填料對ABS性能影響的研究

雷祖碧，王 飛，馬 玫

（廣州合成材料研究院有限公司，廣東 廣州 510665）

高分子材料行業中，將相對廉價的非金屬礦粉體材料或其它材料添加到高分子材料中，起到增量、改善性能和增加功能三大作用，稱為高分子材料的填充改性。無機礦物粉體的填充往往可大大降低制品的原材料成本，在使用性能得以滿足的情況下，使用的粉體越多，降低成本的作用越大。

ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三種單體共聚而成的熱塑性聚合物，是介于通用塑料與工程塑料之間的一種高分子材料。因具有優異的機械性能，良好的加工性能，耐化學試劑和表面光澤性好等優異性能而廣泛用于汽車、家電、辦公設備和通訊等領域。由于在實際應用的場景、條件、環境的不同，需要對ABS進行改選，使其達到使用要求[1-2]，筆者從市面上選擇了碳酸鈣和滑石粉粉體，分別在ABS樹脂中進行應用試驗研究，重點考察了碳酸鈣、滑石粉各自與ABS樹脂形成的復合材料的力學性能、加工性能及熱穩定性能等方面的優勢和差異。

1 試驗部分

1.1 主要原料

碳酸鈣（CaCO3），工業級，1500目，廣州市旺路達化工公司；滑石粉（Talc），工業級，1250目，廣州市旺路達化工有公司；PE蠟，工業級，市售；硬脂酸鈣，工業級，市售；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）,通用級，天津大沽；季戊四醇硬脂酸酯(PETS)，江蘇省海安石油化工廠；抗氧劑1076、抗氧劑168，煙臺新秀化學科技股份有限公司。

1.2 主要儀器及設備

同向雙螺桿擠出機，TDS-35，南京諾達高聚物裝備有限公司；注塑機，BT-80V-I，廣州創博有限公司；H10KS萬能材料拉伸試驗機，英國HOUNSFIED公司；復合式沖擊試驗機，XJF-5.5，承德市金建檢測儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱，JC101型，上海成順儀器儀表有限公司；熔體流動速率儀，XNR-400B，承德市金建檢測儀器有限公司；熱變形維卡溫度測定儀，HDT/V-3216，承德市金建檢測儀器有限公司。

1.3 試驗流程

1.3.1 試驗配方

ABS樹脂，100份；PE蠟，1份；硬脂酸鈣，1份；PETS,2份；抗氧劑0.2份；碳酸鈣和滑石粉為變量（質量分數：5份,10份，15份，25份，35份）。

1.3.2 試樣制備

將ABS、加工助劑、抗氧劑、碳酸鈣或滑石粉按一定質量比在高速混合機中混合至85℃出料，將上述混合料在雙螺桿機擠出造粒，用注塑機制成標準測試試樣，比較兩種填料對ABS材料力學性能、加工性能及熱性能的影響。

1.4 性能測試與表征

拉伸試驗按GB/T 1040-2006進行，拉伸速率10mm/min；懸臂梁缺口沖擊試驗按GB/T 1843-2008進行；彎曲強度試驗按GB/T 9341-2008進行；熔融指數測試按GB/T 3682.1-2018進行；負荷變形溫度測試按GB/T 1634.2-2004進行。

2 結果與討論

2.1 填充改性ABS的綜合性能

由表1中數據可知，隨著碳酸鈣與滑石粉填充量的逐漸增加，ABS材料的拉伸強度、沖擊強度、彎曲強度等力學性能都受到不同程度的影響；適當的填料填充ABS,可提高材料的熱變形溫度；適量添加填料不會影響ABS材料的加工流動性。

表1 填料對ABS性能的影響Table 1 Effect of filler materials on the properties of ABS

2.2 碳酸鈣、滑石粉對ABS填充改性性能的影響

從圖1可知，在相同填充量下填料對ABS材料的拉伸強度有明顯差異，滑石粉優于碳酸鈣。添加量≤10份，滑石粉填充能提高ABS的拉伸強度，當填充量大于10份，ABS材料的拉伸強度開始下降；對于碳酸鈣而言，少量填充ABS就會帶來材料拉伸性能的下降；這表明，ABS的剛性可通過填充滑石粉粒子而獲得明顯改善。這是由于基體樹脂分子鏈的相對運動因硬質粒子的加入而受到限制，導致材料抗拉剛性隨著增加[3]。滑石粉外形呈片狀，特定方向上材料的剛性提高顯著。

圖1 不同種類及用量填料的ABS的拉伸強度Fig. 1 Tensile strength of ABS with different types and amounts of f iller materials

滑石粉、碳酸鈣對ABS樹脂沖擊性能的影響如圖2所示。可以看出，滑石粉、碳酸鈣填充量添加到5份時，其沖擊強度急劇下降，然后平緩下降。如上所述，隨著無機填料的加入，增加了ABS材料的脆性，導致材料的沖擊強度下降。與滑石粉相比，碳酸鈣填充ABS材料沖擊強度稍高。填料的加入,降低了材料的韌性,帶來沖擊性能下降這一不利影響,需根據ABS不同用途進行改性。如圖3所示，填充改性ABS的彎曲強度總體上均隨著填充量的增加而降低，但添加量≤10份時，滑石粉填充ABS材料的彎曲強度變化不大；在相同填充量下，滑石粉填充ABS材料的彎曲強度要高于碳酸鈣。由于滑石粉顆粒在ABS材料中呈片狀排列，與ABS基體樹脂在大分子鏈運動中的阻礙作用增大,導致滑石粉對ABS材料抗彎能力提高，因此一定程度上減緩了無機填料對ABS力學性能的負面影響。

圖2 不同種類及用量填料的ABS的沖擊強度Fig. 2 Impact strength of ABS with different types and amounts of f iller materials

圖3 不同種類及用量填料的ABS的彎曲強度Fig. 3 Flexural strength of ABS with different types and amounts of f iller materials

由圖4可知，隨著填料的添加量增加，ABS樹脂的熔融指數先升后降，當填充量超過10份時，填充ABS材料的流動性開始下降。表明適當添加填料的ABS，在相關加工助劑的配合下，并未造成對材料的流動性的負面影響，因為季戊四醇硬脂酸酯PETS與PE蠟、硬脂酸鈣形成良好的潤滑配伍作用，保證了ABS與填料復合體系的加工性能不受影響。當填料超過15份,加工助劑添加量不變的情況下難以保持ABS的加工性能。

圖4 不同種類及用量填料的ABS的熔融指數Fig. 4 MFI of ABS with different types and amounts of filler materials

填料（碳酸鈣及滑石粉）的用量對ABS熱變形溫度的變化曲線如圖5所示。碳酸鈣和滑石粉的加入提高了ABS的熱變形溫度，滑石粉對ABS熱變形溫度的提高幅度高于碳酸鈣。這是由于無機剛性粒子的加入，限制了大分子鏈移動，從而提高了ABS的熱變形溫度，而片狀的滑石粉阻隔了大分子鏈段運動的效果要優于粒狀的碳酸鈣，因此其對ABS的熱變形溫度有較大提高[4-5]。

圖5 不同種類及用量填料的ABS的熱變形溫度Fig. 5 Thermal deformation temperature of ABS with different types and amounts of filler materials

3 結論

（1）10%的填料對ABS的力學性能影響較小，性價比較好。

（2）在拉伸和彎曲性能方面，滑石粉相比碳酸鈣對ABS的力學性能影響較小，沖擊性能方面，碳酸鈣比滑石粉對ABS填充效能更好。

（3）在填料填充ABS的耐熱性能方面，滑石粉優于碳酸鈣。