納米PA/ABS 合金的應用研究

陳思汕，涂 丹，陳 敏，陳思松，陳 鎮(zhèn)

（浙江世博新材料股份有限公司 浙江 溫州 325800）

0 引言

ABS 樹脂是由3 種單體丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）聚合而成的三元共聚物。而ABS 樹脂中的橡膠粒子由兩種粒徑的粒子構成，一種是SBR 橡膠粒子（粒徑約為0.05 μm），均勻地分散在基材中，粒子包容結構不明顯；另一種是PB 橡膠粒子（粒徑在0.25 μm 以上），殼層為PB-g-SAN 接枝共聚物，內(nèi)部則含有大量的SAN粒子[1-3]。

ABS 具有良好的沖擊強度、優(yōu)異的加工穩(wěn)定性，但ABS 樹脂本身存在熱變形溫度低、可燃燒、耐候性差等缺陷，將PA 與ABS 共混所制得的納米PA/ABS 合金既具有PA 的優(yōu)異的耐熱性和耐化學藥品性，又具有ABS 的韌性和優(yōu)異的加工性能[4]。但PA 與ABS 相容性很差，主要原因是ABS 在PA 樹脂中不能很好地分散，界面不能融合，PA 和ABS 的加工溫度差距大。加入反應性官能團的相溶劑，相溶劑分別和PA、ABS 反應，解決相容性問題。

納米PA/ABS 合金是由剛性納米級、層狀硅酸鹽均勻地分散在尼龍和ABS 機體中的納米復合材料。納米PA/ABS合金與純尼龍相比，具有良好的加工性能、優(yōu)異的韌性，比純ABS 具有阻隔性能好，優(yōu)異的力學性能、低吸濕性、高尺寸穩(wěn)定性、高熱變形。而且其中層狀硅酸鹽填充量為5%左右時，性能最佳。

1 實驗材料與方法

1.1 主要試劑與儀器

納米尼龍，工業(yè)級，浙江樂清新興工業(yè)有限公司；ABS，PA-757，臺灣奇美實業(yè)股份有限公司；相溶劑，GK-6800，廣東高金化工有限公司。

WT100001X 電子天平，常州萬泰天平儀器有限公司；YCT132-4 電磁調(diào)速電動切割機，蘇州江南調(diào)速電機廠；SHJ-35 平行雙螺桿配料混煉擠出機組，南京廣達橡塑機械廠；DHG-9145A 電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；HC-2 氧指數(shù)測定儀，南京市江寧區(qū)分析儀器廠。

1.2 實驗方法

將已充分干燥的納米PA 和ABS 分別在105 ℃下置于熱風循環(huán)干燥箱中干燥4h，相溶劑GK-6800 按配比混合均勻，相溶劑加入份數(shù)分別為5 份和3 份，然后在直徑為35 mm 的同向平行雙螺桿擠出機組上擠出，水冷，造粒制成共混物。

2 結果與討論

2.1 納米尼龍含量對納米PA/ABS 合金性能的影響

2.1.1 沖擊性能測試結果

隨著納米PA 所占份數(shù)的增加，納米PA/ABS 合金的沖擊強度呈先下降后逐漸上升的趨勢，當納米尼龍含量為75%時，納米PA/ABS 合金的沖擊強度達到最高值9.14 kJ/m2，相對于ABS 沖擊強度有所下降，但比純納米尼龍?zhí)岣吡?9%。

當納米尼龍含量為75%，ABS 含量為25%時納米PA/ABS 合金沖擊強度最大，ABS 在納米PA 基體中形成較為均勻的分散相，作為應力集中點，其橡膠顆粒在外力作用下可引發(fā)大量的銀紋和剪切帶，這些銀紋和剪切帶的產(chǎn)生和發(fā)展要消耗一些能量，導致體系沖擊強度的增加[5-6]。而隨著納米PA 的繼續(xù)提高，體系中的橡膠含量越來越低，共混物的沖擊強度下降。圖1可以得出納米尼龍加入75份、ABS 加入25 份時，納米PA/ABS 合金沖擊性能達到一個最優(yōu)值。

2.1.2 拉伸測試結果

由圖2 可知，隨著納米PA 加入份數(shù)的增加，納米PA/ABS 合金鍛煉伸長率在納米PA 加入份數(shù)為6 份時，即有一個快速增長達到最高值20.89%，該值相對于ABS 提高了141.7%，相對于純納米PA 有108.3%的提升。

圖3 中發(fā)現(xiàn)隨著納米尼龍所占份數(shù)的增加，納米PA/ABS 合金的拉伸強度也平穩(wěn)上升。這是因為隨著納米尼龍含量的增大，ABS 含量變少，納米PA/ABS 合金的橡膠含量降低，納米PA/ABS 合金的硬度得到增強。

圖4 中發(fā)現(xiàn)納米PA/ABS 合金的彈性模量隨納米尼龍所占份數(shù)的增長有較大起伏，在納米尼龍所占份數(shù)為25份和65 份時出現(xiàn)峰值，納米尼龍所占份數(shù)為65 份時納米PA/ABS 合金其彈性模量達到最高值1128.3MPa，接近于純納米尼龍。這說明，納米PA 與ABS 共混能改善ABS的剛性[7]。

2.1.3 維卡軟化點溫度測試結果

由圖5 可知，納米尼龍用量的增長可以改善納米PA/ABS 合金的熱變形溫度，納米尼龍所占份數(shù)從30 份到60份這一階段，納米PA/ABS合金的維卡軟化點溫度迅速增長，納米尼龍所占份數(shù)大于60 份后，納米PA/ABS 合金維卡軟化點溫度增長放緩，并逐漸接近于純納米尼龍維卡軟化點溫度。因為納米尼龍含量達到一定值后，隨著納米PA 含量的提高，納米PA/ABS 中共混物中ABS 的含量越來越少，維卡軟化點溫度快速上升，納米尼龍含量增長到70 份后，納米PA/ABS 合金耐熱性基本穩(wěn)定。

2.1.4 氧指數(shù)測試結果

圖6 表明隨著納米尼龍所占份數(shù)的增加，納米PA/ABS合金的氧指數(shù)也相應升高，但其始終在22%～25.5%范圍內(nèi)，說明納米PA/ABS 合金具有一定的阻燃性，但阻燃性能不佳。

2.2 相溶劑用量對納米PA/ABS 合金性能的影響

PA 與ABS 相容性很差，主要原因是ABS 是一種非結晶性、弱極性的聚合物，而PA 是一種結晶性、強極性聚合物樹脂，所以ABS 不能很好地分散在PA 中，界面不能融合，且加工溫度差距大。加入反應性官能團的相溶劑分別為3 份和5 份，相溶劑分別和PA、ABS 反應進行性能測試。

2.2.1 沖擊性能測試結果

圖7可以發(fā)現(xiàn)相溶劑份數(shù)在納米尼龍所占份數(shù)較少時，對納米PA/ABS 合金的沖擊強度有較大的影響，但隨著納米尼龍含量的增加，相溶劑加入量為3 份或5 份時對納米PA/ABS 合金的沖擊性能影響逐漸變小。當納米PA 所占的份數(shù)小于等于9 時，相溶劑5 份比相溶劑3 份的沖擊強度高。當納米PA 所占份數(shù)大于12 時，相溶劑的份數(shù)對沖擊強度影響逐漸變小。

2.2.2 合金斷裂拉伸性能測試結果

圖8 為相溶劑用量對納米PA/ABS 合金斷裂伸長率的影響。由圖8 納米PA/ABS 合金中相溶劑份數(shù)為5 份較相溶劑份數(shù)為3 份，納米PA/ABS 合金斷裂伸長率有較大的提高。但后期隨著納米PA 所占的份數(shù)增加，相溶劑份數(shù)對納米PA/ABS 的斷裂伸長率影響也逐漸減小。

由圖9 可知，納米PA/ABS 合金中相溶劑加入份數(shù)為3 份時，相對于相溶劑份數(shù)加入5 份，納米PA/ABS 合金拉伸強度更高。其中，納米PA 所占份數(shù)為10 時，相溶劑3 份的拉伸強度為54 MPa，相溶劑5 份的拉伸強度為50 MPa，相差最大。

由圖10 可知，相溶劑5 份和相溶劑3 份對納米PA/ABS 合金的彈性模量影響較小，即相溶劑加入份數(shù)為5 份相對于3 份，納米PA/ABS 合金的彈性模量更高，有更好的剛性。

2.2.3 合金維卡軟化點溫度測試結果

由圖11 可知，納米PA/ABS 合金中相溶劑加入5 份相對于加入3 份，其維卡軟化點溫度普遍更高，這說明相溶劑加入量為5 份時，納米PA 與ABS 的相容性得到改善。其中，納米PA 所占份數(shù)為14 時，相溶劑3 份和5 份同時達到了最高值105 ℃，相容性最好。

3 結論

本文以納米PA、ABS、相溶劑為主要原料，利用雙螺桿擠出機通過熔融共混法制備納米PA/ABS 合金，在相同加工條件下改變納米PA/ABS 共混物中納米PA 的用量和不同相溶劑份數(shù)，考察納米PA/ABS 合金的力學性能、維卡軟化點溫度、氧指數(shù)等性能，并分析納米PA/ABS 合金性能變化，通過研究得到以下結論。

（1）改變納米PA 與ABS 樹脂的共混配比發(fā)現(xiàn)，當納米PA 加入份數(shù)為75 份，ABS 加入份數(shù)為25 份時，納米PA/ABS 合金的缺口沖擊強度出現(xiàn)最優(yōu)值。

（2）加入少量納米尼龍對于納米PA/ABS 合金的韌性有較大提高，但是隨著納米尼龍加入量增大，納米PA/ABS合金韌性有較大下降。增加納米PA/ABS 合金中納米尼龍含量，納米PA/ABS 合金的拉伸強度平穩(wěn)上升，但是彈性模量會有較大波動，在納米尼龍所占份數(shù)為65 份時，納米PA/ABS 合金彈性模量出現(xiàn)最大值，達到1128.3 MPa。

（3）納米PA/ABS 合金的維卡軟化點溫度與氧指數(shù)均隨納米尼龍含量增大而升高。納米尼龍所占份數(shù)從30 份到70 份這一階段，納米PA/ABS 合金的維卡軟化點溫度快速增長，納米尼龍所占份數(shù)為75 份時，納米PA/ABS 合金維卡軟化點溫度接近于純納米尼龍。納米尼龍的加入可以有效提高ABS 的耐熱性。納米PA/ABS 合金具有一定的阻燃性。

（4）綜合考慮各性能變化，對于納米PA/ABS 合金，納米PA 加入份數(shù)為75 份時，其綜合性能最好。另一方面考慮生產(chǎn)成本因素，納米PA 價格要高于ABS，可以根據(jù)試樣具體性能要求，選擇最合適的共混配比。

（5）納米PA/ABS 合金中相溶劑加入5 份相對于加入3 份，納米PA/ABS 合金的斷裂伸長率、彈性模量、維卡軟化點溫度有一定上升，納米PA/ABS合金綜合性能相對更優(yōu)。