延迟退休方案实施时间表

PVC／ABS合金材料注塑加工的性能研究 PVC,ABS合金材料注塑加工的性能研究 第39卷第5期 2011年5月 塑料工业 CHINAPLASTICSINDUSTRY?57? PVC/ABS合金材料注塑加工的性能研究 梁娜,苑会林,李鑫 (北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029) 摘要:研究了注塑级聚氯乙烯(PVC)/丙烯晴一丁二烯一苯乙烯(ABS)合金的加工流变性能.该合金采用挤出 造粒,注射成型的方式制备,探讨了不同配比下合金力学性能,耐热性,相容性以及 结果表 毛细管流变性能的变化. 明:PVC/ABS合金是半相容结构;合金的拉伸强度随着PVC用量的降低呈下降的趋势;PVC/ABS的质量比为40/60 时合金的相容性最好,冲击强度最高;合金的弯曲强度和弯曲模量都随着合金中ABS用量的升高而下降.合金的耐 热性随着PVC/ABS合金中ABS用量的增大而升高.PVC/ABS的质量比为20/80时合金的流动性最好. 关键词:聚氯乙烯/丙烯晴一丁二烯一苯乙烯;合金;注塑;加工性能 中图分类号:TQ325.3文献标识码:B文章编号:1005—5770(2011)05—0057—04 StudyofInjectionMoldedPropertiesofPVC/ABSAlloy LIANGNa,YUANHui—lin,LIXin (CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology, Beijing100029,China) Abstract:ThetheologicalpropertiesofinjectionlevelPVC/ABSalloywerestudiedinthispap er.The alloywaspreparedbyextrudinggranulationandinjectionmolding.Mechanicalproperties,h eatresistance, compatibility,capillaryrheometerpropertyofthealloywerediscussedunderdifferentratioofPVCandABS. Theresultsshowedthat:PVC/ABSalloywashaft-compatiblestructure;thetensilestrengthofthealloyde— creasedwiththedecreasingamountofPVC;Thecompatibilityreachedmaximumvaluewhentheratioof PVC/ABSalloywas40/60anditsimpactstrengthwasbestatthesametime;Theflexuralstrengthandflexur— almodulusdecreasedwiththeincreasingamountofABS.TheheatresistanceofPVC/ABSalloyincreased withtheincreasingamountofABSinthealloy.TheflowabilitywasoptimizedwhenthemassratioofPVC andABSWas20/80. Keywords:PVC/ABS;Alloy;Injection; 聚氯乙烯/丙烯晴一丁二烯一苯乙烯(PVC/ ABS)共混物是将通用塑料PVC和工程塑料ABS共 混改性而成的一种新型高分子合金材料.ABS增 韧PVC也是近年来人们尝试改变PVC加工性能及脆 性的重要之一. 近年来,世界各国对家用电器类产品阻燃性能的 要求日益苛刻,而大量用于这类产品的ABS本身不 能阻燃.ABS树脂含有侧苯基,氰基和不饱和双键, 它与许多聚合物都有比较好的相容性,这为ABS的 共混改性创造了条件.因此,ABS与具有阻燃性能 的PVC共混改性,制备的PVC/ABS合金可同时具有 优良的阻燃性能和力学性能,可代替ABS用于家用 电器,插线板等制品.但PVC/ABS合金的热稳定性 较差,合金在加工过程中容易降解,从而影响注塑件 的外观和力学性能.因此PVC与ABS树脂的共混改 性仍是目前比较热门的研究领域. PVC/ABS合金具有优异的韧性,刚性,耐化学性 和价格低廉等特性.由于PVC/ABS综合性能优异,已 广泛地应用于汽车,电子和建筑等行业.PVC/ABS合 金样品的成型方式有压制成型,挤出成型和注塑成型, 本实验主要是讨论注塑成型的合金样品,解决了注塑 过程中合金的分解问,注塑成型的产品形状主要由 模具决定,这直接拓宽了合金的应用领域. 1实验部分 1.1实验原料及设备 PVC树脂:S-550,上海氯碱厂;透明ABS树 脂:DA-05-B,日本东丽公司;氯化聚乙烯树脂 联系人yuan64445893@sina.eom 作者简介:梁娜,1987年生,硕士研究生,主要从事塑料加工与改性等方面研究. 塑料工业2011缸 (CPE):135A,淄博华星助剂有限公司;钛白粉: R350,杜邦公司;稳定剂,润滑剂,加工助剂等均 为工业级. 单螺杆挤出机:PLD一651型,德国BRABENDER 公司;注塑机:A80—210-4型,奥克兰有限公司;缺 口制样机:XQZ一1型,承德市金建检测仪器有限公 司;电子拉力试验机:TLX.1型,承德市金建检测仪 器有限公司;简支梁冲击试验机:XJJ5型,承德市 金建检测仪器有限公司;热变形维卡温度测试仪: XRW-300型,承德市金建检测仪器有限公司;差示 扫描量热仪:Pyris.1型,珀金埃尔默股份有限公司; 毛细管流变仪:Instron3211型,英国INSTRON公司; 冷场发射扫描电镜(SEM):FE.JSM.6701F,日本电 子株式会社. 1.2实验过程 将PVC与其助剂混合在一起,在高速搅拌机中 混合至120?时出料,冷却后与ABS树脂(已烘) 混合在190oC下挤出造粒,然后注射成型. 1.3性能测试与表征 拉伸性能:按照GB/T1040--1992进行测试;冲 击强度:按照GB/T1043--1993进行测试;弯曲性 能:按照GB/T9341_2o0O进行测试;热变形温度: 按照GB/T1643--1979进行测试. 玻璃化转变温度用差式扫描量热法(DSC):升 温速率为5oC/min;断面形貌用扫描电镜(SEM) 观察:样品首先用液氮进行冷冻脆断,得到表面光滑 的样品,然后在其表面喷金进行观察;毛细管流变性 能在温度180?下测定,毛细管的直径为1.195mm. 2结果与讨论 2.1PVC用量对PVC/ABS合金的拉伸与冲击强度 的影响 墓 霎嚣薏 PVC/ABS质量比 图1PVC用量对PVC/ABS合金的拉伸与冲击强度的影响 Fig1TensilestrengthandimpactstrengthofPVC/ABSalloy 图1为PVC用量对PVC/ABS合金的拉仲与冲击 强度的影响.由图1可知,合金的拉伸强度随着PVC 用量的降低整体上呈下降的趋势,合金中ABS的用 量大于40份之后合金制品的拉伸强度急剧下降,直 至纯ABS的拉伸强度.合金的拉伸强度主要是PVC 的刚性的贡献,在ABS用量少于40份时,合金制品 的拉伸强度是由刚性的PVC起主导作用;而在ABS 用量大于40份时又由ABS树脂的韧性起主导作用, 因此合金的拉伸强度急剧下降.ABS用量在20,40 份时,PVC和ABS中的SAN树脂溶解度参数相近, 两者具有一定的相容性,可以相互穿插,形成网络结 构,而且再加上SAN树脂本身就是刚性比较好的材 料,因此在这区间PVC/ABS合金的拉伸强度变化 不大. 由图1还可以看出,ABS含量为0,20份时,合 金的冲击强度变化很小,称为"脆性断裂区",ABS 用量为20,40份时,合金的冲击强度突然升高(从 8.36kJ/m升高到10.66kJ/m),称为"脆韧转变 区",ABS用量为40,100份时,合金的冲击强度变 化很大,称为"韧性断裂区".从图中可以看出,在 韧性断裂区,合金的冲击强度有很大程度的提高,而 且,在ABS用量为60份时冲击强度达到最高,出现 临界值.这是PVC与ABS树脂协同作用达到最佳的 结果.当再进一步增加ABS用量时,冲击强度又有 所下降.总体来讲,添加了ABS之后,冲击强度都 比纯的PVC要好,但都没有超过纯的ABS的冲击强 度.PVC与ABS的溶解度参数相近,因此具有一定 的相容性,当PVC中添加的ABS量低于40份时,由 于橡胶增韧作用的减少或丧失,PVC的脆性占主导 地位,PVC/ABS合金的冲击强度随着ABS含量的减 少而降低.而当ABS的添加量较大时(>60份), 出现了冲击强度的下降及临界值的出现,但整体上合 金的冲击强度并不高,这是由于透明ABS中含有一 定量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),而PMMA是典 型的脆性材料所导致. PVC中的氯原子和ABS中的腈基是较强的极性 基团,故ABS中树脂相的AS和PVC相容,提高了 界面的黏结力;同时促使ABS中橡胶相颗粒作为分 散相分散在连续相PVC中,形成"海岛结构".当材 料受到外力冲击时,由于PVC为脆性材料,会在两 相界面诱发银纹,吸收冲击能.银纹间的相互干扰, 又导致银纹的终止J.随着共混物中ABS比例的增 加,即橡胶相的增多有利于银纹的引发并与树脂相产 生大量的剪切带,可以吸收较高的冲击能,使材料具 有较强的冲击韧性,因此会出现合金冲击强度的升 高,但在达到临界点时出现了一定的下降,这是由于 合金的相容性下降导致. 第39卷第5期梁娜,等:PVC/ABS合金材料注塑加工的性能研究?59? 2.2PVC用量对PVC/ABS合金的弯曲性能的影响 冈2PVC用量对PVC/ABS合金的弯曲性能的影响 Fig2Eft~etofPVC/ABSalloyO11flexuralstrength 图2为PVC用量对PVC/ABS合金的弯曲性能的 影响.从图中可以看出,随着PVC/ABS合金中ABS 用量的提高,PVC/ABS合金的弯曲强度和模量单调 降低.在ABS用量小于40份时的弯曲强度和模量随 着ABS用量的提高下降缓慢,但在ABS用量大于40 份后,合金的弯曲强度和模量开始有较大程度的下 降.这是由于低聚合度的PVC树脂刚性大,有较高 的弯曲强度. 2.3PVc/ABS合金的扫描电镜 a—PVC/ABS质量比60/40b—PVC/ABS质量比40/60 c—PVC/ABS质量比20/80 陶3PVC/ABS合金的断面形貌(2000倍) Fig3FracturesuYfaeemorphologyofPVC/ABS.alloy PVC和ABS中的SAN树脂的溶解度参数相近, 从热力学角度来看具有一定的相容性.但PVC的熔 体黏度较大,与ABS问的粘接力较小,当共混体系 达不到改性所要求的分散程度时,会造成相界面积 小,不能有效地在两相间传递和分配载荷,造成力学 性能不理想,因此,用扫描电镜(SEM)来进一步 研究PVC/ABS合金的相容性. 图3是PVC/ABS合金在不同配比下所做的扫描 电镜图,由图3可知,在PVC/ABS合金配比为60/ 40,40/60和20/80的时候分散相ABS分散在PVC 中形成了"海岛结构",且界面比较模糊,证明合金 有一定的相容性,但PVC/ABS质量比为40/60时其 分散相分散得更加均匀,即在这一配比下合金的相容 性更好,这一结果与上述的冲击结果相一致.PVC/ ABS质量比为60/40和20/80的断面形貌接近,但 其独立存在的颗粒更多. 20/80时ABS的含量较高, 但两个配比下都有较大的团聚颗粒,因此会导致冲击 性能的下降.即PVC/ABS合金的冲击性能只有在合 适的配比下才能达到最佳. 2.4PVC/ABS合金的耐热性 60180 温度/? 图4PVC/ABS合金的DSC曲线 Fig4TheDSCofPVC/ABSalloy 图4是PVC/ABS合金不同配比下所测的DSC曲 线,该曲线是在消除材料热历史后所得,曲线中上升 过程中平滑段的切线与上升的半宽高的交点为合金的 Onset温度.图5所示,纯PVC样品的Onset温度为 79.552cC,PVC/ABS合金质量比为80/20,60/40, 40/60,20/80的样品的Onset温度分别为83.619, 89.342,90.233,92.657?.而且合金的Onset温度 是随着ABS用量的增大而升高的. p 越 赠 霰 图5PVC/ABS合金的热变形温度,Onset温度 Fig5Thermaldeformationtemperatureandonsettemperature ofPVC/ABSalloy 日鲁苣础鲁静 ,礴?口0 塑料工业 从图5可以看出,随着合金中ABS用量的增多, PVC/ABS合金的热变形温度呈上升的趋势.PVC树 热变形温度比较低,而透明 脂属于无定形聚合物, ABS树脂的热变形温度在80,87?【4J.两种测试方 法都证明了增加ABS的用量可以提高合金制品的耐 热性. 2.5PVC/ABS合金的毛细管流变性能 图6PVC/ABS合金的剪切速率对黏度的关系曲线 Fig6Thesheafingrate—viscositycurveofPVC/ABSalloy 图6表征的是PVC/ABS合金的剪切速率对黏度 的关系,从图中可以看出,PVC/ABS合金的黏度随 剪切速率的增加而降低,表现为一种假塑性流体的特 征,属于切敏性聚合物.这种流动方式主要是由于高 分子链形态的"不对称性"所致.当不对称分子处 于具有速度梯度的流动场中,长分子链会发生沿速度 方向取向.因此粘度随剪切速率的提高而降低. 整体上PVC/ABS合金的黏度都要高于纯PVC的 黏度,而且增加ABS的用量,合金的黏度也随之升 高.再增大剪切速率时,ABS添加量较大的合金黏 度下降得更快,剪切速率在10s左右时,不同 配比的合金出现了等黏点.曲线还显示出当合金中 ABS的添加量越大,随着剪切速率的升高黏度下降 得越快,这一现象在l0,l0s之间尤为明显. 根据幂律=,对于假塑性流体而言,黏度 随剪切速率下降得越快,说明流动性也越好,即增大 ABS的用量可以提高合金的流动性,在质量比为20/ 80时合金的流动性最好. 3结论 1)PVC/ABS合金的拉伸强度随着PVC用量的 降低整体上呈下降的趋势,而在PVC/ABS合金的质 量比为60/40时有一定的上升;PVC/ABS的质量比 为40/60时相容性最好,合金的冲击强度也最高;合 金的弯曲强度和弯曲模量都随着合金中ABS用量的 升高而下降. 2)合金的耐热性随着PVC/ABS合金中ABS用 量的增大而升高. 3)合金表现为假塑性流体的特征;PVC/ABS的 质量比为20/80时合金的流动性最好. 参考文献 [1]乔巍巍,王国英.PVC/ABS共混体系力学性能的研究 _J].塑料,2004,33(6):71—73. [2]陈际帆,周少奇.ABS/PVC合金国内研究进展[J].塑 料工业,2008,36(12):1—4. [3]杨明山,李林楷.塑料改性,配方与应用[M].北 京:化学工业出版社,2006. [4]傅旭.树脂与塑料[M].北京,化学工业出版社, 2005:270—272. [5]王维宪,王桂梅.PVC/ABS共混体系流变性能的研究 [J].现代塑料加工应用,2003,15(1):7—9. (本文于2011—02一l7收到) (上接第37页) [5]徐焕翔,何慧,洪浩群,等.多单体固相接枝共聚物对 废聚丙烯/稻糠复合体系结构与性能的影响[J].塑料 工业,2005,33(5):49—53. [6]ZHANGCheng,LIKaichang.Improvementofinter—facial adhesionbetweenwoodandpolypropyleneinwoodpolypropyl— enecomposites[J].JAdhesSciTechnol,2004,18 (14):1603—1612. [7]BOURMAUDA,BALEYC.Investigationsontherecycling ofhempandsisalfibrereinforcedpolypropylenecomposites [J].PolymDegradStab,2007,92(6):1034—1045. [8]SOMBATSOMPOPN,Y0TINwATTANAKuMTORNC. THONGPINC.Influenceoftypeandconcentrationofmalei— canhydridegraftedpolypropyleneandimpactmodifiersonme— chanicalpropertiesofPWwoodsawdustcomposites[J]. ApplPolymSci,2005,97:475—484. [9]杨胜强,王旭,许向彬.EPDM对PP结构发泡材料泡孔 形态的影响[J].塑料工业,2009,37(2):11—14. [10]杨继年,李子全,王静.短纤维混杂增强PP复合泡沫 材料的力学性能[J].复合材料,2007,24(4): 1—7. (本文于2011—01—23收到)