板材級(jí)ABS 樹脂結(jié)構(gòu)和性能對(duì)比研究

胡慧林 ，謝景偉 ，徐耀輝 ，陸書來 ，宋振彪 ，孔新越

(1.中國(guó)石油ABS 技術(shù)中心，吉林吉林 132021； 2.中國(guó)石油吉林石化公司合成樹脂廠，吉林吉林 132021)

丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯組成的三元共聚物，具有優(yōu)異的抗沖擊性能和耐低溫性能、表面光澤性好、易加工成型、尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一種用途廣泛的熱塑性工程塑料[1–5]。板材級(jí)ABS 樹脂主要應(yīng)用于冰箱、空調(diào)、行李箱等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主要牌號(hào)有臺(tái)灣化學(xué)纖維公司AE–8000、鎮(zhèn)江奇美公司PA–749SK、臺(tái)灣奇美公司 PA–747S、沙特 SABIC 公司 EX–58F 等。作為一種用量大、技術(shù)含量較高的ABS 專用料產(chǎn)品，目前主要以進(jìn)口或外資產(chǎn)品為主[6–8]。

筆者對(duì)比分析了吉林石化公司板材ABS 樹脂ST–571 同國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上2 種典型板材ABS 樹脂的結(jié)構(gòu)和加工性能，為國(guó)內(nèi)板材ABS 樹脂加工應(yīng)用企業(yè)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要原材料

1#板材級(jí) ABS 樹脂：ST–571，吉林石化公司；

2#和3#板材級(jí)ABS 樹脂：市售。

1．2 主要設(shè)備及儀器

沖擊強(qiáng)度測(cè)試儀：CEAST9050 型，美國(guó)英斯特朗公司；

萬(wàn)能測(cè)試機(jī)：Z005 型，德國(guó)Zwick 公司；

熔體流動(dòng)速率儀：mini2 型，德國(guó)Goettfert 公司；

缺口制樣機(jī)：XQZH–1 型，德國(guó) Zwick 公司；

熔 體 強(qiáng) 度 測(cè) 試 儀：Rhrotens71.91 型，德 國(guó)Goettfert 公司；

GPC 儀：1260 型，英國(guó)安捷倫公司。

1．3 性能測(cè)試

(1)熔體流動(dòng)速率。

按照GB／T 3682–2000 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為220℃，砝碼質(zhì)量為10 kg。

(2)力學(xué)性能。

按照GB／T 1043–2008 測(cè)試樣品的缺口沖擊強(qiáng)度；按照GB／T 1040.2–2006 測(cè)試樣品的拉伸強(qiáng)度，測(cè)試速度為50 mm／min；按照GB／T 9341–2008測(cè)試樣品的彎曲強(qiáng)度，測(cè)試速度為1.3 mm／min；按照GB／T 3398.2–2008 測(cè)試樣品的洛氏硬度。

(3) DSC 測(cè)試。

取樣磨成粉末。取5 mg 粉末在氮?dú)饬魉贋?0 mL／min、升溫速率 20 ℃／min 的條件下，從30℃加熱到150℃。

(4)熔體強(qiáng)度。

采用熔體強(qiáng)度儀直接測(cè)試聚合物的熔體強(qiáng)度，測(cè)試溫度為200℃和240℃。

(5)維卡軟化點(diǎn)溫度。

按照GB／T 1633–2000 測(cè)試樣品的維卡軟化點(diǎn)溫度，升溫速率50℃／h。

(6)白度。

按照GB／T 2913–1982 測(cè)試樣品的白度。

2 結(jié)果與討論

2．1 力學(xué)性能分析

將三種板材級(jí)ABS 樹脂注塑成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條，進(jìn)行熔體流動(dòng)速率、缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、維卡軟化點(diǎn)溫度等方面性能測(cè)試，所得結(jié)果見表1。從表1 可以看出，三種板材級(jí)ABS 產(chǎn)品性能存在細(xì)微的差異。在流動(dòng)性能方面，2#樣品流動(dòng)性最好、1#樣品其次、3#樣品最差；在力學(xué)性能方面，1#和3#兩種樣品相當(dāng)、2#樣品略低一些；在白度方面，2#樣品最高、1#樣品其次、3#樣品最差。

表1 三種板材級(jí)ABS 樹脂性能測(cè)試結(jié)果

2．2 結(jié)構(gòu)剖析

利用丙酮溶解三種ABS 樹脂樣品，收集未溶解的橡膠組分，干燥、稱重，得到產(chǎn)品中的橡膠含量；將溶解于丙酮中的苯乙烯–丙烯腈共聚物(SAN)樹脂進(jìn)行烘干和收集，利用GPC 儀測(cè)試其進(jìn)行分子量和分布，利用元素分析儀測(cè)試氮含量分析其結(jié)合丙烯腈含量，所得結(jié)果見表2。

表2 三種板材級(jí)ABS 樹脂結(jié)構(gòu)剖析結(jié)果

從表2 可以看出，三種板材ABS 樹脂的橡膠含量位于18%～20%之間，其中1#和3#樣品橡膠含量相當(dāng)，比2#樣品高1%；同時(shí)三種ABS 樹脂中丙烯腈含量相差不大，均在28%～29%之間，1#樣品SAN 樹脂分子量分布寬。

2．3 DSC 分析

為研究三種ABS 樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變行為，對(duì)三種ABS 樹脂進(jìn)行DSC 升溫測(cè)試，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 三種板材級(jí)ABS 產(chǎn)品DSC 升溫曲線

從圖1 可以看出，三種板材級(jí)ABS 樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均位于110℃左右，且各樣品差異較小，其中1#樣品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為109.79℃、3#樣品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為110.21℃，2#樣品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為111.00℃。

2．4 熔體強(qiáng)度測(cè)試

聚合物熔體強(qiáng)度反映聚合物熔體的抗延伸性及抗熔體下垂性，它是產(chǎn)品加工成型時(shí)一個(gè)非常重要的特性，尤其對(duì)于吹塑、擠出加工成型。材料熔體強(qiáng)度大，可以保證型坯在吹塑過程中不破裂、壁厚均勻一致[9–12]。為考察三種ABS 樹脂的熔體強(qiáng)度，采用熔體強(qiáng)度測(cè)試儀，在200℃和240℃情況下，對(duì)三種ABS 樹脂進(jìn)行熔體強(qiáng)度升溫測(cè)試，具體結(jié)果見圖2 和圖 3 所示。

圖2 200℃時(shí)三種ABS 產(chǎn)品熔體強(qiáng)度

圖3 240℃時(shí)三種ABS 產(chǎn)品熔體強(qiáng)度

從圖2 和圖3 能夠看出，1#樣品熔體強(qiáng)度最高、3#樣品熔體強(qiáng)度略小一些、2#樣品的熔體強(qiáng)度最低。相對(duì)于1#和3#樣品，2#樣品產(chǎn)品的熔體流動(dòng)速率指數(shù)最大，因此熔體強(qiáng)度最小。

2．5 回用性能測(cè)試

在實(shí)際加工過程中，板材ABS 樹脂會(huì)反復(fù)加工回用，因此，用戶十分看重產(chǎn)品的回用性能[13–16]。為考察板材ABS 產(chǎn)品的回用性能情況，將1#，2#，3#樣品分別反復(fù)加工3 次后，對(duì)比測(cè)試產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)作圖，如圖4～圖6 所示。

圖4 三種ABS 樹脂回用后沖擊性能對(duì)比

圖5 三種ABS 樹脂回用后拉伸強(qiáng)度對(duì)比

圖6 三種ABS 樹脂回用后彎曲強(qiáng)度對(duì)比

從圖4～圖6 可以看出，三種ABS 產(chǎn)品的新料性能略有差異，但經(jīng)三次回用后，產(chǎn)品的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等性能相當(dāng)。就缺口沖擊強(qiáng)度性能而言，2#樣品經(jīng)過三次回用后產(chǎn)品性能下降幅度較少，缺口沖擊強(qiáng)度從38.7 kJ／m2下降到37.2 kJ／m2，下降幅度為3.87%；1#樣品性能下降幅度次之，缺口沖擊強(qiáng)度從39.5 kJ／m2下降到37.3 kJ／m2，下降幅度為5.56%；3#樣品性能下降幅度最大，缺口沖擊強(qiáng)度從40.7 kJ／m2下降到37.5 kJ／m2，下降幅度為 7.86%。

3 結(jié)論

(1)三種板材級(jí)ABS 產(chǎn)品性能相當(dāng)，其中2#樣品流動(dòng)性和白度最好，1#和3#樣品力學(xué)性能較好。

(2) 1#樣品熔體強(qiáng)度最高?？傮w來看三種ABS樹脂抗熔垂性較好，均可適用于生產(chǎn)板材。

(3)經(jīng)三次回用后，三種ABS 產(chǎn)品的力學(xué)性能相當(dāng)。