玻纖增強ABS高光澤材料的性能研究*

粟多文1，徐偉2，高京1

(1.貴州凱科特材料有限公司，貴州貴陽550014；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007)

摘要：以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及玻璃纖維(GF)為主要原料，分別以PBT、PC、PMMA及相關(guān)相容劑為輔助原料，通過熔融共混的方法制備了幾種高光玻纖增強ABS材料，研究了他們的力學(xué)性能、界面粘結(jié)的影響。結(jié)果表明：隨玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加, 高光玻纖增強ABS材料的拉伸強度隨之增加, 沖擊強度，光澤度隨之下降,但玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對零件的光澤度的影響不是太大；界面相容劑的接枝率對玻纖增強ABS高光材料的力學(xué)性能有較大影響，一般來講，接枝率高些，則力學(xué)性能好些。

關(guān)鍵詞:高光玻纖增強ABS材料

中圖分類號：TB 333文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項目：貴陽市技術(shù)創(chuàng)新項目(201408)。

作者簡介：粟多文(1984-)，男，大學(xué)本科，主要從事聚合物改性研究。

收稿日期：2015-07-06

Research on the properties of high optical glass fiber reinforced ABS materials

SU Duowen，XU Wei，GAO Jing

Abstract:With acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS) and glass fiber (GF) as the main raw material, and PBT, PC, PMMA and compatibilizer as auxiliary materials, several types of high optical fiber reinforced ABS composite were prepared through melt blending, then the influence of their mechanical properties and interfacial bond were explored. The results show that: with the increase of the mass fraction of the glass fiber, the tensile strength of high optical glass fiber reinforced ABS material increases, while its impact strength and glossiness decrease. However, the change of the gloss fiber glass’ mass fraction doesn’t have significant influence on the glossiness of the components. Moreover, the interfacial compatibilizer’s grafting ratio has great impact on the mechanical properties of the high light glass fiber reinforced ABS materials, generally, the higher is the grafting ratio, the better are the mechanical properties.

Keywords:high glaze；glass fiber reinforcement；ABS material

ABS樹脂是五大合成樹脂之一，它除具有良好的力學(xué)性能、熱性能、耐化學(xué)藥品性及電氣性外，還具有易加工、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好、表面光澤性佳、易與很多塑料材料形成合金等特點，目前廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。利用ABS材料易和其他塑料材料形成合金的特點[1-2]，人們就用它與其他材料進(jìn)行共混，得到了種類繁多的各種合金，大大拓寬了ABS的應(yīng)用渠道。

本文用PBT、PC、PMMA及相關(guān)相容劑為輔助原料，把它們分別處理后加入到以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及玻璃纖維(GF)為主要原料的體系中，與ABS形成塑料合金，制備了幾種玻纖增強ABS高光材料，并研究了它們的相關(guān)性能和相容劑對體系的界面粘接影響[3-7]，為玻纖ABS的高光改性提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1實驗部分

1.1原料

ABS：121H 寧波LG甬興化工有限公司

SMA：020 上海石化

長玻纖：無堿粗紗ER4305PM-2400重慶國際復(fù)合材料有限公司

PBT：122 中國石化儀征化纖

PC：122 奇美

PMMA：CM211 奇美

相容劑A：自制

使用前，ABS、SAM、PMMA、長玻纖、相容劑A在80℃條件下烘烤4h，PC在120℃條件下烘烤4h。

1.2主要儀器及設(shè)備

同向雙螺桿混煉擠出造粒機(jī): TSE-40A，南京瑞亞高聚物制備有限公司；

注塑機(jī): CJ80M Z-NC II, 震德塑料機(jī)械有限公司;

液晶式擺錘沖擊試驗機(jī)：ZBC1400-B，MTS工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司

微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī):CMT4204， MTS工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司

掃描電子顯微鏡: KYKY-2800B, 北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司

表面光澤度測試儀：500MC，德國Erichsen公司

1.3樣品制備及表征

將干燥后的ABS、SMA/相容劑A分別于PC、PBT、PMMA按一定質(zhì)量配比(表1)在高速混合機(jī)中混合均勻, 然后在同向雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒, 主機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為200 r /min, 溫度分別為205、210、215、220、225、230、235, 長玻纖從玻纖口加入。共混物粒料經(jīng)干燥后, 在注塑機(jī)上制成符合ISO測試標(biāo)準(zhǔn)的樣條；測試光澤度使用的是高光模具，對其進(jìn)行蒸汽加熱，蒸汽溫度為130℃。

表1

配　方

將制得的啞鈴形樣條在微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸與彎曲性能測試, 實驗溫度為23℃。沖擊強度測試按ISO 180標(biāo)準(zhǔn)在擺錘沖擊試驗機(jī)上測試, 每組測試樣條5根。拉伸樣品經(jīng)真空鍍金后, 采用掃描電鏡觀察復(fù)合材料的拉伸斷裂形貌。

2結(jié)果與討論

2.1玻纖增強ABS高光材料的力學(xué)性能和光澤度

圖1　玻纖含量對玻纖增強ABS 高光材料力學(xué)性能和光澤度的影響

采用SMA體系和相容劑A體系制備的玻纖ABS復(fù)合材料的力學(xué)性能如圖1所示。從圖中可以看出, SMA體系的拉伸強度隨玻纖含量的增加而逐漸提高，沖擊強度則呈下降趨勢，相容劑A體系也有同樣的趨勢，而光澤度方面，雖然光澤度也隨玻纖含量的增加而減低，但總體來說變化不大。與未處理的ABS復(fù)合材料相比, 相容劑和其他輔助原料的加入, 明顯改善了ABS的力學(xué)性能和光澤度。

2.2玻纖增強ABS高光材料的微觀形貌

硅烷偶聯(lián)劑作為玻纖表面改性劑已被廣泛研究[1- 2]，反應(yīng)如圖2(a)所示。SMA作為玻纖增強ABS復(fù)合材料的增容劑已廣泛研究，它一方面與ABS中的SAN 相有良好的相容性[9]，同時SMA中的馬來酸酐功能團(tuán)與玻璃纖維上的親水基團(tuán)發(fā)生反應(yīng),如圖2(b)所示。

圖2　反應(yīng)機(jī)理

圖3為玻纖增強ABS高光材料拉伸斷裂斷面的SEM照片，從照片上可以看出，圖3(a)斷面上玻璃纖維與基體開裂現(xiàn)象與圖3(b)相比較為嚴(yán)重, 界面分離明顯, 存在大量的玻璃纖維撥脫, 基體與撥出玻璃纖維界面都比較光潔, 基本沒有粘附樹脂, 說明材料的界面結(jié)合性較差。而使用了相容劑A的材料雖樣品斷面仍出現(xiàn)大量玻璃纖維撥脫, 但基體與撥出玻璃纖維界面與圖3(a)相比則比較粗糙，有粘附樹脂出現(xiàn)。通過測試SMA020與相容劑A的馬來酸酐接枝率，發(fā)現(xiàn)SMA的為4.21%，相容劑A的為7.38%，正是基于此接枝率的不同，再結(jié)合兩者的掃描電鏡照片，能解釋加有相容劑A的材料的力學(xué)性能優(yōu)于SMA020的性能。

圖3　玻纖增強ABS高光材料的掃描電鏡照片

3結(jié)論

隨玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加, 玻纖增強ABS高光材料的拉伸強度隨之增加, 沖擊強度，光澤度隨之下降,但玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對零件的光澤度的影響不是太大。

界面相容劑的接枝率對玻纖增強ABS高光材料的力學(xué)性能有較大影響，一般來講，接枝率高些，則力學(xué)性能好些。

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