ABS工程塑料

2020-03-01 21:50:53 来源：范文大全收藏下载本文

ABS合金材料的研究进展

许国栋

摘要：ABS树脂是一种用途极广的热塑性工程塑料，它可以单独使用，也可以与其它聚合物共混制成具有某些特殊性能的合金材料。文中阐述了

PVC/ABS、PC/ABS、PA/ABS、PBT/ABS几种ABS合金的相容性、共混组成与性能的关系。

关键词：ABS合金；聚碳酸酯；聚氯乙烯；尼龙

1ABS塑料概述

ABS树脂属聚苯乙烯树脂，是丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）三中单体的共聚物，由于它具有卓越的性能，被称为通用型工程塑料。它是苯乙烯类树脂中发展最快的一个品种，ABS树脂是目前产量最大、应用最广泛的聚台物共混物之一。不仅具有韧、硬、刚相均衡的优良力学件能，而且具有极好的耐化学药品性，尺寸稳定性、表面光泽度、耐低温特性、着色性能和加工流动性能等优点。ABS树脂自1947年实现工业化以来，发展极其迅速，在世界范围内，ABS树脂的年需求量以5％~8％的速度增长；在我国，年需求量更是以15％的速度持续增长。

1.1ABS树脂的合成

20世纪20年代中期，采用本体法或溶液沉淀法在天然橡胶存在下制备抗冲改性聚苯乙烯技术的雏形就已出现。到20世纪50年代，悬浮法、乳液法、本体法聚合工艺都被用于高抗冲聚苯乙烯(HIPS)或丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)的合成。1957年，美国Borg- Wamer的Cycolac系列乳液接枝法ABS被推向市场并迅速成为主导产品。20多年后，美国Dow化学公司本体法生产的MAGNUM系列ABS面市。2002年，Dow化学公司该系列ABS全球范围产能占全球ABS总产能的5.1％[1]。显然，ABS本体法工艺不能完全替代乳液法工艺，即自身局限性阻止了前者发展问。早期的ABS树脂采用共混法，一般70份苯乙烯—丙烯腈共聚物与40份丁腈橡胶混合。目前工业上生产的ABS树脂主要采用乳液接枝法，是苯乙烯单体和丙烯腈接枝在聚丁二烯乳胶上得到的。各个组分对ABS的使用性能产生不同的作用：丙烯腈主要提供耐化学性和热稳定性，丁二烯提供韧性和冲击强度，苯乙烯则赋予了ABS的良好的刚性和加工性。三种组

分的比例：A为25%~30%；B为25%~30%；C为40%~50%。最常见的比例是A:B:S=20:30:50。ABS塑料的成型温度为180~250℃，但是最好不要超过240℃，此时树脂会有分解。 1.2ABS树脂的性能

1.2.1ABS塑料的一般性能

ABS树脂一般式不透明，外观呈浅象牙色，能配成任何颜色；ABS无毒、无臭、坚韧、质硬、呈刚性，并有较好的耐温性和耐蠕变性；ABS不透水、常温下吸水率小于1%，表面可抛光；ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工[2]。 1.2.2ABS塑料的加工性能

ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。

2ABS合金材料

ABS树脂通常是指聚丁二烯的苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物与苯乙烯一丙烯腈游离共聚物(SAN)的混合物。其中，接枝在聚丁二烯橡胶上的苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物为聚丁二烯橡胶和SAN树脂提供了良好的相容化界面，形成了稳定的2相结构。ABS树脂中含有侧苯基、氰基和不饱和双键使ABS与许多聚合物有比较好的相容性，这为ABS树脂的共混改性创造了有利条件。为此，将各种不同材料与ABS共混以期获得满意的性能，于是种类繁多的ABS合金应运而生。目前ABS合金的种类已达几十种，并且由二元向三元、多元化方向发展。

2.1PVC/ABS合金

PVC是较早下业化的一个大品种塑料。由于其加工性能、力学性能及耐候性能等方面不尽如人意，在实际应用上受到了限制，多年来人们采用各种改性剂对其进行改性。将PVC与ABS共混，意在使PVC从通用塑料过渡为工程塑料，并获得一类可在某些应用领域代替ABS的较为廉价的新型材料。实践证明，PVC/ABS共混物综合了ABS耐冲击、耐低温、易于成型加工以及PVC的阻燃、刚性强、耐腐蚀、价格低等优点，因而在机械零件、纺织器材、汽车仪表、电器元件、箱包制造等方面显示出极大的发展潜力[3]。

ABS用量是影响PVC/ABS共混物的主要因素。随着ABS用量的增加，PVC/ABS共混物的韧性得到了提高。这是由丁ABS粒子作为应力集中体，引发银纹和剪切带，消耗了大量能量，而且其中的橡胶粒子产生变形形会消耗能量。弹性体能有效地控制银纹发展，使其不会成为裂纹。综合效果使共混物的韧性得到提高一随着ABS用量的增加．PVC/ABS共混物的冲击强度和断裂伸长率都有所提高，但拉伸强度和硬度却会降低。实践证明，ABS的含母(质量分数)以不超过40％为佳。否则，会引起共混物的综合性能下降。

为了提高PVC/ABS合金的阻燃性、热稳定性、加工流动性等，要对PVC/ABS合金进行改性，其方法有2种。(1)通过合成方法生产有特殊性能的ABS树脂，再用来制造PVC/ABS合金。(2)通过机械共混，改变ABS与PVC配比以及调整PVC中增塑剂含量在高温、高剪切等条件下形成三元共混体系。

2.2PC/ABS合金

聚碳酸酯(PC)是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有优良的机械性能和抗冲击强度高，广泛应用于电子、电器和汽车制造业。

由于PC熔点高，加工流动性差，制品易产生应力开裂，对缺口敏感性强，价格也非常高，因而在一定程度上限制了它的应用。将ABS树脂与PC共混，既提高了ABS的耐热性能和力学性能，又降低了PC成本和熔体粘度，提高了流动性，改善了加工性，减少了制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性。制得的PC/ABS合金，既具有较高的冲击强度、挠曲性、刚性和耐热性，同时又具有良好的加工性能，并改善了耐化学品性和低温韧性，ABS高10℃左右，同时价格适中，使得PC/ABS合金成为世界上销售量最大的商业化聚合物合金。以PC和ABS为主要原料的PC/ABS合金是一种重要的工程塑料合金，具有良好的成型性和耐低温冲击性能、较高的热变形温度及光稳定性。与PC相比，降低了熔体粘度，改善了加工性能，并大大提高了产品耐应力开裂的性能，与ABS相比，提高了耐热性和耐候性，成本介于PC和ABS之问，又兼具两者的良好性能，能更好地应用于汽车、电子、电器等行业。20世纪60年代中期，美国Borg-Warner Chemicals公司首先开发出第一个PC／ABS合金，之后国外许多大公司相继开发出很多PC/ABS合金产品，如阻燃PC/ABS、玻璃纤维增强PC/ABS等[4]。

2.3PA/ABS合金

尼龙(PA)是一种结晶性、强极性的聚合物，而ABS是一种非结晶性、弱极性的聚合物，2者的溶解度参数相差较大，PA/ABS合金是1种结晶/非结晶共混体系，体系的形态结构呈细微的相分离状态。为提高PA与ABS的相容性，通常在体系加入ABS-g-MAH(马来酸酐)这种带有羧酸官能团的接枝共聚物。其相容化作用被认为是ABS-g-MAH与PA发生化学反应，从而提高了两组分间的亲合性，ABS-g-MAH的加入能迅速提高PA/ABS合金的拉伸断裂强度(特别是湿态拉伸断裂强度)，但当ABS-g-MAH的加入量超过一定值时，其合金的性能又有所下降，这可能是因为发生了相转变，使PA与ABS之间的相容性下降导致合金的性能有所降低[5]。

PAl010是国内特有的聚合物，具有坚韧、耐磨、耐溶剂、耐油、易成型加工等特点，但它又有低温和干态冲击强度低、尺寸稳定性差和吸水后性能下降的缺点。与ABS共混不但能使PAl010的性能得到改善同时能降低PAl010的价格，利于推广应用。PAl010与ABS也是不相容体系，在共混时需加入相容剂。实验研究表明，ABS-g-MAH作为相溶剂地加入改善了PA 1010与ABS的相容性，增强了PAl010与ABS之间的界面粘合力，使分散相ABS在PAl010中的分布较均匀，颗粒直径也较小；且随着MAH接枝量的增加可提高PAl010/ABS合金的冲击强度。

2.4PBT/ABS合金

聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)是美国于20世纪70年代首先开发并实现工业化生产的一种结晶型热塑性工程塑料。它具有优良的综合性能，良好的力学性能、耐热性和耐化学药品性能及优异的自润滑性能。PBT结晶速度快，在较低温度下可迅速结晶，所以成型加工性良好，成型周期短，近年来在电气等领域中得到了广泛的应用。但是，PBT也有一些缺点，如缺口冲击强低，高载荷下热变形温度低，高温下刚性差。而通过将ABS与PBT共混，充分地利用了PBT的结晶性和ABS的非结晶性特征，使得PBT/ABS合金具有优良的加工成型性、尺寸稳定性、耐药品性以及可涂装性[6]。

PBT/ABS合金广泛用作汽车、摩托车的内外装饰件、小家电部件、光学仪器、办公设备部件与外壳；玻璃纤维增强PBT/ABS合制品表面光洁、耐高温烧结涂覆、耐汽油，可作为摩托车发动机罩及其他部件；最近开发的碳纤维增强型PBT/ABS，刚性在15 GPa以上，具有良好的加工流动性，高刚性、低挠度、表面光洁、柔性好，并具有良好的电磁屏蔽性能，因此，是手提电脑、笔记本电脑理性的外壳材料。

3结束语

(1)国外对ABS合金的研究始于20世纪50年代。美国的率先成功开发出具有工业价值的ABS合金，随后日本、西欧等国家和地区的公司也纷纷开发出各种用途的ABS合金。经过几十年的探索与发展。到20世纪80年代进入了大规模实用化阶段。特别是进入20世纪90年代。随着高分子材料

应用领域的日益扩大和使用要求的不断提高。单一品种的聚合物己无法满足实际的需要。

(2)对现已工业化的聚合物通过对其改性制成合金不仅耗资少、周期短而且风险小、效益高。

(3)国外当前都在大力发展聚合物合金，而我国ABS合金产品的研究水平还较低，许多ABS合金品种依赖进口。为此有必要对ABS树脂与其它高聚物共混改性进行比较深入的研究，开发出具有不同性能的ABS共混合金，这样一方面有助于拓宽ABS树脂的应用领域，另一方面也可以进一步缩小与国外差距。

参考文献:

[1] 黄立本,张立基,赵旭涛.ABS树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社.2001:49~50.

[2] 贾洪宁,王澜.ABS在聚合物共混改性中的研究进展[J].工程塑料应用,2003,31(4);5~8.

[3] 唐忠锋.PVC/ABS合金的协同效应及力学性能研究[J].化工技术与开发,2004,33(6):4~6.

[4] 周琨生,兰浩.PC/ABS合金的研究进展及其在汽车上的应用[J].汽车工艺与材料,2004,32(4):17~22.

[5] 王忠健.PA/ABS合金的研究进展[J].工程塑料应用,2001,29(9):46~48.

[6] 刘芳.ABS/PBT合金体系的研究进展[J].塑料工业,2003,17(9):11~15.