宋世坤+彭鶴松+李永安

摘 要：采用硅烷改性劑對硅灰石（GY-319）進行表面改性，與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）熔融混合制備ABS/硅灰石復合材料，研究了改性劑對硅灰石吸油值的影響，分析了ABS/硅灰石復合材料的力學性能和熔融指數(shù)（MFR）的變化規(guī)律，并用SEM觀測了硅灰石在ABS中的分散性。結(jié)果表明：經(jīng)改性劑處理后，硅灰石吸油值降低；ABS/硅灰石復合材料綜合力學性能改善，加工流動性明顯增加，其中，KH-550改性的體系效果最佳；硅灰石在ABS中的分散性提高。

關(guān)鍵詞：硅烷改性劑劑；硅灰石；ABS；力學性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.220

0 引言

ABS樹脂綜合性能優(yōu)異，應用廣泛，但其價格較高。因此，在實際應用中，根據(jù)需求，常對ABS樹脂進行各種改性，使其達到實際使用要求[1-2]。無機非金屬填料能起到增量降成本的作用，對粉體進行表面改性后，廣泛應用于ABS樹脂[3-5]。因此，ABS的填充改性也是重要的改性方向之一。

硅灰石具有針狀結(jié)構(gòu)，長徑比大，無毒、耐化學腐蝕、熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定良好，有玻璃和珍珠光澤，低吸水率和吸油值，力學性能及電性能優(yōu)良以及具有一定補強作用[6-7]。本文在原來研究的基礎(chǔ)上，進一步比較各種表面改性劑對硅灰石的改性效果，詳細分析了ABS/硅灰石復合材料的拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和MFR，并采用SEM測試了ABS/硅灰石復合材料的沖擊斷裂面形貌。

1 實驗部分

1.1 原材料

ABS，PA-757，奇美寶業(yè)股份有限公司；硅灰石，GY-319，江西廣源化工有限責任公司；硅烷偶聯(lián)劑，KH550、KH570、CG212，市售；大分子高活性硅烷，JST-3G，市售；N，N-亞乙基雙硬脂酸酰胺（EBS），市售。

1.2 儀器設備

雙螺桿擠出機組：SHJ-36型，L/D=50，D=35.5mm，南京杰恩特機電有限公司；萬能力學性能實驗機：CMT6104型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；注塑機：ZX-80型，震雄集團公司；MFR儀：ZRZ1452型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；沖擊試驗機：ZBC1400-B型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）：SU8010型，日立（中國）有限公司；高速混合機：GRH-10D，阜新鑫克機械制造有限公司。

1.3 改性粉體制備

稱取5Kg干燥后的硅灰石加入到高速混合機中，先預混合一段時間，溫度達到120-130℃后，加入乙醇稀釋后的表面改性劑（改性劑的用量為硅灰石質(zhì)量的1.5%），再攪拌改性20min，攪拌速度1250r/min；改性后經(jīng)低速攪拌冷卻出料。

1.4 改性效果測試

吸油值：按GB/T19281規(guī)定方法測試，整個過程要求在5min內(nèi)完成。

1.5 ABS/硅灰石復合材料的制備

每次試樣總量2400g，ABS：2000g，硅灰石：200g，EBS：80g，其它助劑：120g。制備工藝如下：先將原料在高速攪拌機中混合均勻，并擠出造粒，然后注塑成標準樣條進行測試。擠出溫度為180-200℃，注塑溫度為200-220℃，壓力50-70MPa，注塑時間20s。

1.6 復合材料性能測試

拉伸性能測試：按GB/T1040-2006測試；彎曲性能測試：按GB/T9341-2008測試；簡支梁缺口沖擊性能測試：按GB/T1043.1-2008測試，采用2 J的沖錘，跨度 40 mm；MFR測試：按GB/T3682-2000測試，溫度為230℃，壓力為2.16kg；斷裂面形貌：樣條經(jīng)液氮淬斷后噴金，采用SEM觀察斷面形貌并拍照。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同改性劑對改性硅灰石吸油值的影響

吸油值是評價粉體表面改性效果的一個重要指標，吸油值越低，表面改性效果越好[8-9]。不同改性劑制備的硅灰石的吸油值結(jié)果如圖1所示。

從圖1的結(jié)果可以看出，采用4種不同改性劑對硅灰石進行表面改性后，粉體的吸油值有不同程度的下降；其中，KH-570改性后的硅灰石吸油值最小，達到28，效果最佳；其次是大分子高活性硅烷改性劑JST-3G。KH550和CG-212兩種小分子硅烷偶聯(lián)劑對硅灰石有一定的改性效果。

2.2 改性劑對復合材料力學性能的分析

圖2是改性劑種類對ABS/硅灰石復合材料的力學性能的影響。對于拉伸性能來說，純ABS的拉伸強度為42.9MPa，添加10份硅灰石后，ABS/硅灰石復合材料的下降到39.5MPa。使用各種改性劑對硅灰石進行改性后，ABS/硅灰石復合材料的拉伸強度并沒有明顯的改善，唯有KH-550略微有所提高。說明，改性劑對ABS/硅灰石復合材料的拉伸性能作用不明顯。

對于彎曲性能來說，經(jīng)改性劑處理后，復合材料的彎曲強度呈現(xiàn)不同規(guī)律的變化。KH-570、KH-550和CG-212改性的復合材料具有較好的彎曲強度，其中，KH-550改性效果最佳。同時，還可以看出，JSG-3G改性的硅灰石具有最佳的活化度，高達99.31%，但其改性后的ABS/硅灰石復合材料的彎曲強度還比未改性的ABS/硅灰石復合材料下降了10MPa，效果最差，可見粉體的活化度與復合材料的彎曲性能之間不存在直接聯(lián)系。

對于沖擊性能來說，純ABS的沖擊強度為15.44 MPa，添加10份硅灰石后，ABS/硅灰石復合材料的沖擊強度下降為12.55MPa，使用改性劑改性硅灰石后，所得復合材料的沖擊強度都有所提高，其中硅烷改性硅灰石具有較好的沖擊強度，能在一定程度上改善復合材料的沖擊強度。

2.3 改性劑對復合材料熱性能的影響endprint

圖3是改性劑對ABS/硅灰石復合材料熱變形溫度的影響?？梢钥闯觯傾BS的維卡軟化點為84.3℃，添加10份硅灰石后，ABS/硅灰石復合材料的維卡軟化點為88.4℃；對硅灰石進行表面處理后，復合材料的維卡軟化點出現(xiàn)不同程度的波動，總體變化不大；其中，硅烷偶聯(lián)劑KH-550和GR-212的效果較好。

2.4 改性劑對復合材料熔指的影響

圖4是改性劑對復合材料的熔融指數(shù)?？梢钥闯觯傾BS的熔指為6.65g·10min-1，添加10份的硅灰石后，熔指增加到10.23 g·10min-1，使用硅烷改性劑后，復合材料的熔指進一步提高，其中使用KH-550提高最為明顯。原因是添加硅灰石后，復合材料的密度增加，同時，硅烷改性劑處理后，粉體的吸油量下降，潤滑性能提高，從而使復合材料的熔指提高。

2.5 復合材料斷裂面形貌分析

為了研究硅灰石在ABS中的分散性，采用SEM對液氮脆冷后的沖擊斷裂面進行觀測，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，純ABS的斷面有眾多的拉絲狀，呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂；添加10份的未改性的硅灰石后，ABS/硅灰石復合材料沒有拉絲現(xiàn)象出現(xiàn)，顆粒明顯分布不均勻，并且結(jié)合比緊密，呈現(xiàn)明顯的脆性斷裂，JST-3G改性后的體系表面光滑，沒有任何拉伸跡象，脆性斷裂現(xiàn)象明顯。KH-570、CG-212和KH-550改性后的體系都呈現(xiàn)了明顯的拉絲，顆粒與基材指甲結(jié)合較為緊密，可見改性后的顆粒與基材的相容性較好。SEM觀測結(jié)果與復合材料的沖擊性能結(jié)果一致。

3 結(jié)論

采用硅烷改性劑對硅灰石（GY-319）進行了改性，并用其填充ABS樹脂，結(jié)果表明：

（1）經(jīng)過硅烷改性劑處理后，硅灰石吸油值降低，其中，KH-570改性硅灰石的吸油值下降最為明顯。

（2）經(jīng)過偶聯(lián)劑處理后，ABS/硅灰石復合材料力學性能都出現(xiàn)不同程度的變化，其中KH-550改性后的ABS/硅灰石復合材料綜合力學性能最佳。

（3）經(jīng)過偶聯(lián)劑處理后，硅灰石在ABS中的分散性有所提高，沖擊性能高于未表面改性的ABS/硅灰石復合材料，沖擊斷面呈現(xiàn)韌性斷裂。

（4）經(jīng)過偶聯(lián)劑處理后，ABS/硅灰石復合材料的熱變形溫度變化不大，但熔指顯著提高，其中KH-550改性效果最佳。

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作者簡介：宋世坤（1991-），男，江西永豐人，助理工程師，主要從事非金屬粉體填料加工與應用研究。endprint