適用于摩托車涂裝件ABS產(chǎn)品性能分析

馬曉坤，徐國華，胡慧林，吳麗明，郝 剛，蘭苗宇，趙 純

(1.中國石油吉林石化公司 合成樹脂廠，吉林 吉林 132021；2 吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130012)

ABS樹脂作為世界第五大通用塑料和最廣泛的橡膠增韌塑料，因其具有耐熱、表面硬度高、尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)性及電性能良好,易于成型和機械加工等優(yōu)異的綜合性能,在電子電器、儀器儀表、汽車、建材工業(yè)和日用制品等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用[1-3]。ABS材料的迅速發(fā)展與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成是密不可分的。苯乙烯賦予樹脂剛性、電性能、易加工性及表面光澤性；丁二烯賦予樹脂韌性及低溫抗沖性；丙烯腈則賦予樹脂耐化學(xué)性、耐侯性、耐熱性及抗張強度。由于3種組分的結(jié)合,優(yōu)勢互補,使得ABS產(chǎn)品可以因生產(chǎn)實際的需要可進行多種牌號的調(diào)整，進而成為苯乙烯系列樹脂中發(fā)展和變化最大的樹脂品種[4-6]。

對ABS 樹脂而言,在存儲、成型、使用過程中，隨時間的延長，其會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，呈現(xiàn)物理力學(xué)性質(zhì)的劣化。尤其在戶外暴露時,在熱、光等條件下氧化降解,使得ABS樹脂分子中丁二烯所含的不飽和雙鍵發(fā)生斷裂。有研究表明[7]，若經(jīng)受3.5×10-7m 以下波長的紫外線照射時,氧化作用更甚,其氧化速度與光的強度和波長的對數(shù)成正比。實際生產(chǎn)中使用的結(jié)果是ABS塑料在室外暴露半年后,沖擊強度下降45%,這是ABS性能上的最大不足之處。由此而引起人們對提高ABS產(chǎn)品耐候性和抗氧劑的改進進行了大量的科學(xué)研究[8-9]。另一方面，應(yīng)用市場上出現(xiàn)了各種顏色的噴涂ABS產(chǎn)品，以及加入珠光制劑的噴涂件產(chǎn)品。除產(chǎn)品外觀美觀外，同時噴涂在ABS制品外表面的漆層在一定程度上也可以起到隔絕空氣，提高ABS產(chǎn)品的使用壽命的作用。就2004 年上半年，全國摩托車行業(yè)產(chǎn)量達到629.75 萬輛，同比增長24.8%，其中出口121.74 萬輛，同比增長39.55%，出口繼續(xù)保持高速增長態(tài)勢。摩托車(踏板車)外表裝飾件的80%以上是采用ABS塑料制品，預(yù)計每輛摩托車外殼需要ABS塑料的用量為15 kg，因此其涂裝質(zhì)量直接影響摩托車的市場競爭力。開發(fā)和生產(chǎn)一種適用于涂裝件ABS產(chǎn)品的牌號已經(jīng)成為了市場應(yīng)用領(lǐng)域里的一個新需求。

嚴(yán)格意義上說，所有的ABS規(guī)格都可能應(yīng)用在噴漆上，但是結(jié)果卻是不盡相同，例如噴漆后有可能出現(xiàn)沖擊強度的快速下滑，粘著能力也會因溶劑不同而出現(xiàn)極大差異。塑料噴漆按照噴漆厚度來區(qū)分為薄層噴漆和厚層噴漆，也可區(qū)分為整面噴漆和局部噴漆；按照噴漆附著力可分為立即噴漆附著型和利用溶劑讓漆類滲入表面使得顏色維持得更為持久的2種類型。應(yīng)用于摩托車涂裝件的噴涂方式多采取后者加工方式，因此特別需要材料維持原來物性強度和強粘著能力的特性，Starex PT-0180、Starex PT-0170、LG PT-270等產(chǎn)品就是按照上述特性研發(fā)出來的新型ABS牌號。HI121H、PA757K、0215A、GE150等牌號是國內(nèi)市場主流通用型產(chǎn)品，產(chǎn)品性能相近，為剖析噴涂級ABS產(chǎn)品性能、結(jié)構(gòu)與通用型產(chǎn)品的差異，本文測試分析上述幾種涂裝ABS產(chǎn)品的性能，對比剖析吉林石化公司生產(chǎn)的GE-150 ABS產(chǎn)品性能，研究適合涂裝件應(yīng)用的ABS樹脂結(jié)構(gòu)及性能。

1 實驗部分

1.1 原料

表1給出了實驗原料的生產(chǎn)商及產(chǎn)品特性。

表1 實驗原料的生產(chǎn)商及產(chǎn)品特性

1.2 實驗設(shè)備

注射機：EC130s，日本東芝公司；融流指數(shù)測試儀：CEAST 2708，美國Instron公司；懸臂梁沖擊強度測試儀：CEAST 9050，美國Instron公司；拉伸彎曲測試機：Z010，德國Zwick集團；維卡/熱變形試驗機：Compact6，德國Coesfeld公司；光澤度儀：VG 7000，日本電色公司；高端色差儀：Ultra Scan Pro，美國Hunterlab公司；574洛氏硬度計：美國Wilson集團；元素分析儀：PE2400，日本PE公司；接觸角測量儀：OCA20，德國Dataphysics公司。

1.3 分析標(biāo)準(zhǔn)及條件

樣品經(jīng)過80 ℃條件下干燥2 h后，于200 ℃下注塑成測試樣條，表2給出了產(chǎn)品性能測試分析標(biāo)準(zhǔn)及測試條件。

表2 性能測試分析標(biāo)準(zhǔn)及條件

1.4 接觸角測試

在注塑成型的ABS樣條表面，緩慢滴加去離子水，抓拍水滴滴落在樣板條瞬間的圖像，并利用量高法計算不同ABS產(chǎn)品的接觸角度。

2 結(jié)果與討論

2.1 性能測試結(jié)果

表3給出了不同牌號ABS性能對比結(jié)果。

表3 不同牌號ABS的性能對比

從上述測試結(jié)果中，可以看到針對摩托車涂裝件用的ABS專用料的沖擊性能都較高，特別是LG的PT-270牌號產(chǎn)品可以高達327.5 J/m，相對而言GE150牌號沖擊強度偏低為194.5 J/m。從熔體流動速率上進行比較，Starex PT-0180、Starex PT-0170、LG PT-270的流動性也要比GE150牌號更高些。此外，值得一提的是在光澤度和白度上，GE150通用牌號與前3種噴涂級專用料有較大區(qū)別，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品更光亮，而白度51.47遠(yuǎn)遠(yuǎn)要低于Starex PT-0180牌號的57.41。通過3種常用于摩托車涂裝件的噴涂級ABS專用料與GE150 ABS通用料的比較，前者在涂裝件產(chǎn)品上有更好的針對性。除了較高的沖擊強度、剛性和韌性，更適應(yīng)于摩托車配件的應(yīng)用要求外，高熔體流動速率使得這些ABS專用料還具備良好的模塑性。白度系數(shù)高，則更有力于對產(chǎn)品進行著色和噴涂。由此可以看出，噴涂級ABS產(chǎn)品針對涂裝件的需求，在性能上與通用牌號產(chǎn)品相比有更好的沖擊性能和流動性。因此，GE150通用料產(chǎn)品針對摩托車涂裝件市場，還需要在物料摻混比例、添加劑的選擇等方面進行調(diào)整。

眾所周知，ABS樹脂是丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)三者的接枝共聚物。它綜合了丙烯腈、丁二烯和苯乙烯各自聚合物的優(yōu)良性能，具有抗沖擊性能、耐低溫性能、絕緣性能，而且表面光澤性、著色性能良好。而其中聚丁二烯橡膠粒子作為分散相，在苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)的連續(xù)相中的均勻分散，對提高ABS產(chǎn)品的韌性和抗沖擊性有著很明顯的作用，一般來說可以提高幾倍甚至是十幾倍。因此以提高韌性和沖擊強度為目的開發(fā)噴涂級ABS專用料時，既要控制聚丁二烯橡膠粒子的大小(一般要大于250 nm)，又要保持良好的接枝效果，以改善橡膠粒子在SAN相中的良好分散。

2.2 氮元素(N)分析與丙烯腈含量分析

不同牌號ABS的氮元素及丙烯腈含量的分析見表4。

表4 不同牌號ABS氮元素及丙烯腈含量分析

丙烯腈為提供ABS產(chǎn)品的耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性有突顯的作用，要提高ABS產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，就需要調(diào)整丙烯腈在ABS產(chǎn)品中的配比。本實驗用元素分析的方法測試N元素的含量，由于丁二烯和苯乙烯分子中都不含有N元素，因此可以用這種測試方法來估算ABS產(chǎn)品中的丙烯腈含量的多少。由上述的測試結(jié)果表明，Starex PT-0180、Starex PT-0170、LG PT-270 的丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為19.87%、19.92%、19.50%；而通用料GE150比前三者的略高些，丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到了20.95%。

2.3 接觸角測試分析

接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角θ，是潤濕程度的量度。潤濕過程與體系的界面張力有關(guān)，一般若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動。由于摩托車涂裝件的噴涂漆一般都是疏水性的底漆和表面漆層，因此ABS產(chǎn)品表面的接觸角應(yīng)該表現(xiàn)為疏水性更容易與噴涂漆相結(jié)合。圖1所示是不同牌號的ABS產(chǎn)品樣條在水相的接觸角圖片。

(a) 91.38°

(b) 92.32°

(c) 88.28°

(d) 95.15°圖1 不同牌號ABS產(chǎn)品接觸角

圖1(a)～圖1(d)依次為Starex PT-0180、Starex PT-0170、LG PT-270 和GE150產(chǎn)品。角度數(shù)值均由量高法測得。由此測試結(jié)果可以看出，除LG PT-270產(chǎn)品的接觸角為88.28°外，其它3種ABS樹脂產(chǎn)品的表面都表現(xiàn)為疏水性，分別為Starex PT-0180 91.38°、Starex PT-0170 92.32°、GE150 95.15°。這一測試結(jié)果與上述測試的不同牌號ABS產(chǎn)品的丙烯腈含量相一致，這應(yīng)該是與丙烯腈分子的極性相關(guān)的。因此由接觸角這個測試結(jié)果，可以推測出GE150這個通用ABS牌號在噴涂效果上是可以與其它3種摩托車涂裝件ABS專用料相比擬的。而應(yīng)用市場的反饋中，也證實了GE150 ABS通用料可以應(yīng)用到多種日用產(chǎn)品的涂裝件上。

3 結(jié) 論

本文比較了適用于摩托車涂裝件的3種ABS專用料產(chǎn)品和GE150通用ABS產(chǎn)品的性能。測試結(jié)果表明，適用摩托車涂裝件的專用料產(chǎn)品的抗沖擊性能要求比較高，沖擊強度都超過了240 J/m，這符合安全性考慮的需要。而作為涂裝件產(chǎn)品，都要求與噴涂漆有較高的結(jié)合力，ABS產(chǎn)品的接觸角測試結(jié)果表明，接觸角度略顯示為疏水性，這更有利于噴涂漆在產(chǎn)品表面的附著。GE150 ABS通用料的丙烯腈含量和接觸角與其它3種專用料相當(dāng)，因此也具備了良好的噴涂效果。

參 考 文 獻：

[1] X F Xu,R Wang,Z Y Tan,et al.Effects of polybutadiene-g-SAN impact modifiers on the morphology and mechanical behaviors of ABS blends[J].European Polymer Journal,2005,41:1919-1926.

[2] P Sivaraman,L Chandrasekhar,V S Mishra,et al.Fracture toughness of thermoplastic co-poly(ether ester)elastomer-acrylonitrile butadiene styrene terpolymer blends[J].Polymer Testing,2006,25:562-567.

[3] 陳光巖,趙新剛,吳立明,等.ABS 樹脂工藝及產(chǎn)品質(zhì)量攻關(guān)[J].彈性體,2006,16(1)：51-55.

[4] Chun-Sheng Chen,Tsyr-Jang Chen,Rean-Der Chienb,et al.Investigation on the weldline strength of thin-wall injection molded ABS parts[J].International Communications in Heat and Mass Transfer,2007,34：448-455.

[5] 秦偉程.ABS樹脂發(fā)展要解決兩大問題[J].中國石油化工，2004,10(6)：20-22.

[6] Antal Boldizara,Kenneth Mollerb.Degradation of ABS during repeated processing and accelerated ageing[J].Polymer Degradation and Stability,2003，81:359-366.

[7] Yuji Aoki.Dynamic viscoelastic properties of ABS polymers in the molten state：5.Effect of Grafting Degree[J].Macromolecules,1987,20:2208-2213.

[8] 包靜嚴(yán)，王桂芝，張力民，等，ABS樹脂抗氧劑YHK-1復(fù)配條件的選擇[J].精細(xì)化工，2002，19 (5):278-280.

[9] 申屠寶卿，解孝林，蔡啟振.ABS的老化及其防老化[J].工程塑料應(yīng)用，1997，25(1):53-56.