擠出工藝對(duì)玻纖增強(qiáng)ABS材料性能的影響

邵禹通 沈曉潔 盧軍

（南京聚隆科技股份有限公司，江蘇 南京，210032）

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）具有良好的加工性能和力學(xué)性能，長(zhǎng)期以來(lái)在電子電器、汽車(chē)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1-3］。為了滿(mǎn)足終端客戶(hù)對(duì)制件高強(qiáng)度的需求，玻璃纖維（GF）增強(qiáng)ABS材料也越來(lái)越受到歡迎。對(duì)于GF增強(qiáng)材料而言，GF的加入可以很大程度上提高材料的剛性，但其韌性也會(huì)受到較大影響［4］。

聚合物基復(fù)合材料性能的好壞，一方面與共混擠出機(jī)的螺桿組合有很大的關(guān)聯(lián)［5-7］，另一方面與擠出工藝的關(guān)聯(lián)也很大。以下在雙螺桿擠出機(jī)螺桿組合不變的情況下，研究了不同擠出工藝對(duì)GF增強(qiáng)ABS材料力學(xué)性能的影響，同時(shí)研究了多次擠出對(duì)GF增強(qiáng)ABS材料GF長(zhǎng)度和力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1．1 主要原料

ABS，8391，熔 體 流 動(dòng) 速 率26．5 g／10 min（220℃，10 kg），中國(guó)石化上海高橋石油化工有限公司；高膠粉，HR181，韓國(guó)錦湖石油化學(xué)株式會(huì)社；GF，ECS13-03-510，纖維直徑13μm，短切長(zhǎng)度3 mm，巨石集團(tuán)有限公司；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA），1330AC，丙烯酸甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，鈦白粉（TiO2），R105，金紅石型，TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于93%，均為美國(guó)杜邦公司。

1．2 主要儀器與設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)，CTE-35，長(zhǎng)徑比42∶1，科倍隆科亞（南京）機(jī)械有限公司；注塑機(jī)，EM150，香港震雄工業(yè)有限公司；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，ZBC1400-1，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司；萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)，ETM501B，深圳萬(wàn)測(cè)試驗(yàn)設(shè)備有限公司；二次元影像儀，JTVMS-1510，昆山瑞視儀器設(shè)備有限公司；馬弗爐，SX2-4-10A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1．3 樣品制備

將高膠粉和GF分別按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%和20%與ABS混合，按照表1中不同擠出工藝（編號(hào)為工藝1～工藝6）進(jìn)行共混擠出，并在注塑機(jī)上注塑標(biāo)準(zhǔn)樣條以測(cè)試力學(xué)性能。

表1 擠出工藝

將高膠粉、鈦白粉、EMA、GF與ABS一起混合后進(jìn)行多次擠出，材料配方及喂料方式如表2所示。

表2 多次擠出的材料配方及喂料方式

1．4 性能測(cè)試及表征

GF長(zhǎng)度測(cè)試：將共混擠出樣品粒子在馬弗爐中750℃下焚燒，使用二次元影像儀對(duì)焚燒殘留物進(jìn)行二次元分析，放大倍數(shù)為270。

拉伸強(qiáng)度按照GB／T 1040．2—2006測(cè)試，拉伸速率50 mm／min；彎曲強(qiáng)度按照GB／T 9341—2000測(cè)試，速率2 mm／min；缺口沖擊強(qiáng)度按照GB／T 1843—2008測(cè)試，缺口深度2 mm。

2 結(jié)果與討論

2．1 擠出工藝對(duì)ABS材料GF長(zhǎng)度影響

圖1是不同擠出工藝下GF的二次元影像。

表3是不同擠出工藝下ABS材料中GF長(zhǎng)度。結(jié)合表1、圖1和表3可以看出：相同GF喂料量和螺桿轉(zhuǎn)速下，擠出溫度越高，ABS材料中的GF越長(zhǎng)；相同螺桿轉(zhuǎn)速和擠出溫度下，GF喂料量越少，ABS材料中的GF越長(zhǎng)；相同擠出溫度和GF喂料量下，螺桿轉(zhuǎn)速越快，ABS材料中的GF越長(zhǎng)。

表3 不同擠出工藝下ABS材料中GF長(zhǎng)度

2．2 擠出工藝對(duì)ABS材料力學(xué)性能影響

表4為不同擠出工藝下GF增強(qiáng)ABS材料的力學(xué)性能。從表4可以看出，共混擠出ABS材料中的GF越長(zhǎng)，材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量總體均越高。

表4 不同擠出工藝對(duì)GF增強(qiáng)ABS材料力學(xué)性能的影響

2．3 多次擠出對(duì)ABS材料中GF長(zhǎng)度影響

圖2和表5分別是多次擠出后ABS材料中GF的二次元影像和長(zhǎng)度。結(jié)合圖2、表2和表5可以看出：與主喂喂料方式相比，側(cè)喂喂料方式制備的GF增強(qiáng)ABS材料中GF較長(zhǎng)；鈦白粉對(duì)GF的磨碎效果明顯，GF長(zhǎng)度降低較大；隨著擠出次數(shù)增加，ABS材料中的GF越來(lái)越短，7次擠出后，GF長(zhǎng)度從配方C的232μm降低至配方F的132μm。

表5 多次擠出后ABS材料中的GF長(zhǎng)度

2．4 多次擠出對(duì)ABS材料力學(xué)性能的影響

表6是多次擠出后ABS材料的力學(xué)性能。從表6可以看出：與主喂喂料方式相比，側(cè)喂喂料方式制備的ABS材料力學(xué)性能較好；鈦白粉的加入對(duì)GF有磨碎作用，材料的力學(xué)性能下降；隨著擠出次數(shù)增多，GF變短，材料的力學(xué)性能下降。

表6 多次擠出后GF增強(qiáng)ABS材料的力學(xué)性能

3 結(jié)論

a） 與主喂喂料方式相比，側(cè)喂喂料方式制備的GF增強(qiáng)ABS材料中GF較長(zhǎng)；相同GF喂料量和螺桿轉(zhuǎn)速下，擠出溫度越高，ABS材料中的GF越長(zhǎng)；相同螺桿轉(zhuǎn)速和擠出溫度下，GF喂料量越少，ABS材料中的GF越長(zhǎng)；相同擠出溫度和GF喂料量下，螺桿轉(zhuǎn)速越快，ABS 材料中的GF越長(zhǎng)。

b） GF越長(zhǎng)，GF增強(qiáng)ABS材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均越高。

c） 鈦白粉的加入對(duì)GF有磨碎作用，導(dǎo)致GF增強(qiáng)ABS材料的力學(xué)性能下降；隨著擠出次數(shù)增多，GF變短，GF增強(qiáng)ABS材料的力學(xué)性能下降。