幾種潤滑劑性能比較及其對ABS熔融加工的影響

陽范文，楊清華，譚銘浩，張 良，徐克謀

(1廣州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，廣東廣州510182;2廣州源泰合成材料有限公司，廣東廣州510635)

潤滑劑是塑料成型加工不可缺少的成分之一，一種良好的潤滑劑不僅能改善材料的潤滑性能，而且還能改進(jìn)色澤、增加光澤、促進(jìn)熔融、避免降解、增加制品韌性、降低加工能耗和提高加工速率等［1－3］。因此，塑料加工業(yè)中的潤滑體系的研究和應(yīng)用顯得十分重要。

塑料用潤滑劑根據(jù)其作用方式可以分為內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑兩大類［4－5］。內(nèi)潤滑劑用來減少聚合物分子鏈間的內(nèi)聚力，起到加速熔融、降低熔體粘度、延長加工壽命、改善流動性和提高透明性等作用。外潤滑劑起防止熔融聚合物粘附于熱加工設(shè)備表面的作用，起到降低摩擦、提高外觀光澤度和改善脫模性能［6］。一般而言，用于同一塑料的內(nèi)、外潤滑劑的結(jié)構(gòu)組成一般不同，其功能也各異;用于不同塑料的潤滑劑因塑料本身的分子結(jié)構(gòu)組成和極性差異較多，要求潤滑劑的組成、結(jié)構(gòu)和極性與之匹配才能達(dá)到最佳的潤滑和分散效果。本文針對ABS塑料中常用的四種潤滑劑進(jìn)行研究，對比其轉(zhuǎn)矩流變性能、熔點和耐熱性能，為ABS改性材料的加工應(yīng)用和ABS色母粒的配方設(shè)計提供參考。

1 實驗部分

1.1 原材料

ABS HI－121H，寧波甬興公司生產(chǎn);EBS，花王公司生產(chǎn);YY－503A、YY－502A、YY－5502潤滑劑由廣州源泰合成材料有限公司提供。

1.2 主要設(shè)備、儀器

轉(zhuǎn)矩流變儀器:ROTI－55/20，廣州普同公司;熱壓成型機(jī):BL－6170－A型，東莞寶輪公司;紅外光譜:6700型，美國NICOLET公司;差示掃描量熱儀:DSC 2003F3，德國NETSCH公司;熱重分析儀:TG 209F3，德國NETSCH公司。

1.3 試樣制備

將ABS在80℃下干燥4h，然后分別添加1%、2%、3%、4%的潤滑劑，簡單混合后采用普同公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行熔融共混，溫度設(shè)定180℃、混煉時間5～10分鐘，扭矩達(dá)到平衡即可停止混煉。

1.4 性能測試

將1.3中轉(zhuǎn)矩流變儀測試所得的轉(zhuǎn)矩－時間曲線進(jìn)行對比分析，分別比較不同潤滑劑對應(yīng)的最大扭矩、熔融扭矩和平衡扭矩來評價其加工性能。

采用紅外光譜儀(FT-TR)分別測試四種潤滑劑的紅外反射光譜，粉末樣品直接測試，掃描波數(shù)范圍為400～4000cm－1。

采用差示掃描量熱儀(DSC)分別測試四種潤滑劑的DSC曲線，先從20℃升溫到200℃消除熱歷史，升溫速度10℃/min;然后從200℃降溫到20℃，降溫速度10℃/min;測試20℃升溫到200℃的DSC曲線，測定潤滑劑的熔點。

采用熱重分析儀(TG)分別測試四種潤滑劑的TG和 TGA曲線，升溫速度10℃/min，溫度范圍:20℃ ～600℃，從而比較其耐熱性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤滑劑的紅外光譜分析

四種潤滑劑的紅外光譜見圖1所示。從圖1中可知，所有潤滑劑在 2950cm－1、2850cm－1、1700cm－1、1500cm－1、1100cm－1和 800cm－1出現(xiàn)了吸收峰，圖譜的差異性不大。其中2950cm－1、2850cm－1對應(yīng)甲基和亞甲基的特征吸收峰，1700cm－1、1500cm－1與C=O 基團(tuán)對應(yīng)。比較而言，YY －503A 在1700cm－1、1500cm－1處的峰強(qiáng)度比其它潤滑劑較弱，推測其極性相對較弱。

圖1 幾種潤滑劑的紅外光譜Fig.1 FT-IR curves of lubricants

2.2 潤滑劑的DSC分析

四種潤滑劑的DSC分析結(jié)果見圖2所示。從圖2中可知，EBS只有一個熔點，大約為143℃;而其它潤滑劑有雙熔點，如YY－502A的熔點分別為63.2℃ 和 140℃，YY－5502分別為 72.7℃ 和136.9℃，YY－503A分別為75.3℃和152℃。雙熔點潤滑劑設(shè)計的最大優(yōu)勢在于初始熔融階段低熔點組分可對顏料進(jìn)行包覆和表面處理，在熔融完成后高熔點組分提供分散和潤滑作用，避免低熔點潤滑劑在加工初期出現(xiàn)潤滑過渡的問題。

圖2 四種潤滑劑的DSC曲線Fig.2 DSC curves of lubricants

2.3 潤滑劑的TG和DTA分析

四種潤滑劑的TG和DTG分析結(jié)果見圖3所示，潤滑劑的耐熱性能比較見表1。

圖3 四種潤滑劑的TG和DTG曲線Fig.3 TG and DTG curves of lubricants

表1 潤滑劑的耐熱性能比較Table 1 Comparison of heat resistance for lubricants

從上述分析可知，EBS和YY－5502的耐熱性能相當(dāng)，5%失重溫度為210℃ ～220℃。而 YY－502A和YY－503A的5%失重溫度分別為282.7℃和277.5℃，耐熱性能明顯優(yōu)于EBS和YY－5502。ABS通常在200～250℃條件下加工，YY－502A和YY－503A更匹配ABS的熔融加工條件。

2.4 潤滑劑用量對轉(zhuǎn)矩流變性能的影響

改變潤滑劑的種類和用量，研究其轉(zhuǎn)矩－時間曲線，結(jié)果如圖4所示，圖4中(a)、(b)、(c)和(d)分別為EBS、YY－502A、YY－5502和YY－503的轉(zhuǎn)矩流變曲線。

圖4 添加不同潤滑劑的ABS熔融曲線Fig.4 Melt curves of ABS added with lubricants

從圖4中可知，四種研究對象的轉(zhuǎn)矩－時間流變曲線均呈現(xiàn)共混初期扭矩急劇上升，然后降低并再次出現(xiàn)扭矩升高，最后趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因與熔融共混過程中物料的熔融狀態(tài)有關(guān):在加料完畢壓桿下壓過程中，密煉腔中的阻力突然增大，因此出現(xiàn)扭矩突然上升的現(xiàn)象——加料峰;隨后，物料壓實并在轉(zhuǎn)子的剪切作用下出現(xiàn)破碎和開始熔融。當(dāng)體系呈現(xiàn)半熔融狀態(tài)時，體系阻力再次增加;隨著物料的進(jìn)一步熔融，體系阻力逐步減小;當(dāng)物料達(dá)到完全熔融和混合均勻狀態(tài)時，扭矩趨于穩(wěn)定。

在潤滑劑種類不變的情況下，改變其添加量所得轉(zhuǎn)矩流變曲線存在以下規(guī)律:隨著潤滑劑用量增加，出現(xiàn)最大扭矩所需的時間增加，熔融過程逐漸延長，最大扭矩降低，說明潤滑劑加入降低了ABS熔體粘度，改善了材料的加工性能。

不同的潤滑劑對熔融塑化的影響存在差異，為了比較其對ABS熔融加工過程的影響，將熔融過程的起始熔融時間、最大扭矩和平衡扭矩進(jìn)行比較，結(jié)果如表2所示。

表2 起始熔融時間、最大扭矩和平衡扭矩比較Table 2 Comparison of Melting starting time，maximum torque and the torque balance

從表2可知，在潤滑劑用量為1%的情況下，EBS、YY－502A和YY－5502出現(xiàn)最大扭矩的時間差異不大，說明其外潤滑效應(yīng)基本相當(dāng);但EBS和YY－502A的最大扭矩低于YY－5502，它們的平衡扭矩也低于YY－5502和YY－503，說明 EBS和YY－502A內(nèi)潤滑效果比較好?？梢酝茰yEBS和YY－502A相對較強(qiáng)，而YY－503A極性相對較弱，與2.1中紅外光譜分析結(jié)果相一致。YY－503因其極性較弱，對ABS主要起到外潤滑作用。

3 結(jié)論

(1)EBS和YY－502A的極性較強(qiáng)，對ABS的內(nèi)潤滑性能較好，可用于ABS改性塑料和色母粒的分散、潤滑等用途;

(2)YY－502A具有雙熔點，與單一熔點的EBS相比具有顏料分散和預(yù)處理功能，同時克服了低熔點潤滑劑在加工初期出現(xiàn)潤滑過度的問題;

(3)YY－502A的耐熱性能優(yōu)于EBS和YY－5502，是一種穩(wěn)定性好、綜合性能優(yōu)異的ABS加工改性劑。

［1］陽范文，陳曉明，徐克謀.高光澤PP/SEBS熱塑性彈性體的研究與應(yīng)用［J］.功能材料，2013，44(3):326 －328.

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［4］李超勤，劉波，張明連，等.ABS流變性能的對比研究［J］.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2000，12(4):12－14.

［5］夏曉明，宋之聰編著.功能助劑［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［6］［德］R.根赫特，H.米勒主編.成國詳，姚康德等譯.塑料添加劑手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.