „. „ .... „ .. „ ............... „„. „ .................................... „ ......... 346 16.4 The Thermoforming Concept ......... r·········: .. „ .. „„.„ ....................................................... „ .. „ .... „ ... „ .. 346 16.5 Thermof orming Machinery „ „. „ .... „ ... „ „ ....... „. „ .............................................. „ ............................... 351 16.6 Thin-Gauge Thermoforming ........... „ ... „ .................... „ ..................................................................... 352 16.7 Thick-Gauge Thermoforming ........................................................................................................... 355 16.8 Other Thermoforming Technologies ................................................................................... „ ............ 359 16.9 Heatei:s .. „.„ .. „„ ....... „ ...... „ ....... „ ........... „ .......... „ ............ „ ..... „ ....................... „.„ ... „ ........ „„ .. „ ......... 361

16.10 Thermoforming Mold Materials .. „„ .... „ ...... „„„„„ ...... :„ ..... „„„ ..... „„.:.„„„„ .. „ .......... „.„„ ........ „.„. 363 16.11 Plastic Materials ............ „ .... „.„ .„ ......................... „ ......... „ „ .. „. „. „. „ „. „ .. „. „ .... „ ........ „ ........ „ ........... 366 16.12 Product Design ....... „ .................... „ ............. „.„ .. „„„ ... „ ........... „ ......... „.„ ..... „ .................... „ ........ „„370 16.13 OperationalAspects ofThennoforming .... „ .. „„ ............. „ .................. „ .. „.„ ..... „ ..... „„„ ............... „ ... 374 References ........................... „ .... „„ ... „ ...................... „.„ .... „ ...................... „ .. „ .. „ ................ „ ....................... 375

17 Process Monitoring and Process Control: An Overview ..... „ .• „„ •...••• „„ •. „„ •....•.•............. „ ...••••.• „ •.•••.• 377 Mark Berry and Nick Schott

17 .1 Introduction .................................................................................... „ .. „ .....................• „.„ ... „ .......... „. 377 17 .2 Historical Factors Affecting the Development of Process Monitoring and Controk„ ... „„ ...... „ .. „ ... 377 17.3 Basic Concepts: Open-Loop and Closed-Loop Controls.„„ ..... „„„ ... „ ......... „ ........... „ .. „ ........ „„ ..... 379 17 .4 Transducers U sed in Plastics Processes . „. „ ..... „ „ ............ „ ............. „ ................................................ 382 17 .5 Data Acquisition Systems .„„ .. „ .......................................... „„ .......................................................... 384 17 .6 General Control Strategies: Extrusion Versus Injection Molding .............. „ .. „ „.„ .. „ ....... „ .. „ ........... 384 17 .7 Process Control Applications Overview: Extrusion„ .... „ .. „ ... „ ...... „ .... „ ....... „ ................ „ ...... „ .... „ .. 386 17 .8 Process Control Applications Overview: Injection Molding ............................................................ 389 17. 9 Process Development Tools ............................. „ ..... „. „ ......... „ „ ........................................ „ ..... „ „ ... „ 391

17 .10 Conclusions. „ .... „ ....... „ „ .. „ „ ......... „ .. „ .. „ ...... „ „ .. „ ....... „ .... „ .„ ...... „ ... „ .... „„.„ ..... „ „„.„„ .. „ ..... „„„.„ 393 References ........................................................................................... „ .................................. „ .......... „ ....... 393

18 Polymer Stabllization ...................... „ ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ~ •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 395 Pieter Gijsman

18.1 Introduction ......... „ ....... „„„„.„ .. „.„.„.„„„ ....... „„ ..... „ .... „ ....... „ ....................... „ ........... „ .................... 395 18.2 Degradation Chemistry .... „ ... „ ............. „„ .. „ ........ „ .. „ .......... „ ........................................ „ ................... 396 18.3 Stabilizers„ .... „ ... „ ...... „„„„ ..... „„ .. „ .. „.„„ ............... „ ................................................ „ ......... „ ............. 398 18.4 Performance of Stabilizers .„ ........... „ ..... „ .... „ ... „.„.„ ..... „ .... „ .................................. „ .... „ ................... 405

xii CONTENTS

18.5 Other Factors Determining the Choice of Stabilizers ......................................................................... 408 Appendix 18.l Chemical structure, CAS number, and several trade names of several stabilizers „„„„„„. 409 Ref erences . „ ........ „„ „ „ .... „. „. „ „ „. „„ „ „. „ „ „ „ „. „ „ „. „ „ .................. .-..................... „ .... „. „ „ „ „ ..... „ „ „. „ „ „ „ „ „ 413

19 Chaotic Advection and Its Application to Extruding Micro- and Nanostructured Plastic Materials ......................................................................................................................................... 423 David A. Zumbrunnen

19.1 Applicability and Fundamentals .. „ .. „„ ........ „ .......... „.„ ....... „ ........... „ ....... „„ .. „„.„ ......... „ .. „.„ .. „ ... „„423 19 .2 Machinery and Process Control „„. „. „ .... „. „ .. „ „ „. „ „„ „„„. „ .. „ „ „. „ „„ „„. „ „„„ „ „ „„„„„„ „„. „ „ „ .„„„. 425 19.3 Micro- and Nanolayered Plastics „ .. „„„„„„~ .. „ ... „ .... „ ..... „„„.„„„„ .... „„„.„ .. „„.„„.„ .... „„.„„„„„ ...... 430 19 .4 Polymer Blends „ „. „ „ „„. „„„.„„ „ „. „„ „ „. „ „„ „„„„ „.„ ... „. „ „„ „ „ „„. „„„ „.„ „. „„„„„.„„„„ ................. „ 431 19.5 Polymer-Solid Composites and Nanocomposites „.„„„.„.„.„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„432 19 .6 Mixtures and Nanodispersions „„.„„„„„.„.„.„.„„.„„„„.„„ .... „„„.„„„„.„„„„„„„.„„„.„„„„„„„.„.„.„ 434 19. 7 Decoration .. „. „ „ ...... „ ... „ .. „. „ .. „ „ ... „ .. „ „. „. „. „. „ „ ..... „ ... „ „ .... „ „ „. „ „„ „ .. „. „. „. „ „. „ ... „ „ „ „ .„ „ „ „„„„ „ 435 19.8 Rheology Measurements with Concurrent In Situ Structuring „ .. „.„„.„„.„„„„„„„„„„„ .. „„„„„ .. „„„ 436

References ········································································-···················································: .................. „ .. 438

PART III: ADDITIVES, COLORANTS AND FILLERS ... „ ... „ .•...•••. „„ •• „ •••...•• „„ ..... „.„ .• „ •. „„ .. „.„.„„„ •• 441

20 Surface Modification of Plastics .. „ ••• „„„„ ••• „ ... „ .......... „ .................................... „ ....... „ ....•...... „„.„„„„ ••• 443 Kenth S. Johansson

20.1 Introduction: Surface Modification of Plastics: For What Reasons? .„„.„„„„„.„„„ ... „„ ... „„„„„„„„. 443 20.2 Overview of Surface Modification Techniques ................................................................................... 443 20.3 Surface Modification (Activation) Techniques ................................................................................... 443 20.4 Surface-Coating Deposition Techniques ............................. „.„„„.„„ .. „ ..... „„.„.„„ .... „„„„„.„„„„„„„ 464 References ............................................................................................................ „ ...................... „ .......... „ .. 479

21 Plastics Additives ........................................................................................................................................ 489 Emest A. Coleman

21.1 Introduction ... „ ....... „. „ ... „ „ ....... „ .. „ ... „„. „„ ... „. „ „ „ „ ... „ „ .. „ „„ „. „„ „. „ „ „. „. „„„. „„. „„„. „ „„„ .. „ „ .. „ 489 21.2 Overview „ ..... „„.„ ... „„ ... „ .... „„„„.„ ...... „„„ ... „„.„„„ .. „ .... „.„„.„„„„ .. „.„„„„„.„„„.„„„„„.„„„„„„„489 21.3 Thermal Stabilizers „„.„„.„„ ....... „„ ................................................... „ ............... „.„„„„„.„„ .. „„.„ ... 490 21.4 Nucleating Agents ....................................................... „.„„„„„„.„„ .. „.„„„„„„.„„„„.„„.„„ ..... „.„ .... 491 21.5 Antioxidants ............................................................................. „ ........ „„„.„.„„.„„„„„.„.„„ ..... „.„„„ 491 21.6 Flame Retardants ............... „„ ............. ; .............................. „ ........... „ ......... „ ............. „ ....... „ .... „„.„.„493 21.7 Color and Colorants ....... „ .. „.„.„ ... „„ .... „„.;„„.„.„.„.„.„„ .. „.„„„„„„.„.„„„ .... „„.„„„.„.„.„ ......... „ ... 494 21.8 Fillers ..................................................... :„ .. „.„.„ .. „ ... „ .. „ .... „ ... „ .. „„ .... „„„„ .. „„.„ ..... „„„ ................ 494 21.9 Reinforcements .. „ ............................ „„.„ .. „„.„.„„„„ ... „„.„.„.„„„„„.„ .. „.„„„„„„„„„„„„„.„„„„.„„496

21.10 Impact Modifiers and Impact Modification„ „„ „ .. „. „ .. „„„.„.„.„.„„„„ .... „„„„ „„„„„„„ „„„.„„„.„.„. 497 21.11 Miscellaneous ....... „ ........... „ ................. „.„ ....... „„ ............. „ .. „ ............ „.„.„ ........ „„.„„ ....... „„„„.„.„498

22 Dispersants and Coupling Agents ............................................................................................................. 501 Chris DeArmitt and Roger Rothon

22.1 Introduction ........... „ ............... „ ... „. „.„. „ .. „ .... „ „ ..... „ „ ......... „ ........ „.„ ........... „ .. „ .. „.„ „.„„ „. „ „ .„.„ .... 501 22.2 Dispersants „.„ .. „„ ........................... „ ...... „ .. „.„.„„ .. „.„„„.„„„„„„.„ .. „„„.„„„.„.„„„.„„„„„.„„„„.„„. 501 22.3 Practical Use Considerations ........... „ .. „ ...... „ ................... „ ........ „ ..................... „ ..... „.„ .. „„ ... „„ ... „.„. 505 22.4 Types of Dispersants „ ... „ .. „ .„ „ .... „ .„ ....... „ .... „. „ „. „„ „ .. „. „ „ „ „. „ „. „. „.„ „ .„. „.„ „ „. „.„„„„ „„. „ „„ „„„ 505 22.5 Property Effects ........... „„ .... „.„ .. „„„„„.„„ .. „ ...... „ .......... „ ...... „ ...... „ ...... „ ....... „„„ .. „.„ .. „„„„„„„.„„. 506

CONTENTS xiii

22.6 Coupling Agents„ ...... „ ..... „.„„ .... „ ...... „ .. „„„„.„.„ .. „„„ ........ „ .. „.„.„„.„.„„„ ....... „.„ .. „„.„„„ ... „ ......... 508 22.7 Conclusions .„.„ .. „„.„ .. „„„.„„„.„„ .. „.„„.„ ... „.„„.„„.„ .. „.„.„„.„„„.„„.„„ ... „„.„.„ .. „„„„.„„„„.„„„„„ 516 Further llldi"g„.„ .. „ ... „„„„ ... „.„„„ ... „.„„„„ .... „„„.„„„.„„„„ .. „„„„.„„ .. „ .• „.„„„.„.„„.„„„„„„.„ ... „„ ... „„. 516

23 Functional Filters for Plastics ................................................................................................................... 517 Chris DeArmitt

23.1 Introduction „.„„„.„ .. „„.„ .. „„.„.„„„.„„ ... „ .. „.„.„„ .. „„.„„ ... „„„„„„„„„ .... „„„.„„„„„.„„.„.„.„„ ... „ .. 517 23.2 Tue Basics .„„ .... „.„.„.„.„„ .. „ .. „ .. „ .. „.„„ ..... „.„ ... „„„„ ... „.„„„.„„.„ .. „ ... „.„ .. „„.„„„„.„„.„.„.„.„„„ .. 517 23.3 Thermal and Electrical Properties .„.„.„„„„„.„„.„„„„.„„.„„.„„„„„„.„.„„„„.„ ... „.„„ .. „„„„.„.„ .. „ .. 523 23.4 Hardness, Friction, Scratch Resistance, and Wear „.„„„„„.„„„„„„„.„.„„„ .... „„„ .. „ ... „„„„„.„ ... „.„ 525 23.5 Barrier Properties .„ .... „.„„.„„„.„„„„„.„ .. „.„.„„.„„„.„„„.„„ ... „.„„ .... „ ... „„ ... „„„.„„„„„.„ .. „.„„.„ .. 526 23.6 Optical Properties .. „ ..... „„„.„„„ .... „ .. „„.„ ...... „ .... „ ....... „.„ .... „.„„„„ ...... „„ .. „.„ ... „ . .11 •••••• „ ...•. „„„„„ 526 23.7 Processing „„„„„„„.„.„„.„„„ ... „.„„„„.„„.„ .. „.„.„.„.„„„„.„„.„.„ .. „.„ .. „„„ ... „.„„„„.„„.„„„„„.„„„. 527 23.8 Extra Phase Effects .„ ... „„.„„.„„.„„„„.„.„„ .. „ ... „ .. „„.„„ ... „„.„„.„„„ ... „„.„ .. „„„ ... „.„.„„„ .. „„.„„„. 528 23.9 Popular Fillers „.„.„.„„.„„.„„„ ... „.„ .. „.„ ... „„„.„„.„ .. „„.„.„„ ...... „ .. „ .. „ ... „.„ .... „„„„.„„.„„ .... „ ... „„. 529

23:10 Specialty Fillers„ ... „.„.„„.„ ..... „„ ........ „ .... „ ............ „.„ ... „.„.„ .... „„ .. „.„„ .. „.„„.„ ......... „ .. „ ........ „„„ 529 References „.„„ ...... „.„„ ... „.„„.„„ ... „„ ... „.„ .. „.„„.„ .. „ ... „ .. „„ .. „„„„„„.„.„.„.„ ... „„.„ .. „ ...... „„„„.„.„ ... „.„ ... 531

24 Plasticizers .................................................................................................................................................. 533 Allen D. Godwin

24.1 Introduction .„„„ .. „„ .. „.„„„.„„„.„„„„.„„.„ .. „„.„„ .. „ ... „ ........ „„ ..... „ ..... „.„ .. „.„„.„ .. „„.„„„„„.„„„ .. 533 24.2 Mechanism of Plasticization .„„.„„„„.„„.„ .. „.„„„ .......... „ .. „„.„„.„„.„ .. „.„„.„ .. „.„.„.„„ .... „.„.„ .. „„ 534 24.3 fypes of Plasticizers.„ ... „.„„.„„ ... „„„.„„„„.„„.„„ .. „.„„.„„„„.„ ... „ .. „.„„ ..... „ ... „ .. „„ .. „„.„.„.„ ... „„ .. 536 24.4 Phthalate Esters ..... „ .......................................................................................................................... 539 24.5 Terephthalate Esters „„.„ „ „„ „. „ „. „ .. „. „ „ ..... „ „. „„„„. „ „. „ .„.„ „ .. „ „„ „ .... „ „ .... „ „„.„ „ „. „. „. „ .... „ „.„. 541 24.6 Dibasic Acid Esters „. „ „„. „„ „. „ „. „„ „ „. „. „ .. „ „ „. „„ ... „ „. „ „ „ „. „ .„ „„ „ „. „ „„„ ... „„.„ „ „. „ „„ „ „. „. „ „„ 541 24.7 Epoxy Plasticizers .„„„„.„„„.„„„.„„„„„ .. „„„„ ... „„„.„„„.„„„.„„.„„„„.„„.„„ ....... „ .. „„.„„„„.„.„.„. 541 24.8 Trimellitate Esters „ ..... „ „„„. „. „ .. „„. „ „ „. „ „ „. „. „ .. „„ „. „. „„„ „ ... „„„ „ ..... „„. „„ .......... „ .„ „ „ „ „. „ „„„. 542 24.9 Benzoate Esters „„„.„„ „„„„. „. „ „. „. „. „ „. „ „ „. „ „ ... „„ „. „ ... „„„ „„„.„ „„„„ „„ „ „. „. „ „.„. „. „ „ „ „„. „„„. 542

24.10 Cyclohexanoate Esters .„.„„.„„„.„„„.„„ ... „„.„„.„„ .. „„.„„„.„ .. „.„„„„.„.„„.„„„.„.„.„„.„„„.„ .. „„„. 543 24.11 Polymerie Plasticizers „„ ... „ ... „.„„„„.„„.„„„„.„ .. „ .. „ .. „ .. „„„ ... „.„„„„.„„„.„„ .. „.„„.„„.„„„„.„„.„ .. 543 24.12 Phosphate Esters „ .. „„„„„„.„.„„.„„„„.„.„„„„.„„„„.„„.„„„ .. „.„.„„„ ... „.„.„.„.„„„„.„„.„„„.„„ ... „ .. 543 24.13 Citrate Esters „ ... „ .. „„ .. „„ „ „ „. „ „. „ „ „ ...... „ „ „ „. „ „. „ .. „ ... „ „ „ „. „ „. „ .. „ ... „„„ „. „. „ „„ „„. „. „ „„ „„. „ „„. 543 24.14 Other Plasticizers „.„„.„„ .. „„.„„.„„„.„„.„„„ ... „„„„„ ... „.„„„„.„.„„„„„„„„„„„.„„„„.„.„„„„„.„„.„ 544 24.15 Plasticizer Characteristics and Performance of Flexible PVC „„„„ .. „.„„.„ .... „.„.„.„.„„.„„„„„.„„„ 545 24.16 Plasticizer Selections for Specific Applications „„ .. „ .„„.„.„ „ .. „.„„„„ .„„ „„.„„„ „ .„„.„ ... „„ .. „„.„„„ 548 24.17 Plasticizers for Other Polyiners.„.„ .. „„ .... „ .... „.„ .. „„ ... „.„„„„.„ •.. „ .. „.„„.„ .... „ ... „ .. „„.„„„ ... „„ .... „. 549 24.18 Human Health Aspects of Plasticizers „„„„„„ .„ .„„ .. „.„.„„„. „ .. „„„.„„.„„„„„ „ .. „„„. „ „„„„„ „ „ „„ „ 550 24.19 Future of Plasticizers„.„ ... „„„ ... „.„ .... „ ... „ ................ „ ............ „ .... „ ..................... „ ........... „ .......... „ .. 551 References .. „ ........ „ ...................................................................................................................................... 552

2S Adhesion Promoters: Silane Coupling Agents ... „ ••• „„.„ ••••••• „ •• „„.„„.„„„„.„„„„.„„„.„„.„„„ •• „ •••••• „„.„ 555 Peter G. Pape

25.1 General Concepts „„„„„„ .. „ .. „ .. „ ... „ .. „„ .. „.„ .. „ .. „.„.„ .. „„.„ ........ „ .. „.„„ .. „ .. „„„„„.„„„ ... „„ ... „„ .. „.„. 555 25.2 Silane Adhesion Promoters „„ .... „„„.„.„.„.„.„.„.„.„„.„.„.„„„„ .. „„.„.„„ ... „.„„.„„„„.„„„ .. „„„ .. „.„.„ 555 25.3 Adhesion Promoter Mechanism with Silanes .„.„ ........ „ ...... „„„ ... „.;„„.„.„.„ .... „.„.„„„ .. „„ .. „.„ .. „„ .. 557 25.4 Optirnizing Coupling Agent Performance .............. „ .......... „ .. „ ....... : ............. „ ........ „ .. „ ............ „ .... „ .. 559

xiv C ONTENTS

25 .5 How to Choose a Silane Coupling Agent ... „.„„ .. „„.„.„.„.„„„„„„.„.„„„„„„„„„„.„ .. „.„„ ......•.. „„ .. „. 561 25 .6 General Applications of Silane Coupling Agents „„„.„„„.„.„„„„„„„.„„.„„„„„„„.„.„„ .. „.„„„ .. „.„„ 562 25.7 Industry and Utility „„.„„.„„ .. „ ... „.„„„.„„.„„.„„.„.„„.„.„„„„.„„.„.„„„„„„„„„„„„.„ .. „„„„„„„„„„„562 25.8 Non-Silane Adhesion Promoters .„.„„„.„.„„.„„.„.„„„.„„.„„.„„„„„„„ .. „„„„.„.„„„„„„„„„„ .. „.„.„„. 570 25 .9 Sources of Adhesion Promoters „„ „. „ „ „„ „„. „ „. „. „ „ „„. „. „ „. „ „„ .. „ .„ „ „. „ „.„ „ „„„. „.„. „„„„„.„„.„„. 570 References „„„ „„ „ „„„. „ .. „ „. „ „.„. „ „„ .. „ „„. „„„ „. „ „ „ .. „ „ „ ... „ „„.„ ... „ „ „ „ „„. „. „ „„. „ „. „„„„.„.„„„„.„„.„„. 571

PART IV: DESIGN AND APPLICATIONS „„„ •.............. „ ..... „.„ .•. „„„ •. „„ ...•.. „ ....... „ ... „ .... „ .......... „ ..... „ .. 573

26 Plastics Joining ........................................................................................................................................... 573 Avraham Benatar

26. 1 Introduction .................... „ ..................... . „ ................ .............................. „ ................................ „ .... „.„575 26.2 Mechanical Joining ........ „ ...................... „ .................. ............................... ......... „ .......................... „„. 575 26.3 Adhesive Bonding .......... „ ... .................. . „ ... ............................... „ .......... „ ...................... „ ...... „ ... „ ...... 580 26.4 Weiding .. „ ...................... „ . .. ..... .. ... .. . .... .. „ .......... .. .............................................. „ ........... „ .......... „ ... „. 582 References .„ .... „ ..... „ .... „ ......... „ ...... o••···· ········„··································„·················„···········•···„···„ .. „„„„.„. 591

27 Design of Plastic Parts ............................................................................................................................... 593 David Kazmer

27 .1 Introduction „ „„ .. „„. „ „ „. „. „. „ „ .. „ „ .. ..... „„ „ .... „.„ „ „ „. „ .„ ... „ „ „. „. „ „. „ „ „ „ „ „ „ .. „ .. „ „„„.„„.„„„.„.„.„ 593 27 .2 Material Selection „„ .. „ „ „. „. „ „ .. „ „. „ „ .„ .„ „. „ .„ „. „. „ .. „ „„ „„ „ „. „. „ „. „ „ „„ „ „ „ „„ „ .„. „„ „. „ „„. „ .„.„ „. 593 27 .3 Process Selection„ .. „„„.„ ........... „ .... „„ .. „ ... „ ...... „ .. „.„ ...•.... „„. „.„ ... „ .. „„ .. „„„ ... „.„„„„.„.„.„.„.„ .. „. 598 27 .4 Structural Design„„„„.„ ...... „„.„„.„.„ .......... „ .. „„ .. „.„ „.„ .. „„.„„.„.„„„„.„„ ... „.„ ... „ ..... „ ....... „„ ........ 602 27 .5 Design for Manufacturing and Assembly .„„„.„„„„„„.„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„„„„. 606 27.6 Conclusions .„„„ ... „.„„·„.„„„„„„„„.„.„„„„„„„.„.„.„„.„.„.„.„ ... „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ ... „„„613 Acknowledgments ......................... ...... „ ................................... „ ................... ................... „ ..... „ .......... „ ....... 614 Ref erences „. „ „ „ „. „ „. „ .„ „ „. „ „ „ „ „ „. „ „. „. „ „. „ „ „ „ „. „ „„ „ „ „ „. „ „ .. „ „ „ „ „ „. „ „ „. „ „ „. „. „ „ „. „ „. „. „ „ „. „ „ „ „ „. 614

28 Three-Dimensional Printing of Plastics ... „.„ .. „„„„„„„.„„„„„„„„.„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„„„.„.„„„617 David Kazmer

28.1 Introduction „„„„„.„„.„„„„ .. „„„„.„.„„„„.„„„„.„. „„.„„„„„„„.„.„.„„„„„„„„„„.„„„ .. „„.„.„„„„.„.„. 617 28.2 3D Printing Processes „„„„„„.„.„.„„.„ .. „„ ... „„.„.„„„.„„„„„„.„.„„.„„„ .. „„„ .. „„„„.„ .. „„„„„„„„„„. 617 28.3 Design with 3D Printing „„„.„„„ .. „.„„„„„.„„„„„„.„„„„„„„„„„ .. „.„„„.„.„„„„„„„„.„„„„„„„„„ .. „. 622 28.4 Manufacturing Strategy .. „„„.„„„„„„.„„„„.„„ ... „.„ ... „„„„„„„ .. „ .. „.„„.„.„„„.„.„„.„„„„.„.„„„„„.„„ 627 28.5 Future Outlook „.„.„.„„„„„„.„„„„„„„.„„„„.„„„„„„.„„„„„„„„„„„.„„„„„„„„„„„„„.„„„.„„„.„„„„. 632 28.6 Conclusions .„.„„„„ ... „„„„„.„„„„„.„„„„„„.„„.„.„„.„„„.„.„„„.„ .... „„„.„.„.„„.„„„„„„„.„„„„.„.„„„ 633 Acknowledgments „„ .„ „„ .„ .. „„„„„„.„„„„„„ .. „.„„„.„„„„„„.„.„„.„„„ .. „.„„„„.„.„„„„„„„„„„.„„.„„„.„„„ 633 References ....... „ ................... ........ ....... ........... .............................................................................................. 633

29 Plastics in Buildings and Construction .................................................................................................... 635 Sushant Agarwal and Rakesh K. Gupta

29 .1 Introduction . „ .„ „ „ .. „ „. „ „„ „ „. „ „ „ „ „ „„. „ .. „ .. . „. „. „ „ „. „ „„.„. „„. „ . . „ „ „„„ „ „ „. „ „ ... „„ .. „ „. „ „ „ .„ „. „„„ 635 29.2 Applications „„.„„„„„„.„„„„„.„„„„„.„„ .. „„.„„„„„ ... „.„„.„„.„„„„„„.„.„„„„.„.„„„„„.„„.„„„„„„„. 635 29 .3 Plastic Applications in Green Building Design„„„„„ .. „„„„ .. „.„ .... „„.„„„„„„„.„„ .. „„„„ ....••.... „„„„ 646 29.4 Conclusions .. „„„„„ .. „. „„„„„.„„„„„ ... „„„„.„„.„.„„.„„„.„.„.„„„„„„.„.„.„.„„ .. „ .. „„.„„.„„„„.„.„„.„ 647 Acknowledgments „„.„„„„„.„„„„„.„„„„„ ... „ .. „ .. . „„ .. „„„„.„„„„„.„„„„„„„.„.„ .... „„„„„„.„„.„„„.„„.„„„. 647 References .„.„.„.„„„.„„„„„.„„ .. „„.„„„„„„.„.„.„.„„.„.„„„.„„„.„„„„„„„„.„.„„„.„„„.„„„„.„.„„„„„„.„.„. 647

CoNTENTS XV

30 Automotive Applications of Plastics: Past, Present, and Future •••••.••••..•. „ •• „ ••••••••••••••••••.••••••••••.• „.„ •••• 651 Sai Aditya Pradeep, Rakesh K. lyer, Hakan Kazan and Srikanth Pilla

30. l Introduction ... „.„„ .. „„.„.„„ ....... „„„„ ... „ ... „„ ... „ .. „„.„„ ..... „ .. „„ .. „ .. „.„.„„ ... „„„ ... „ ....... „„„ ...... „„„„ 651 30.2 Exterior Components ....... „ .. „ ...... „ ................. „ ..... „ ...... „„ ...................... „ .......... „ ............. „ ....... „ ..... 652 30.3 Interior Components .„„ ... „ .... „„ .. „ ....... „ ..................................... „ .......................... „ ...... „ ..... „ .......... 658 30.4 Under-the-Hood Components ...... „ .......... „ ............................... „.„ ....... „„.„ ..... „ .. „„ ..... „„ .............. „. 663 30.5 Future Outlook „ ...... „ ....... „.„ ................. „ ..... „„ .................... „ „ ... „ ..... „ .... „ ............... „ ..... „ .... „ ... „„ ... 667 30.6 Conclusions ......... „ ........... „ .......... „ ...................... „ ...................... „„„.„ .. „ .. „ .. „ .„„ ............................. 668 References .„„„„„„ ........ „ ....... „ .. „„ ..... „„ .......... „ ..................... „ ......................... „„.„„„ ....... „„„ .. „ ...... „„„. 668

31 lnfrastructure Applications of Fiber-Reinforced Polymer Composites •..•..••.•..•.......•.•.••• „.„.„ ••• „„„ •.•. 675 Rota GangaRao

31.1 lntroduction ... „„ .... „ .. „ ..... „„ .. „ ... „ ...... „ ............................ „ ....... „ ....... „ .... „ ....... „„ .. „ ..... „ ........... „„.„675 31.2 Products and Applications .... „„„„„.„.„„ .. „ ........ „„ .. „„.„„ .... „ .. „.„ .. „.; ... „.„ ... „ ......... „ ...... „ ................ 675 31.3 Durability of Polymer Composites ... „„.„„.„„.„„„ ... „„.„„„„„„„„„.„„„ .. „„„„„„.„„„„.„„„„„„„.„„. 691 31.4 Summary .............. „ ...... „ .. „ ......... „ ........................................ „„ .. „„ ........ „ .... „ ........ „ ..................... „„.693 References „„.: ... „„ ..... „ .... „„ ............ „„ .. „„„ ... „ ...................................... „ ... „ ...... „ ........ „.„ ... „ .. „ ... „ ......... „. 694

32 The Plastic Piping Industry in North Am.erica„„„.„„„„„ .... „„.„ •••••••••••••••• „ •••••• ~ •• „ •••••••• „„ •••• „ •••• „„ ••••• 697 Thomas Walsh

32. l Introduction ................... „ .... „ ..... „. „ ...... „ ........... „ .. „ ............... „.„ .............. „ ...... „ ........................... „ 697 32.2 Thermoplastic Pipe and Fittings Materials „„. „ .„„„„„ „.„.„.„„.„.„„„„„ ... „„„.„„ .. „ „ „.„.„„„„„. „„. 698 32.3 Chlorinated Polyvinyl Chloride Materials „„.„ .. „„„„ ..... „„„.„ .. „ ... „.„ .... „„ ... „.„ ..... „ ... „„„„ .. „.„„„ 699 32.4 Cross-Linked Polyethylene (PEX) Materials„.„„ .. „„„ ... „„.„ ..... „ ... „„.„„ ... „„.„„„.„ .... „„„„.„„.„„.699 32.5 Polypropylene Materials „ .... „„ .... „ ... „„ ..................................... „ ....... „ .......... „„ ................. „ .... „ ... „ 700 32.6 Polybutylene Materials.„: ....... „ ........... „„ .. „ ............ „ ..... „.„ ..... „.„.„ ... „„„ ... :„ ... „ .. „„ .. „ .... „ ....... „ .. „. 700 32.7 Acrylonitrile Butadiene Styrene Materials„„.„„„ .. „„„ ... „„„„.„„„„„„.„„„„„.„.„„„„.„„„„.„„„„ .. „ 701 32.8 Nylon (PA) Materials .„ .. „ ...... „„„.„„.„.„„„.„„.„„„„„.„„„„„ ...... „„„ .... „„„„„ ........ „.„„„„„.„„„„„. 701 32.9 Fluoropolymer Materials ... „ ....... „ ....................................•...... „ ...... „ ......... „ ............. „ ...... „ .............. 701

32.10 Engineering Plastic Materials .„.„„„.„„.„„„.„„„„„„.„„„„„„„„ .... „ ...... „.„„„.„.„„„ .. „„.„ .. „„„„„„. 701 32.11 Multilayer Piping Products .„„ „ .. „„„„. „ .„ „. „„ .. „ „„. „ „. „. „„„. „.„„ .. „„ „ .. „ .. „„.„. „„.„ .. „ „ .. „ ..... „ „ „ 702 32.12 Composite Piping Products.„„„.„„„„.„„.„.„„„.„„„„.„„„„„„„.„„„.„„.„„„„„„„„„„ri„„„„.„„„.„„. 702 32.13 Fiberglass-Reinforced Thermoset Piping.„„.„„.„.„.„„.„„„„„„ .. „ ... „ .. „„„„„.„„„„„„„.„„„„„„„„„. 702 32.14 Cured-in-Place Piping .„„ .... „.„„.„„ .. „.„„„„„„„„„„„.„.„.„„„ ... „„ .. „„„.„„„„„.„„„.„„„„.„„„„„.„„ 703 32.15 Pipeline and Piping Rehabilitation Technologies.„„.„.„.„„„.„ .. „.„.„.„„„„„.„.:.„„„.„.„ .. „.:„„.„„„. 703 32.16 Plastic Pipe and Fittings Manufacturing Processes .. „.„„ .. „„.„„„„.„ ... „ ... „.„ ...... „.„„„ .... „„„„.„.„„. 705 32. l 7 Long-Tenn Strength Testing of Thermoplastic Piping Materials .. „.„„„ .... „„„.„„.„.„.„.„.„„„.„.„„ 708 32.18 Test Methods for Determining Long-Tenn Hydrostatic Strength.„„„.„„„„„„.„„„„„„.„„„„„„„„„. 710 32.19 Validation of Polyethylene Pipe Materials „„.„.„„„ .... „.„„„.„.„.„„.„.„„„.„„„„„.„.„.„„.„„„„„„„„. 711 32.20 Popelar Shift Function Calculations for PE Pipe Materials „„„.„„ .. „„.„„.„„„„.„„.„.„.„„„„„„„.„„ 711 32.21 Design of Plastic Piping Systems„„„„ .... „ .. „ .. „„ .. „ .. „„ ....... „ .. „ .. „.„ .. „: ... „.„„.„.„„.„ ... „„.„„.„.„„ .. 712 32.22 Specifications, Product Standards, Test Methods, and Codes„„„„„„„„„„.„„~„.„„ .. „„„.„„„„„.„„„ 713 32.23 Regulatory Matters .„„„„ .. „„„ „„„„„ „„„„„„.„ „.„ „.„ „. „.„.„ „„. „. „ .. „„„„.„„„. „„. „„ .. „. „. „ „„. „ .„ „„ 714 32.24 Applications of Thennoplastic Plastic Piping „ „ „„„ „„„„. „ „.„.„„„. „„„. „.„„„ „.„„ „„„„ „. „„„„„ .„„ 715 32.25 Installation Using Thermoplastic Pipe for Pipeline Replacement „„„„.„„.„.„.„„„„„„„.„.„„„ .. „„„ 715 32.26 Other Piping Applications .„ „.„„„„„.„.„ .„. „.„„„„ „„.„„ „„„ .„„„„„ „.„„„„„ „„„„„„.„ „ „.„. „. „.„„„„ 716

33 PET Use in Blow Molded Rigid Packaging .• „ •• „.„ ••• „.„ ...•............................•..•....... „ ••••• „ •• „„„.„„„ ••••••• 717 Dan Weissmann

33 .1 Introduction .... .............. ........................... ......... ........... ....................... ............... .................................. 717 References ...... .. ....................................................... .... ............ ........ ... .......................................................... 7 40

Index .................................................................................................................................................................. 7 43