添加劑對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能的影響

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

添加劑對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能的影響

李靜黃靜高榮

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

向PVC/ABS合金體系中分別加入AS樹(shù)脂、MBS樹(shù)脂、EP和DOP，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入適量的AS、EP，體系韌性明顯下降，彎曲強(qiáng)度、彎曲模量有所提高，MBS的加入提高了PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度，但是彎曲強(qiáng)度和彎曲模量下降明顯，DOP的加入使得PVC/ABS合金體系的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲模量都有明顯下降，降低了體系的力學(xué)性能。

PVC/ABS合金 彎曲強(qiáng)度 沖擊強(qiáng)度 性能

PVC/ABS塑料合金是以ABS作為PVC的沖擊改性劑,提高PVC的沖擊韌性, 同時(shí)改善PVC的加工流動(dòng)性[1]。PVC/ABS共混物兼具了良好的耐候性和綜合物理性能、優(yōu)異的阻燃性能，較高的性價(jià)比，已經(jīng)廣泛用于注射、擠出、壓延等塑料成型工藝中[2]。近年來(lái)，由于各行各業(yè)對(duì)塑料產(chǎn)品的使用要求不斷提高，為了讓PVC/ABS合金綜合性能更加優(yōu)異，應(yīng)用更加廣泛，人們對(duì)其彎曲強(qiáng)度、加工流動(dòng)性等方面進(jìn)行不斷的研究[3]和改善。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PVC，SG5，宜賓天原股份有限公司；ABS樹(shù)脂，美國(guó)GE公司；AS樹(shù)脂, 臺(tái)灣奇美有限公司；MBS樹(shù)脂,四川華塑化工有限公司；EP，EP903，雙酚A型，環(huán)氧值為0.125～0.143mol/100g,深圳佳迪達(dá)公司；DOP，分析純，寧波東來(lái)化工有限公司。

1.2 主要設(shè)備和儀器

高速混合機(jī)：SHR-10A,張家港市宏碁機(jī)械有限公司；雙螺桿擠出機(jī)：SJSZ，南京廣達(dá)化工裝備有限公司；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：DW-100，上海華光有限公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)：ZBC-4，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司；啞鈴型制樣機(jī)：XYZ-12，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司。

1.3 試樣制備

1.3.1 PVC基礎(chǔ)料

PVC 100份，有機(jī)錫2.5份，硬脂酸鈣1.0份，聚乙烯蠟1.0份，三氧化二銻6.0份，活性碳酸鈣12.0份，相容劑0～20份，抗氧劑適量。

1.3.2 PVC/ABS合金

按照上述配方將PVC和其他助劑一起放入高速混合機(jī)中進(jìn)行攪拌，開(kāi)始加熱升溫，當(dāng)溫度達(dá)到100～110℃時(shí)，進(jìn)行低速攪拌混合，溫度降至40～50℃時(shí)，加入ABS混合5min后出料。將制得的PVC、ABS混合料放置于雙螺桿擠出機(jī)中，在120～150℃擠出，利用塑料切粒機(jī)切制成厚度2mm樣條。

1.4 力學(xué)性能測(cè)試

沖擊強(qiáng)度按GB/T1843-2008測(cè)試；彎曲性能按GB/T9341-2000測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

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[3-4]。共混體系的相容性對(duì)合金的力學(xué)性能有著重要的影響[5]。向體系中加入一定量的相容劑可以改善PVC和ABS共混時(shí)的相容性,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(MBS)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)[3]等。本次試驗(yàn)選用AS樹(shù)脂、MBS樹(shù)脂、EP和增塑劑DOP分別加入到PVC/ABS共混體系，對(duì)PVC/ABS合金進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

2.1 AS樹(shù)脂對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能影響

AS樹(shù)脂是由丙烯腈與苯乙烯共聚制得，具有剛性大、脆性大的特點(diǎn)，優(yōu)良的機(jī)械性能、耐熱性及耐溶劑性。添加AS樹(shù)脂旨在提高材料的綜合性能。

表1 AS樹(shù)脂對(duì)PVC/ABS合金體系力學(xué)性能的影響

從表1中可以發(fā)現(xiàn)，隨著AS樹(shù)脂用量的增加，PVC/ABS合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量隨之提高，但增加幅度較??；合金的沖擊強(qiáng)度隨之降低。當(dāng)AS樹(shù)脂質(zhì)量份為12，PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度降低了49.7%，彎曲強(qiáng)度、彎曲模量分別提高了3.8%和3.2%。這是因?yàn)锳S樹(shù)脂作為一種有機(jī)剛性粒子，加入體系后剛性粒子之間存在一定距離，基體對(duì)剛性粒子的靜壓力大于剛性粒子的屈服應(yīng)力，共混物吸收能量較大。但是，由于其界面的粘接力小于屈服應(yīng)力，導(dǎo)致在分散相AS粒子的兩極首先發(fā)生脫粘，因而合金的韌性降低。

2.2 MBS樹(shù)脂對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能影響

MBS樹(shù)脂是甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯的接枝共聚物，具有良好的沖擊強(qiáng)度。與PVC具有較好的相容性。這是由于MBS樹(shù)脂具有特殊的夾層結(jié)構(gòu)，聚丁二烯作為內(nèi)部層，甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯作為外部層，外部層和PVC具有良好的相容性，使得內(nèi)部層橡膠相分布在PVC的連續(xù)介質(zhì)中。

從表2中看出，PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度隨著MBS樹(shù)脂用量的增加而提高，由18.7kJ/m2提高到42.1kJ/m2，提高了23.4 kJ/m2。合金的彎曲強(qiáng)度由68.5MPa下降至62.1MPa，彎曲模量由2569MPa下降至2197MPa，下降明顯。出現(xiàn)上述情況，是同MBS樹(shù)脂特有的夾層結(jié)構(gòu)分不開(kāi)的，由于MBS樹(shù)脂的外部層含有甲基丙烯酸甲酯，它起到了一定的增容作用，合金中的橡膠相可以分布在PVC的連續(xù)介質(zhì)中，因此，PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度得到提高。

表2 MBS樹(shù)脂對(duì)PVC/ABS合金體系力學(xué)性能的影響

2.3 EP對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能影響

環(huán)氧樹(shù)脂EP具有優(yōu)異的粘接性能[6]、耐溫性能以及收縮率低、易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，適用于制備性能更好的PVC/ABS合金以滿足更多行業(yè)的需求。

表3 EP對(duì)PVC/ABS合金體系力學(xué)性能的影響

表3是EP用量對(duì)PVC/ABS合金沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲模量的影響，可以看出，隨著EP用量的增加，合金的沖擊強(qiáng)度隨之降低，當(dāng)EP用量為12，合金的沖擊強(qiáng)度為11.9 kJ/m2，相比未加入EP時(shí)合金的沖擊強(qiáng)度下降了36.4%，降低幅度較大。這是因?yàn)?，EP作為交聯(lián)度高的熱固性樹(shù)脂，其固化后存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，韌性不足，導(dǎo)致合金的沖擊強(qiáng)度大幅度降低。而隨著EP用量的增加， PVC/ABS合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量呈上升趨勢(shì)。這是由于，PVC/ABS合金共混體系粘度較高，兩相之間的界面張力大，導(dǎo)致兩相之間粘合力較小，而EP可以與ABS中丁二烯的雙鍵和PVC上的氯原子發(fā)生反應(yīng), 相當(dāng)于EP作為粘接劑提高了兩相的粘合力, 使得兩相間的相容性提高[7]，因而彎曲強(qiáng)度、彎曲模量有所增加。

2.4 增塑劑DOP對(duì)PVC/ABS合金力學(xué)性能影響

在PVC/ABS 合金中,加入適量增塑劑DOP 可提高其流動(dòng)性，降低加工溫度。但是，由于體系中PVC的反增塑作用，而使得體系的力學(xué)性能有所降低。

表4 DOP對(duì)PVC/ABS合金體系力學(xué)性能的影響

表4是DOP用量對(duì)PVC/ABS合金沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲模量的影響，可以看出,隨著DOP用量的增加，PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度隨之降低，最大降低幅度為22.5%。同時(shí)，合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量隨著DOP用量的增加也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)DOP用量為12時(shí)，合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量分別下降了10%和2.4%，降低幅度較小。這是因?yàn)椋珼OP的加入降低了分子間作用力[8]而使PVC/ABS的力學(xué)性能下降。增加DOP的用量，有利于提高合金的熱穩(wěn)定性，而其力學(xué)性能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 結(jié)論

(1)PVC/ABS合金中加入適量的AS樹(shù)脂，體系韌性明顯下降，彎曲強(qiáng)度、彎曲模量略有提高。

(2)MBS樹(shù)脂的加入提高了PVC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度，但是彎曲強(qiáng)度和彎曲模量下降明顯。

(3)EP樹(shù)脂對(duì)提高PVC/ABS合金的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量有所幫助，但是降低了體系的韌性。

(4)增塑劑DOP的加入，使得PVC/ABS合金體系的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲模量都有明顯下降，降低了體系的力學(xué)性能。

[1] 孔秀麗，張新華，王晶，等.幾種相容劑對(duì)PVC/ABS合金注塑性能影響[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2012，24(5)：35-38.

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EffectofAdditivesonMechanicalPropertiesofPVC/ABSAlloy

LiJing,HuangJing,GaoRong

(MechanicalEngineeringDepartment,ChengduTechnologicalUniversity,Chengdu611730,Sichuan,China)

The AS resin, MBS resin, EP and DOP were added into the PVC / ABS alloy system. The results showed that the addition of the appropriate amount of AS resin, EP, the toughness of the system decreased obviously, the flexural strength and flexural modulus increased. MBS resin to improve the PVC / ABS alloy impact strength, but the bending strength and bending modulus decreased significantly, The impact strength, flexural strength and flexural modulus of PVC / ABS alloy system are obviously decreased by the addition of DOP, which reduces the mechanical properties of the system.

PVC/ABS alloy; bending strength; impact strength; performance