PVC/ABS塑料合金性能研究

李靜（成都工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川成都，611730）

PVC/ABS塑料合金性能研究

李靜（成都工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川成都，611730）

分別從加工工藝、不同的添加劑及共混組分含量對(duì)PVC/ABS塑料合金的性能影響進(jìn)行了分析。其中，不同因素主要是對(duì)PVC/ABS塑料合金的沖擊強(qiáng)度、拉伸性能及熱穩(wěn)定性影響較大。

PVC/ABS；合金；性能；影響

1 引言

PVC是由單體氯乙烯聚合得到的無(wú)定形熱塑性聚合物，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，而且具有一定的難燃性、耐磨性、抗化學(xué)腐蝕性。因而，PVC成為了性價(jià)比較高的通用型塑料，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛, 主要應(yīng)用于輕工、建材、農(nóng)業(yè)、日常生活、包裝、電力、公用事業(yè)等領(lǐng)域。但是，由于PVC的熱穩(wěn)定性差，不易加工，且抗沖擊性差，因而限制了其應(yīng)用范圍。

ABS是由單體丙烯腈、丁二烯和苯乙烯聚合而成的三元共聚物，是苯乙烯-丙烯腈共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物接枝聚丁二烯橡膠的混合物，它是一種熱塑性工程塑料。具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其韌性、硬度及剛性相均衡。ABS還具有良好的耐低溫性、電性能及耐化學(xué)藥品性，其本身不能阻燃。在ABS樹(shù)脂中，由于存在著分散顆粒的聚丁二烯橡膠，因而，隨著聚丁二烯含量的增加,ABS的沖擊強(qiáng)度提高, 但剛性以及制品光澤性都會(huì)有所下降[1]。ABS廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子電器、汽車及儀表等領(lǐng)域，其缺點(diǎn)是耐熱性及耐候性差。

PVC/ABS塑料合金是以ABS作為PVC的沖擊改性劑,不僅可以很好地提高PVC的沖擊韌性, 而且還可以較好地改善PVC的加工流動(dòng)性[2]。PVC/ABS合金有多種成型方法，分別是擠出、壓延和注塑,得到的共混物廣泛應(yīng)用于具有較好阻燃性和較好耐沖擊性的硬質(zhì)塑料制品。近幾年, 隨著電視機(jī)等家用電器及汽車、電子產(chǎn)品使用需求不斷增加, ABS工程塑料的需求也隨之增大, PVC/ABS合金的研究有利于改善ABS的耐燃性及PVC的抗沖擊性，而且可以降低ABS原料的使用量、進(jìn)一步降低成本。

PVC/ABS共混物具備了PVC塑料和ABS塑料的綜合性能優(yōu)點(diǎn)，具有較好的耐候性和綜合物理性能、阻燃性以及理想的性價(jià)比。已經(jīng)廣泛用于注射、擠出、壓延等塑料成型工藝中[3]，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)材料的要求也隨之增加，對(duì)于PVC/ABS合金的性能缺陷，例如彎曲強(qiáng)度不夠高、加工流動(dòng)性差等方面還在進(jìn)行不斷的研究，從而使得其綜合性能更加優(yōu)異，應(yīng)用更加廣泛。但是，其相關(guān)性能受到不同因素的影響會(huì)產(chǎn)生不同的變化，因此，研究不同因素對(duì)PVC/ABS合金性能的影響對(duì)于其應(yīng)用具有重要意義。

2 不同因素對(duì)PVC/ABS合金性能的影響

2.1 加工工藝對(duì)PVC/ABS合金性能的影響

張新華[4]11等研究了加工工藝對(duì)PVC/ABS合金熱穩(wěn)定性能影響，認(rèn)為PVC/ABS合金中PVC 樹(shù)脂和ABS樹(shù)脂屬于半相容結(jié)構(gòu), 而且PVC樹(shù)脂的加工溫度與ABS樹(shù)脂相差較大, 因此PVC/ABS合金的注塑加工工藝對(duì)合金的性能會(huì)產(chǎn)生較大影響。其通過(guò)注塑試驗(yàn)證明了, 當(dāng)注塑溫度低于170℃時(shí), 物料熔體粘度大, 注塑壓力高；當(dāng)注塑溫度超過(guò)190℃時(shí), 注塑樣條表面出現(xiàn)明顯的局部泛黃現(xiàn)象, 甚至發(fā)黑，這是由于PVC本身熱穩(wěn)定性較差在高剪切注射速率下發(fā)生部分分解導(dǎo)致的。因而文章中提出，PVC/ABS合金注塑加工時(shí)，注射速率應(yīng)控制在中低速。另外，ABS 樹(shù)脂可以促進(jìn)PVC樹(shù)脂的塑化,所以合金的加工溫度應(yīng)略低于PVC樹(shù)脂的注塑加工溫度, 即控制在170～190℃；對(duì)于注塑大型PVC/ABS合金制品，最好選用多級(jí)注塑機(jī)使得注塑過(guò)程順利，并使制品的綜合性能較好。

嚴(yán)一豐[5]等研究了加工工藝對(duì)PVC/ABS合金缺口沖擊強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)證明，使用直接共混法,PVC/ABS合金性能不佳, 多相體系分散不均勻。采用二段操作法, 同時(shí)采用具有強(qiáng)烈混煉效果的雙螺桿擠出機(jī)或者密煉機(jī), 在合適的工藝路線配合下, 由于較強(qiáng)的剪切作用, 導(dǎo)致一部分聚合物分子形成活性基團(tuán),進(jìn)而形成一定數(shù)量的接枝和嵌段共聚物, 得到的PVC/ABS合金缺口沖擊強(qiáng)度較高，其性能較好。文章中提出建議，在PVC/ABS塑料合金批量生產(chǎn)中常采用雙螺桿擠出機(jī)和密煉塑化工藝路線。

許國(guó)楊[6]等研究了制備工藝對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能和耐熱性能的影響，得出結(jié)論為，影響PVC/ABS合金的力學(xué)性能和耐熱性能的主要因素是冷卻溫度, 次要因素是開(kāi)煉時(shí)間, 然后是平板硫化機(jī)壓力和開(kāi)煉溫度。其綜合考慮PVC/ABS合金的力學(xué)性能和耐熱性能,得出最佳工藝為:開(kāi)煉時(shí)間7m in、開(kāi)煉溫度180℃、平板硫化機(jī)壓力15M Pa、冷卻溫度100℃。

2.2 不同的添加劑對(duì)PVC/ABS合金性能的影響

實(shí)驗(yàn)證明，添加劑可以改善PVC/ABS合金性能，不同的添加劑對(duì)其性能有著不同的影響。近年來(lái)，添加相容劑對(duì)PVC/ABS合金進(jìn)行改性成為其重要研究?jī)?nèi)容之一。由于ABS樹(shù)脂具有橡膠相和塑料相兩相結(jié)構(gòu)，在PVC/ABS共混體系中橡膠相與PVC是不相容體系,塑料相與PVC是相容體系，因而PVC/ABS共混體系屬于半相容體系。為了改善PVC和ABS共混時(shí)的相容性,需要加入一定的相容劑，常用的相容劑有氯化聚乙烯（CPE）、丙烯腈－苯乙烯共聚物（AS）、甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物（M BS）、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）等。另外，丁腈橡膠（N BR）、納米碳酸鈣等可作為合金的增強(qiáng)增韌組分，它們與ABS和PVC的高分子鏈段相互滲透，提高兩相界面的黏接力，改善PVC/ABS合金的力學(xué)和加工性能。

高靈強(qiáng)[7]等研究了固體環(huán)氧樹(shù)脂(EP)和固化劑(DDM)對(duì)PVC/ABS合金性能的影響，結(jié)果表明:PVC/ABS/ EP共混物的拉伸強(qiáng)度隨著EP含量的增加先升高再下降,DDM的加入進(jìn)一步提高了共混物的拉伸強(qiáng)度；當(dāng)EP的環(huán)氧值為6%, 共混物的拉伸強(qiáng)度提高幅度最大；EP的環(huán)氧值為2%,共混物的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值, 但是EP的加入降低了合金的熱穩(wěn)定性, 而低環(huán)氧值的PVC/ABS/ EP/DDM共混物的熱穩(wěn)定性相對(duì)較好。

吳波震[8]等研究了增塑劑DOP對(duì)聚氯乙烯(商品牌號(hào)SG-3, SG-5)及PVC/ABS共混物力學(xué)和硬度等性能的影響及其機(jī)理, 結(jié)果表明:由于DO P小分子對(duì)高分子鏈的物理隔離作用, 當(dāng)DO P質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于30%時(shí), 隨DO P用量的增加, PVC樹(shù)脂及PVC/ABS的斷裂伸長(zhǎng)率明顯增大,體系的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和硬度等略微下降。

陳弦[9]等研究了ABS、增塑劑(DOP、DAP、M 80)用量及第三組分剛性粒子SAN用量對(duì)PVC/ABS合金熱性能的影響, 結(jié)果表明:未加增塑劑的PVC/ABS共混合金的維卡耐熱性主要依賴于ABS的用量, 當(dāng)加入增塑劑(DO P、DAP)后DO P、DAP對(duì)PVC/ABS共混合金的維卡耐熱有較大的影響, 而對(duì)靜態(tài)熱穩(wěn)定性影響不大。許國(guó)楊[10]等研究了無(wú)機(jī)填料針狀硫酸鎂晶須(M SW)和片狀滑石粉(TAL) 對(duì)PVC/ABS合金性能的影響，結(jié)果表明:單獨(dú)加入M SW和TAL 時(shí),兩種填料都能降低合金的沖擊強(qiáng)度, 且TAL的加入使合金沖擊強(qiáng)度的下降更劇烈。鄭祥[11]等人在PVC/ ABS合金中加入玻璃纖維，結(jié)果表明不論是低速混合還是高速混合，加入玻纖后的PVC/ABS合金拉伸性能都會(huì)好于之前未加入玻纖的。

2.3 共混組分含量對(duì)PVC/ABS合金性能的影響

梁娜[12]等研究了PVC用量對(duì)PVC/ABS的拉伸性能、彎曲性能及沖擊強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，合金的拉伸強(qiáng)度隨著PVC用量的降低整體呈下降的趨勢(shì), 合金中ABS的用量大于40份之后合金制品的拉伸強(qiáng)度急劇下降, 直至單體ABS的拉伸強(qiáng)度。PVC/ABS合金的拉伸強(qiáng)度隨著PVC和ABS含量不同而發(fā)生一定的變化，其中當(dāng)ABS用量較少時(shí), PVC的剛性決定合金制品的拉伸強(qiáng)度；當(dāng)ABS用量較大時(shí)，ABS樹(shù)脂的韌性決定合金的拉伸強(qiáng)度,此時(shí)合金的拉伸強(qiáng)度急劇下降。ABS用量適中時(shí), PVC和ABS中的SAN樹(shù)脂溶解度參數(shù)相近,兩者具有一定的相容性, 可以互相滲透, 形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于SAN樹(shù)脂具有較好剛性, 因此PVC/ABS合金的拉伸強(qiáng)度變化不大。文章還指出PVC用量對(duì)PVC/ABS合金的彎曲性能有一定的影響，隨著PVC/ABS合金中ABS用量的提高, 其彎曲強(qiáng)度和模量降低。在ABS用量小于40份時(shí)的彎曲強(qiáng)度和模量隨著ABS用量的提高緩慢下降, 但在ABS用量大于40份后, 合金的彎曲強(qiáng)度和模量開(kāi)始有較大程度的下降。這是由于PVC樹(shù)脂聚合度較低時(shí)剛性大, 而有較高的彎曲強(qiáng)度。

喬巍巍[13]等研究ABS用量對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在PVC/ABS合金體系中的ABS含量較少時(shí),ABS中的橡膠粒子對(duì)材料的沖擊強(qiáng)度影響較??；隨著ABS含量的增多, PVC與ABS的相容性逐步提高, PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度隨之不斷提高；當(dāng)ABS含量增加到60份時(shí), PVC/ABS合金沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)了極大值。當(dāng)ABS含量繼續(xù)增加, PVC/ABS合金沖擊強(qiáng)度又隨ABS含量的增加而下降,直到接近于單體ABS的沖擊強(qiáng)度。

張新華[4]10等研究了ABS用量對(duì)PVC/ABS合金熱穩(wěn)定性能影響，隨著ABS用量的增加,PVC/ABS合金的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定時(shí)間急劇縮短, 說(shuō)明ABS的加入促進(jìn)了PVC樹(shù)脂的分解。當(dāng)ABS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí), 合金的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定時(shí)間便降為700s左右, 遠(yuǎn)低于PVC的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定時(shí)間(1100s)；當(dāng)ABS質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～80%時(shí), 合金的動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定時(shí)間變化不大, 大約在540～580s, ABS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)出現(xiàn)最低點(diǎn)。

3 結(jié)論

本文分別從加工工藝、不同的添加劑及共混組分含量等方面對(duì)PVC/ABS性能的影響進(jìn)行了討論分析。綜上所述，PVC/ABS合金的性能受多種因素的影響, 但其中最重要的因素應(yīng)該是PVC、ABS二者的相容性。共混組分影響方面，ABS的用量對(duì)PVC/ABS合金的熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能有著明顯的影響，ABS含量的增加提高了合金的沖擊強(qiáng)度，達(dá)到一定程度后隨著ABS含量的增加合金的沖擊強(qiáng)度有所下降；添加劑影響方面，主要是添加相容劑改善PVC、ABS二者的相容性，以及添加增塑劑改善合金的力學(xué)性能；加工工藝方面影響合金性能的因素主要是成型方法、成型溫度。

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Study on the properties of PVC/ABS plastic alloy

LI Jing （Mechanical Engineering Department, Chengdu Technological University, Chengdu 611730,China）

From processing technology, additive and blending of different components in effect on the performance of PVC/ABS alloy was analyzed.The influence of each factor is mainly on the impact strength, tensile property and thermal stability.

PVC/ABS ；alloy；property；effect

李靜（1979－），女，講師，碩士學(xué)位，研究方向：材料學(xué)。