增容劑種類對PC／ABS 合金材料適用環(huán)境的影響

陳家鋒，肖敏，陳福雙，黃珂?zhèn)?，徐宏健，陸超超，潘利?/p>

(杭州金州高分子科技有限公司，杭州 310018)

聚碳酸酯(PC)／丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)具有優(yōu)異的力學性能、高韌性和高流動性，因此廣泛應用在汽車、家電、航空、船舶等行業(yè)。近年來，隨著我國家電產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和日益更新，引進了大量的產(chǎn)品生產(chǎn)線，這些產(chǎn)業(yè)需要大量的熱變形溫度高、高光澤、耐低溫開裂、高應力開裂、耐刮擦的 PC／ABS 樹脂產(chǎn)品[1–3]。崔晉愷等[4]、丁志超等[5]、李欣達等[6]綜述了用于改善PC／ABS 合金相容性的增容劑主要包括馬來酸酐接枝類、甲基丙烯酸甲酯接枝類及胺基苯乙烯–丙烯腈反應型增容劑；吳倩倩等[7]，邵佳麗等[8]研究了以甲基丙烯酸－丁二烯－苯乙烯共聚物(MBS)為增容劑，采用熔融共混的方法制備PC／ABS 合金和PC／ABS／MBS 合金，研究了不同原料配比以及增容劑對物理性能和外觀形態(tài)的影響；畢靜利[9]研究了以MBS為增容劑，不同 PC 含量對 PC／ABS 和 PC ／ABS／MBS 合金力學性能和熱變形溫度的影響；劉擂文等[10]制備了一系列不同MBS 含量的PC 回收料／ABS 合金，研究了 MBS 對 PC 回收料／ABS 合金力學性能的影響。曾德明等[11]研究了SAM 對PC進行增韌改性，改善PC 的缺口敏感，提高PC 韌性特別是低溫沖擊性能；楊海民等[12]對比研究了不同類型增韌劑[ABS 高膠粉、MBS、含硅增韌劑、乙烯－甲基丙烯酸酯(EMA)]及用量和不同阻燃劑對PC 的力學、低溫缺口沖擊強度、阻燃性能的影響，進一步優(yōu)選耐寒增韌劑和阻燃劑研究了不同用量配比對低溫落球性能和阻燃性能的影響。段浩等[13]研究了苯乙烯–丙烯腈–甲基丙烯酸縮水甘油酯結構的三元共聚物對PC／ABS 合金物理性能和相態(tài)結構的影響；陸波等[14]研究了丙烯酸酯類對PC／ABS 合金力學性能和熔體流動性能的影響。

但是很少有文章研究增容劑種類對PC／ABS性能的影響及差異，筆者主要以苯乙烯–丙烯腈–GMA，MBS，苯乙烯和馬來酸酐無規(guī)共聚物，乙烯與丙烯酸甲酯的共聚物，PC 液體增韌劑等不同種類增容劑來研究它們在PC／ABS=7 ∶3，PC／ABS=3 ∶7 的比例下的高低溫性能，并確認不同種類增容劑使用的最佳場合，并確認增容劑的合適的添加比例。

1 實驗部分

1．1 主要原材料

PC：110，臺灣奇美實業(yè)股份有限公司；

ABS：PA–757K，鎮(zhèn)江奇美化工有限公司；

苯乙烯–丙烯腈–甲基丙烯酸縮水甘油酯：SBG–001，佳易容相容劑江蘇有限公司；

甲基丙烯酸甲酯–丁二烯–苯乙烯三元共聚物(MBS)：M701，核殼型，日本鐘淵化學工業(yè)株式會社；

苯乙烯和馬來酸酐無規(guī)共聚物：SMA–700，嘉興華雯化工有限公司；

乙烯與丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)：市售；

MBS：S050，廣州華生塑料有限公司；

PC 液體增韌劑：SR270，市售；

抗氧劑：1076，168，巴斯夫(中國)有限公司；

分散劑：PETS，巴斯夫(中國)有限公司。

1．2 主要設備及儀器

平行雙向螺桿擠出機(側喂料)：CTE35 型，?35.6，科倍隆(南京)機械有限公司；

注塑機：HDX–50 型，海達(寧波)塑料機械有限公司；

電子懸臂梁沖擊試驗機：XJUD–5.5 型，承德市金建檢測儀器有限公司；

萬能試驗機：AGS–X 型，島津企業(yè)管理(中國)有限公司；

密度計：ED–1000 型，上海圖新電子科技有限公司；

恒溫恒濕試驗箱：MHK–408AK 型，泰琪科技(蘇州)有限公司；

維卡／熱變形測試儀：ZWK1302–A 型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司；

熔體流動速率 (MFR)儀：MFI–1211 型，承德市金建檢測儀器有限公司。

1．3 樣品制備

將 PC，ABS 分別于 110℃，90℃干燥 4 h 后，按照一定的比例與增容劑、抗氧劑、潤滑劑等在高速混合機中混合10 min，再由雙螺桿擠出機擠出造粒。其各段溫度為：1 區(qū)：230℃；2 區(qū)：240℃；3 區(qū)：245℃；4 區(qū)：245℃；5 區(qū)：250℃；6 區(qū)：250℃；7 區(qū)：250℃；8 區(qū)：250℃；9 區(qū)：250℃；10 區(qū)：250℃；機頭：245℃。擠出機主機轉速為300 r／min，主喂料轉速為20 r／min，根據(jù)不同的配比，得到多組PC／ABS塑料。

添加不同增容劑的不同PC 和ABS 比例(70／30；30／70)的PC／ABS，添加的增容劑分別為：無增容劑，SBG–001，M701，EMA，S050，SMA–700，SR–270，各組材料在110℃下烘干4 h 后注塑成標準樣條，后放置24 h 后檢測。

通過注塑機，制備不同配方的PC／ABS 樣條。注塑工藝：1 區(qū)溫度 240℃；2 區(qū)溫度 250℃；3 區(qū)溫度 250℃；1 段壓力 60 MPa；2 段壓力 65 MPa；3段壓力65 MPa；4 段壓力60 MPa；1 段速度55%；2 段速度60%；3 段速度55%；4 段速度45%。

1．4 性能測試

拉伸性能：按照 GB／T 1040.2–2006 測試，拉伸速率為10 mm／min。

彎曲性能：按照GB／T 9341–2008 測試，彎曲速率為2 mm／min。

懸臂梁缺口沖擊強度(常溫，低溫–30℃／24 h，高溫 110℃／168 h)：按照 GB／T 1843–2008 測試，沖擊擺錘能量為2.75 J／5 J。

密度：按照 GB／T 1033.1–2008 A 法測試。

MFR：按照 GB／T 3682–2008 測試，溫度為260℃，砝碼質(zhì)量5 kg。

熱變形溫度：按照 GB／T 1634.2–2004 測試，載荷1.8 MPa，升溫速率為120℃／h。

2 結果與討論

2．1 不同增容劑對PC／ABS 材料力學性能的影響

分別在PC／ABS(70／30)和PC／ABS(30／70)兩個體系中添加不同種類增容劑，添加比例為5%，探討不同增容劑對PC／ABS 合金性能的影響。

(1)不同增容劑對PC／ABS(70／30)力學性能的影響。

表1 為增容劑添加比例為5%，不同增容劑種類時PC／ABS(70／30)材料力學性能。

表1 不同增容劑種類時PC／ABS(70／30)力學性能

對拉伸強度、彎曲強度、缺口沖擊強度、低溫缺口沖擊、熱老化缺口沖擊、熔體流動速率、熱變形溫度分別作圖，見圖1～圖7。

圖1 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料拉伸強度

從圖1 可以看出，添加增容劑后，材料的拉伸強度均有不同程度的下降，其中添加S050 和SMA 的材料拉伸強度下降幅度較小，分別為54.28 MPa 和53.60 MPa；添加EMA 的材料拉伸強度下降幅度最大，為 46.69MPa。

圖2 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料彎曲強度

從圖2 可以看出，添加增容劑SR270 后，材料的彎曲強度為96.70 MPa，比未添加增容劑的材料有所上升，而添加其它增容劑的材料的彎曲強度均有下降，其中EMA 的強度下降幅度最明顯，為78.36 MPa。

圖3 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料缺口沖擊強度

從圖3 可看出，添加增容劑后，材料的缺口沖擊強度均會有較大幅度的增加，其中添加SMA 的材料的缺口沖擊強度提升效果最佳，為75.90 kJ／m2。

圖4 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料低溫缺口沖擊強度

從圖 4 可以看出，添加 SBG，M701，SMA 的材料的低溫缺口沖擊強度相對較好，其中添加SMA的材料強度達到74.24 kJ／m2；而添加EMA 的材料，反而下降，強度僅有24.02 kJ／m2。由此可以看出，對PC／ABS(70／30)材料，添加SBG，M701和SMA 可使材料更好的適用于低溫環(huán)境，而添加EMA 不適用于低溫環(huán)境。

圖5 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料熱老化后缺口沖擊強度

從圖 5 可以看出，添加 SBG，M701，EMA 的材料的熱老化缺口沖擊強度提升效果更好，其中添加EMA 的材料強度達到44.07 kJ／m2。由此可以看出，對 PC／ABS(70／30)材料，添加 SBG，M701 和EMA 可使材料更好的適用于高溫環(huán)境。

圖6 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料的MFR

從圖6 可以看出，添加增容劑后，材料的MFR均下降，相對而言，SR270 的影響較小，可以使得PC／ABS 材料具有較寬的加工范圍。

圖7 不同增容劑時PC／ABS(70／30)材料的熱變形溫度

從圖7 可以看出，各種增容劑對PC／ABS 材料的熱變形溫度影響不大，熱變形溫度的數(shù)值主要由體系中PC 的含量決定。

綜上所述，對PC／ABS(70／30)體系，當材料只在常溫環(huán)境下使用時，各類增容劑均能使得材料的缺口沖擊強度達到60 kJ／m2以上，其中SMA 的提升效果最佳；當材料具有低溫使用要求時，可以選擇添加SBG，M701，SMA，但是不能使用EMA；當材料具有高溫要求時，可以選擇添加SBG，M701，EMA，其中EMA 效果最佳。

(2)不同增容劑對PC／ABS(30／70)力學性能的影響。

考慮到成本及加工性能等因素，確定了PC／ABS(30／70)的比例配方，并在PC／ABS(30／70)體系中添加5%的不同種類的增容劑，測試其力學及熱性能，見表2。

表2 不同增容劑種類時PC／ABS(30／70)力學性能

由于PC／ABS(30／70)材料的拉伸強度、彎曲強度、熱變形溫度的總體趨勢與PC／ABS(70／30)基本相同，在此不再贅述。對缺口沖擊強度、低溫缺口沖擊、熱老化缺口沖擊、MFR 作圖，分別見圖8～圖10 所示。

圖8 不同增容劑時PC／ABS(30／70)材料的熱變形溫度

圖9 不同增容劑時PC／ABS(30／70)的低溫和熱老化缺口沖擊強度

圖10 不同增容劑時PC／ABS(30／70)材料的MFR

從圖 8 可以看出，添加SBG 和S050 對材料的缺口沖擊強度提升效果相對較好；而EMA 和SR270 對材料的強度幾乎沒有提升效果。

從圖9 可以看出，添加增容劑對材料的低溫和熱老化缺口沖擊強度幾乎沒有作用。由此可以看出，PC／ABS(30／70)不適用于低溫或高溫環(huán)境。

從圖10 可看出，添加增容劑后，材料的熔體流動速率均下降，相對而言，SR270 的影響較小，可以使得PC／ABS 具有較寬的加工范圍。可見，對PC／ABS(30／70)材料，可添加 SBG 和 S050，能有效提升材料的常溫缺口沖擊強度；但添加各增容劑均無法明顯提升材料的低溫及熱老化缺口沖擊強度，因此PC／ABS(30／70)不適用于低溫或高溫環(huán)境。

綜合對比PC／ABS(70／30)及PC／ABS(30／70)兩種材料，除了MFR，PC／ABS(70／30)其它各項性能均高于PC／ABS(30／70)材料。因此，當材料擁有較高性能要求時，則選用PC／ABS(70／30)體系，而當PC／ABS(30／70)材料的性能可以滿足要求時，該材料擁有更好的成型加工性能，且該材料的成本更低。

2．2 不同增容劑含量對PC／ABS 力學性能的影響

選擇綜合性能較好的增容劑SBG，來探討不同含量的增容劑對PC／ABS 力學性能的影響，分別在 PC／ABS (70／30)和PC／ABS (30／70)中添加1%，3%，5%，7%，對拉伸強度、彎曲強度、缺口沖擊強度分別作圖，見圖11～圖13 所示。

圖11 不同增容劑含量時PC／ABS(70／30)材料的拉伸及彎曲強度

圖12 不同增容劑含量時PC／ABS(30／70)材料的拉伸及彎曲強度

從圖11 和圖12 可以看出，增容劑的添加會降低材料的拉伸強度和彎曲強度，但不同含量的性能差距均較小且無明顯規(guī)律。在PC／ABS(70／30)體系中，當添加量為7%時，擁有最大的拉伸強度為50.39 MPa；當添加量為3%時，擁有最大的彎曲強度為83.43 MPa。在PC／ABS(30／70)體系中，當添加量為5%時，最大的拉伸強度為41.86 MPa；當添加量為1%時，最大的彎曲強度為73.55 MPa。

圖13 不同增容劑含量時PC／ABS 材料的缺口沖擊強度

從圖13 可以看出，對于缺口沖擊強度，無論是PC／ABS(70／30)還是 PC／ABS(30／70)材料，在增容劑添加量3%時效果最好，強度分別為69.14 MPa 和 32.77 MPa。

綜上所述，無論是PC／ABS(70／30)還是PC／ABS(30／70)，在添加3%的增容劑SBG 時，其常溫沖擊性能最佳。

3 結論

(1)苯乙烯和馬來酸酐無規(guī)共聚物(SMA–700)對PC／ABS(70／30)材料的低溫缺口沖擊強度的提升效果最佳，強度為74.14 kJ／m2；乙烯與丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)對PC／ABS(70／30)材料的熱老化缺口沖擊強度提升效果最佳，強度為44.07 kJ／m2；PC 液體增韌劑 (SR270)使得 PC／ABS 材料具有最高的MFR，具有最寬的加工范圍。

(2)在常溫環(huán)境中，若PC／ABS(30／70)的性能可以滿足要求，建議使用PC／ABS(30／70)材料，該材料擁有更好的成型加工性能和成本；在高溫環(huán)境或者低溫環(huán)境中不建議使用PC／ABS(30／70)的材料。

(3) 在常溫環(huán)境中，PC／ABS(70／30)、PC／ABS(30／70)材料中添加3%比例的增容劑SBG–001 時，材料的常溫沖擊性能最佳。