不同徑厚比鋁顏料在塑料中應(yīng)用效果的研究

徐曈曈，董前年，朱雷明，徐俊軍，朱勝利，谷圣軍，朱雙單

(1.合肥旭陽(yáng)鋁顏料有限公司，安徽合肥231131；2.安徽天易金屬新材料有限公司，安徽六安237200）

涂料用鋁顏料的主要成分是60%～70%的片狀鋁粒子、30%～40%的溶劑以及少量助劑。不同廠家的片狀鋁顏料各有特色，很難在所有的樹脂中相互替代，而涂裝效果的不同主要是由于鋁片的徑厚比、邊緣光滑程度、鋁片平整程度以及工藝助劑等因素導(dǎo)致。

塑膠用鋁顏料在傳統(tǒng)的鋁顏料基礎(chǔ)上進(jìn)行深加工，去除多余的溶劑，再加入載體和助劑，經(jīng)擠出機(jī)擠出，造粒機(jī)成型，產(chǎn)品為直徑1.5～3.0 mm、長(zhǎng)8～10 mm 的柱狀體，鋁含量約80%，其余是載體和助劑。塑膠專用鋁顏料中鋁片呈銀元狀或玉米片狀，D為5～200 μm。每種規(guī)格的片狀鋁粒子都有一定的徑厚比的范圍，例如粒徑為10 μm的鋁顏料，徑厚比為30～80；粒徑為20 μm的鋁顏料，徑厚比為40～160；粒徑為50 μm 的鋁顏料，徑厚比為80～180。在同等粒徑的規(guī)格下，不同徑厚比的片狀鋁粉又有不同的閃爍感、金屬質(zhì)感和外觀特性。本文重點(diǎn)研究了在PE蠟包覆的條件下，粒徑為20 μm，不同徑厚比的鋁顏料在PP和ABS中的分散性、流痕和色相等性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

片狀鋁粉：濕法球磨，粒徑（D）20 μm，徑厚比分別為40～60，60～100，100～160，自制；載體：PE-WAX，德國(guó)科萊恩化工有限公司；ABS：①型號(hào)757K，鎮(zhèn)江奇美實(shí)業(yè)股份有限公司，②型號(hào)558A，韓國(guó)LG化學(xué)公司；PP：型號(hào)SZ30S，中韓武漢石化有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

SHJ-20型雙螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比40∶1，高低剪切螺桿各一套（高剪切組合里有4 組45°、60°和90°剪切組合；低剪切組合有4 組45°單剪切塊），南京科亞化工成套設(shè)備有限公司；45-30 型單螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比30∶1，張家港市創(chuàng)佳機(jī)械有限公司；SSF720-K5 型注塑機(jī)，寧波雙盛塑料機(jī)械有限公司；ATCO-2010型模溫機(jī)，東莞艾可朗斯機(jī)械設(shè)備有限公司；COLOR I7型色差儀，美國(guó)X-rite 分光光度測(cè)試儀；Flex SEM1000 型電子顯微鏡，日本日立高新技術(shù)公司；BT9300S 型激光粒度測(cè)試儀，丹東百特儀器有限公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 片狀鋁顏料選取

通過(guò)電子顯微鏡和激光粒度測(cè)試儀，選取D為20 μm，A：40～60，B：60～100，C：100～160三種不同徑厚比的片狀鋁顏料。

1.3.2 塑膠鋁顏料成型

片狀鋁顏料∶PE蠟∶復(fù)合分散劑=80∶18∶2的比例稱取原材料，混合機(jī)中混合均勻，單螺桿擠出機(jī)成型，進(jìn)干燥箱，干燥后的揮發(fā)分＜1%。

1.3.3 ABS樣板制備

稱取ABS粒子和塑膠鋁顏料混合均勻，雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，造粒溫度230℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速300～400 rpm，造粒后90℃干燥1 h，注塑打板，注塑溫度230℃，模溫80℃，樣板冷卻30 min后待測(cè)試。

1.3.4 PP樣板制備

稱取PP 粒子和塑膠鋁顏料混合均勻，雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，造粒溫度220℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速300～400 rpm，造粒后90℃干燥1 h，注塑打板，注塑溫度220℃，模溫80℃，樣板冷卻30 min后待測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試

色差測(cè)試：每個(gè)型號(hào)在上述注塑板中各取5 塊樣板，然后在每塊樣板上選取5點(diǎn)，測(cè)試L、a、b值，去掉最高和最低，取平均值，然后再將五塊樣板的L、a、b 值的數(shù)據(jù)取平均數(shù)作為該型號(hào)的Lab值數(shù)據(jù)。

分散性測(cè)試：每個(gè)型號(hào)在上述注塑板中取50 塊樣板，在標(biāo)準(zhǔn)光源D65 燈箱中目視樣板正反面，查看樣板表面的凹坑和麻點(diǎn)（拖尾巴的點(diǎn)）數(shù)。

流痕測(cè)試：每個(gè)型號(hào)在上述注塑板中取3 塊樣板，目視樣板表面的流痕情況。

2結(jié)果與討論

2.1 不同徑厚比鋁粉在高低剪切力作用下對(duì)樣板L、a、b值的影響

在兩種不同的剪切力條件下，三種不同徑厚比的鋁粉在型號(hào)757K ABS 中的L、a、b值變化情況見表1。

表1 不同徑厚比鋁粉在高低剪切力作用下對(duì)樣板L、a、b值的影響

由表1可知，對(duì)于相同徑厚比的片狀鋁粉，在高剪切力作用下制備的樣板，樣板測(cè)得L值要比在低剪切力作用下制備的樣板L 值低；對(duì)于不同徑厚比的片狀鋁粉，無(wú)論是在高剪切力作用下還是在低剪切力作用下制備的樣板，都是徑厚比為60～100的片狀鋁粉制備的樣板L值最高。從而可以說(shuō)明，片狀鋁粉在塑料中L值與片狀鋁粉的徑厚比以及塑料加工成型過(guò)程中的剪切力密切相關(guān)。如果想要得到較高的L值，需要考慮降低加工成型過(guò)程中的剪切力，另外還要考慮選擇適中的徑厚比的片狀鋁粉。

表2 不同徑厚比鋁粉在不同樹脂中對(duì)樣板L、a、b值的影響

2.2 不同徑厚比鋁粉在不同樹脂中對(duì)樣板L、a、b 值的影響

在相同的剪切力條件下，三種不同徑厚比的鋁粉在型號(hào)757K ABS、558A ABS、SZ30S PP三種樹脂中的Lab值變化情況見表2。由表2 可以看出，相同徑厚比鋁粉在型號(hào)558A 透明ABS 中和在型號(hào)757K 不透明ABS 中相比，在透明ABS 中的L 值要高于在不透明ABS 中的L值；在相同樹脂體系中，不同徑厚比鋁粉a值接近；在不同樹脂體系中，在型號(hào)757K不透明ABS 中，b值隨鋁粉徑厚比增大而降低，在型號(hào)558A透明ABS 中，b值隨鋁粉徑厚比增大而增大，在型號(hào)SZ30S PP中，b值隨鋁粉徑厚比增加而小幅度降低。從以上結(jié)果可以看出，樣板表面的L、a、b值是由樹脂和顏料共同影響的，分析認(rèn)為PP樹脂接近無(wú)色透明，由PP注塑成型的樣板表面L、a、b值更接近鋁粉的L、a、b值。隨著鋁粉徑厚比增大，b值稍微降低，偏藍(lán)相；757K 樹脂本身偏黃相，因此b 值較高。因此，需要獲得較高的工件表面L 值，可以選擇透明的樹脂，同時(shí)可以選擇合適的徑厚比鋁粉來(lái)調(diào)節(jié)L、a、b值。

2.3不同徑厚比鋁粉在PP、ABS樹脂中的分散性研究

由于鋁粉是片狀結(jié)構(gòu)，且粒徑具有一定的分布區(qū)間，采用常規(guī)的壓濾值法無(wú)法測(cè)試其分散性，因此本文采用注塑樣板目視數(shù)點(diǎn)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了數(shù)據(jù)的可靠性和客觀代表性，在同等工藝條件下，注塑50 塊樣板，通過(guò)增大樣本的方式提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，見表3。

表3 不同徑厚比鋁粉在PP、ABS樹脂中的分散性

由表3 可以看出，無(wú)論哪種型號(hào)樹脂，徑厚比小的鋁粉和樹脂共混，注塑成型的樣板表面的凹坑和麻點(diǎn)數(shù)量都最少，說(shuō)明徑厚比小的鋁粉在樹脂體系中分散性較好。分析認(rèn)為，徑厚比小的鋁粉，比表面能小，團(tuán)聚現(xiàn)象較少，因此，鋁粉在樹脂體系中分散性就相對(duì)較好；相反，徑厚比大的鋁粉，比表面能大，易團(tuán)聚，因此，分散性較差。

2.4 不同徑厚比鋁粉在PP、ABS中的流痕研究

塑料注塑時(shí)會(huì)在塑料制品中出現(xiàn)流痕。流痕形成的主要原因是：含片狀鋁粉的熔融塑料流在模腔內(nèi)流向突然發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致片狀鋁粉在排列上發(fā)生取向變化，破壞了片狀鋁粉在塑料流表面的平行排列，從而在塑料制品表面形成流動(dòng)痕跡，即流痕，常發(fā)生于澆口、厚薄壁轉(zhuǎn)換的地方。

為了評(píng)價(jià)注塑樣板表面的流痕情況，企業(yè)制定了樣板表面流痕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。選擇5 塊不同流痕的樣板作為標(biāo)準(zhǔn)板，代表5 種不同程度流痕情況，從輕到重分別用+、++、+++、++++、+++++表示。圖1 從左到右5 塊樣板的流痕情況為+、++、+++、++++、+++++。

圖1 注塑樣板表面流痕情況標(biāo)準(zhǔn)樣板

表4 不同徑厚比鋁粉在PP、ABS中的流痕

由表4 看出，無(wú)論哪種型號(hào)樹脂，徑厚比小的鋁粉和樹脂共混、注塑成型的樣板表面流痕較輕；徑厚比大的鋁粉和樹脂共混、注塑成型的樣板表面流痕較重。分析認(rèn)為，徑厚比小的鋁粉抗翻轉(zhuǎn)能力比徑厚比大的強(qiáng)，所以流痕就比較輕；另外，鋁粉徑厚比小，鋁粉遮蓋力差，在樣板表面鋁粉數(shù)量少，因此，形成流痕現(xiàn)象也較輕。

3 結(jié)論

相同粒徑時(shí)，徑厚比為60～100 的鋁粉和樹脂共混、注塑成型的樣板表面L值較高，流痕現(xiàn)象較少，鋁粉在樹脂展現(xiàn)的金屬效果也較好；若客戶需差異化，可參考上述結(jié)果調(diào)整。改善流痕，可選擇徑厚比小的鋁粉，就是市面上所說(shuō)的加厚型鋁粉。加厚型鋁粉自身重量大，耐剪切能力強(qiáng)，在材料中抗翻轉(zhuǎn)的能力也較強(qiáng)。在分散性方面，可選徑厚比小的鋁粉，此類鋁粉比表面能小，相互間作用力小，分散性相對(duì)較好。在a、b值方面，a 值和徑厚比的關(guān)系不大，b 值和材料自身的顏色以及鋁粉的徑厚比都有一定的關(guān)系。