陳家鋒，肖敏，陳福雙，黃珂?zhèn)?，徐宏健，陸超超，潘利?/p>

(杭州金州高分子科技有限公司，杭州 310018)

聚碳酸酯(PC)／丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高韌性和高流動(dòng)性，因此廣泛應(yīng)用在汽車、家電、航空、船舶等行業(yè)。近年來(lái)，隨著我國(guó)家電產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和日益更新，引進(jìn)了大量的產(chǎn)品生產(chǎn)線，這些產(chǎn)業(yè)需要大量的熱變形溫度高、高光澤、耐低溫開裂、高應(yīng)力開裂、耐刮擦的 PC／ABS 樹脂產(chǎn)品[1–3]。崔晉愷等[4]、丁志超等[5]、李欣達(dá)等[6]綜述了用于改善PC／ABS 合金相容性的增容劑主要包括馬來(lái)酸酐接枝類、甲基丙烯酸甲酯接枝類及胺基苯乙烯–丙烯腈反應(yīng)型增容劑；吳倩倩等[7]，邵佳麗等[8]研究了以甲基丙烯酸－丁二烯－苯乙烯共聚物(MBS)為增容劑，采用熔融共混的方法制備PC／ABS 合金和PC／ABS／MBS 合金，研究了不同原料配比以及增容劑對(duì)物理性能和外觀形態(tài)的影響；畢靜利[9]研究了以MBS為增容劑，不同 PC 含量對(duì) PC／ABS 和 PC ／ABS／MBS 合金力學(xué)性能和熱變形溫度的影響；劉擂文等[10]制備了一系列不同MBS 含量的PC 回收料／ABS 合金，研究了 MBS 對(duì) PC 回收料／ABS 合金力學(xué)性能的影響。曾德明等[11]研究了SAM 對(duì)PC進(jìn)行增韌改性，改善PC 的缺口敏感，提高PC 韌性特別是低溫沖擊性能；楊海民等[12]對(duì)比研究了不同類型增韌劑[ABS 高膠粉、MBS、含硅增韌劑、乙烯－甲基丙烯酸酯(EMA)]及用量和不同阻燃劑對(duì)PC 的力學(xué)、低溫缺口沖擊強(qiáng)度、阻燃性能的影響，進(jìn)一步優(yōu)選耐寒增韌劑和阻燃劑研究了不同用量配比對(duì)低溫落球性能和阻燃性能的影響。段浩等[13]研究了苯乙烯–丙烯腈–甲基丙烯酸縮水甘油酯結(jié)構(gòu)的三元共聚物對(duì)PC／ABS 合金物理性能和相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響；陸波等[14]研究了丙烯酸酯類對(duì)PC／ABS 合金力學(xué)性能和熔體流動(dòng)性能的影響。

但是很少有文章研究增容劑種類對(duì)PC／ABS性能的影響及差異，筆者主要以苯乙烯–丙烯腈–GMA，MBS，苯乙烯和馬來(lái)酸酐無(wú)規(guī)共聚物，乙烯與丙烯酸甲酯的共聚物，PC 液體增韌劑等不同種類增容劑來(lái)研究它們?cè)赑C／ABS=7 ∶3，PC／ABS=3 ∶7 的比例下的高低溫性能，并確認(rèn)不同種類增容劑使用的最佳場(chǎng)合，并確認(rèn)增容劑的合適的添加比例。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要原材料

PC：110，臺(tái)灣奇美實(shí)業(yè)股份有限公司；

ABS：PA–757K，鎮(zhèn)江奇美化工有限公司；

苯乙烯–丙烯腈–甲基丙烯酸縮水甘油酯：SBG–001，佳易容相容劑江蘇有限公司；

甲基丙烯酸甲酯–丁二烯–苯乙烯三元共聚物(MBS)：M701，核殼型，日本鐘淵化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社；

苯乙烯和馬來(lái)酸酐無(wú)規(guī)共聚物：SMA–700，嘉興華雯化工有限公司；

乙烯與丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)：市售；

MBS：S050，廣州華生塑料有限公司；

PC 液體增韌劑：SR270，市售；

抗氧劑：1076，168，巴斯夫(中國(guó))有限公司；

分散劑：PETS，巴斯夫(中國(guó))有限公司。

1．2 主要設(shè)備及儀器

平行雙向螺桿擠出機(jī)(側(cè)喂料)：CTE35 型，?35.6，科倍隆(南京)機(jī)械有限公司；

注塑機(jī)：HDX–50 型，海達(dá)(寧波)塑料機(jī)械有限公司；

電子懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)：XJUD–5.5 型，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司；

萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：AGS–X 型，島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司；

密度計(jì)：ED–1000 型，上海圖新電子科技有限公司；

恒溫恒濕試驗(yàn)箱：MHK–408AK 型，泰琪科技(蘇州)有限公司；

維卡／熱變形測(cè)試儀：ZWK1302–A 型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；

熔體流動(dòng)速率 (MFR)儀：MFI–1211 型，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司。

1．3 樣品制備

將 PC，ABS 分別于 110℃，90℃干燥 4 h 后，按照一定的比例與增容劑、抗氧劑、潤(rùn)滑劑等在高速混合機(jī)中混合10 min，再由雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒。其各段溫度為：1 區(qū)：230℃；2 區(qū)：240℃；3 區(qū)：245℃；4 區(qū)：245℃；5 區(qū)：250℃；6 區(qū)：250℃；7 區(qū)：250℃；8 區(qū)：250℃；9 區(qū)：250℃；10 區(qū)：250℃；機(jī)頭：245℃。擠出機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速為300 r／min，主喂料轉(zhuǎn)速為20 r／min，根據(jù)不同的配比，得到多組PC／ABS塑料。

添加不同增容劑的不同PC 和ABS 比例(70／30；30／70)的PC／ABS，添加的增容劑分別為：無(wú)增容劑，SBG–001，M701，EMA，S050，SMA–700，SR–270，各組材料在110℃下烘干4 h 后注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條，后放置24 h 后檢測(cè)。

通過(guò)注塑機(jī)，制備不同配方的PC／ABS 樣條。注塑工藝：1 區(qū)溫度 240℃；2 區(qū)溫度 250℃；3 區(qū)溫度 250℃；1 段壓力 60 MPa；2 段壓力 65 MPa；3段壓力65 MPa；4 段壓力60 MPa；1 段速度55%；2 段速度60%；3 段速度55%；4 段速度45%。

1．4 性能測(cè)試

拉伸性能：按照 GB／T 1040.2–2006 測(cè)試，拉伸速率為10 mm／min。

彎曲性能：按照GB／T 9341–2008 測(cè)試，彎曲速率為2 mm／min。

懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度(常溫，低溫–30℃／24 h，高溫 110℃／168 h)：按照 GB／T 1843–2008 測(cè)試，沖擊擺錘能量為2.75 J／5 J。

密度：按照 GB／T 1033.1–2008 A 法測(cè)試。

MFR：按照 GB／T 3682–2008 測(cè)試，溫度為260℃，砝碼質(zhì)量5 kg。

熱變形溫度：按照 GB／T 1634.2–2004 測(cè)試，載荷1.8 MPa，升溫速率為120℃／h。

2 結(jié)果與討論

2．1 不同增容劑對(duì)PC／ABS 材料力學(xué)性能的影響

分別在PC／ABS(70／30)和PC／ABS(30／70)兩個(gè)體系中添加不同種類增容劑，添加比例為5%，探討不同增容劑對(duì)PC／ABS 合金性能的影響。

(1)不同增容劑對(duì)PC／ABS(70／30)力學(xué)性能的影響。

表1 為增容劑添加比例為5%，不同增容劑種類時(shí)PC／ABS(70／30)材料力學(xué)性能。

表1 不同增容劑種類時(shí)PC／ABS(70／30)力學(xué)性能

對(duì)拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、低溫缺口沖擊、熱老化缺口沖擊、熔體流動(dòng)速率、熱變形溫度分別作圖，見圖1～圖7。

圖1 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料拉伸強(qiáng)度

從圖1 可以看出，添加增容劑后，材料的拉伸強(qiáng)度均有不同程度的下降，其中添加S050 和SMA 的材料拉伸強(qiáng)度下降幅度較小，分別為54.28 MPa 和53.60 MPa；添加EMA 的材料拉伸強(qiáng)度下降幅度最大，為 46.69MPa。

圖2 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料彎曲強(qiáng)度

從圖2 可以看出，添加增容劑SR270 后，材料的彎曲強(qiáng)度為96.70 MPa，比未添加增容劑的材料有所上升，而添加其它增容劑的材料的彎曲強(qiáng)度均有下降，其中EMA 的強(qiáng)度下降幅度最明顯，為78.36 MPa。

圖3 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料缺口沖擊強(qiáng)度

從圖3 可看出，添加增容劑后，材料的缺口沖擊強(qiáng)度均會(huì)有較大幅度的增加，其中添加SMA 的材料的缺口沖擊強(qiáng)度提升效果最佳，為75.90 kJ／m2。

圖4 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料低溫缺口沖擊強(qiáng)度

從圖 4 可以看出，添加 SBG，M701，SMA 的材料的低溫缺口沖擊強(qiáng)度相對(duì)較好，其中添加SMA的材料強(qiáng)度達(dá)到74.24 kJ／m2；而添加EMA 的材料，反而下降，強(qiáng)度僅有24.02 kJ／m2。由此可以看出，對(duì)PC／ABS(70／30)材料，添加SBG，M701和SMA 可使材料更好的適用于低溫環(huán)境，而添加EMA 不適用于低溫環(huán)境。

圖5 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料熱老化后缺口沖擊強(qiáng)度

從圖 5 可以看出，添加 SBG，M701，EMA 的材料的熱老化缺口沖擊強(qiáng)度提升效果更好，其中添加EMA 的材料強(qiáng)度達(dá)到44.07 kJ／m2。由此可以看出，對(duì) PC／ABS(70／30)材料，添加 SBG，M701 和EMA 可使材料更好的適用于高溫環(huán)境。

圖6 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料的MFR

從圖6 可以看出，添加增容劑后，材料的MFR均下降，相對(duì)而言，SR270 的影響較小，可以使得PC／ABS 材料具有較寬的加工范圍。

圖7 不同增容劑時(shí)PC／ABS(70／30)材料的熱變形溫度

從圖7 可以看出，各種增容劑對(duì)PC／ABS 材料的熱變形溫度影響不大，熱變形溫度的數(shù)值主要由體系中PC 的含量決定。

綜上所述，對(duì)PC／ABS(70／30)體系，當(dāng)材料只在常溫環(huán)境下使用時(shí)，各類增容劑均能使得材料的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到60 kJ／m2以上，其中SMA 的提升效果最佳；當(dāng)材料具有低溫使用要求時(shí)，可以選擇添加SBG，M701，SMA，但是不能使用EMA；當(dāng)材料具有高溫要求時(shí)，可以選擇添加SBG，M701，EMA，其中EMA 效果最佳。

(2)不同增容劑對(duì)PC／ABS(30／70)力學(xué)性能的影響。

考慮到成本及加工性能等因素，確定了PC／ABS(30／70)的比例配方，并在PC／ABS(30／70)體系中添加5%的不同種類的增容劑，測(cè)試其力學(xué)及熱性能，見表2。

表2 不同增容劑種類時(shí)PC／ABS(30／70)力學(xué)性能

由于PC／ABS(30／70)材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、熱變形溫度的總體趨勢(shì)與PC／ABS(70／30)基本相同，在此不再贅述。對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度、低溫缺口沖擊、熱老化缺口沖擊、MFR 作圖，分別見圖8～圖10 所示。

圖8 不同增容劑時(shí)PC／ABS(30／70)材料的熱變形溫度

圖9 不同增容劑時(shí)PC／ABS(30／70)的低溫和熱老化缺口沖擊強(qiáng)度

圖10 不同增容劑時(shí)PC／ABS(30／70)材料的MFR

從圖 8 可以看出，添加SBG 和S050 對(duì)材料的缺口沖擊強(qiáng)度提升效果相對(duì)較好；而EMA 和SR270 對(duì)材料的強(qiáng)度幾乎沒(méi)有提升效果。

從圖9 可以看出，添加增容劑對(duì)材料的低溫和熱老化缺口沖擊強(qiáng)度幾乎沒(méi)有作用。由此可以看出，PC／ABS(30／70)不適用于低溫或高溫環(huán)境。

從圖10 可看出，添加增容劑后，材料的熔體流動(dòng)速率均下降，相對(duì)而言，SR270 的影響較小，可以使得PC／ABS 具有較寬的加工范圍?？梢?，對(duì)PC／ABS(30／70)材料，可添加 SBG 和 S050，能有效提升材料的常溫缺口沖擊強(qiáng)度；但添加各增容劑均無(wú)法明顯提升材料的低溫及熱老化缺口沖擊強(qiáng)度，因此PC／ABS(30／70)不適用于低溫或高溫環(huán)境。

綜合對(duì)比PC／ABS(70／30)及PC／ABS(30／70)兩種材料，除了MFR，PC／ABS(70／30)其它各項(xiàng)性能均高于PC／ABS(30／70)材料。因此，當(dāng)材料擁有較高性能要求時(shí)，則選用PC／ABS(70／30)體系，而當(dāng)PC／ABS(30／70)材料的性能可以滿足要求時(shí)，該材料擁有更好的成型加工性能，且該材料的成本更低。

2．2 不同增容劑含量對(duì)PC／ABS 力學(xué)性能的影響

選擇綜合性能較好的增容劑SBG，來(lái)探討不同含量的增容劑對(duì)PC／ABS 力學(xué)性能的影響，分別在 PC／ABS (70／30)和PC／ABS (30／70)中添加1%，3%，5%，7%，對(duì)拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度分別作圖，見圖11～圖13 所示。

圖11 不同增容劑含量時(shí)PC／ABS(70／30)材料的拉伸及彎曲強(qiáng)度

圖12 不同增容劑含量時(shí)PC／ABS(30／70)材料的拉伸及彎曲強(qiáng)度

從圖11 和圖12 可以看出，增容劑的添加會(huì)降低材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，但不同含量的性能差距均較小且無(wú)明顯規(guī)律。在PC／ABS(70／30)體系中，當(dāng)添加量為7%時(shí)，擁有最大的拉伸強(qiáng)度為50.39 MPa；當(dāng)添加量為3%時(shí)，擁有最大的彎曲強(qiáng)度為83.43 MPa。在PC／ABS(30／70)體系中，當(dāng)添加量為5%時(shí)，最大的拉伸強(qiáng)度為41.86 MPa；當(dāng)添加量為1%時(shí)，最大的彎曲強(qiáng)度為73.55 MPa。

圖13 不同增容劑含量時(shí)PC／ABS 材料的缺口沖擊強(qiáng)度

從圖13 可以看出，對(duì)于缺口沖擊強(qiáng)度，無(wú)論是PC／ABS(70／30)還是 PC／ABS(30／70)材料，在增容劑添加量3%時(shí)效果最好，強(qiáng)度分別為69.14 MPa 和 32.77 MPa。

綜上所述，無(wú)論是PC／ABS(70／30)還是PC／ABS(30／70)，在添加3%的增容劑SBG 時(shí)，其常溫沖擊性能最佳。

3 結(jié)論

(1)苯乙烯和馬來(lái)酸酐無(wú)規(guī)共聚物(SMA–700)對(duì)PC／ABS(70／30)材料的低溫缺口沖擊強(qiáng)度的提升效果最佳，強(qiáng)度為74.14 kJ／m2；乙烯與丙烯酸甲酯的共聚物(EMA)對(duì)PC／ABS(70／30)材料的熱老化缺口沖擊強(qiáng)度提升效果最佳，強(qiáng)度為44.07 kJ／m2；PC 液體增韌劑 (SR270)使得 PC／ABS 材料具有最高的MFR，具有最寬的加工范圍。

(2)在常溫環(huán)境中，若PC／ABS(30／70)的性能可以滿足要求，建議使用PC／ABS(30／70)材料，該材料擁有更好的成型加工性能和成本；在高溫環(huán)境或者低溫環(huán)境中不建議使用PC／ABS(30／70)的材料。

(3) 在常溫環(huán)境中，PC／ABS(70／30)、PC／ABS(30／70)材料中添加3%比例的增容劑SBG–001 時(shí)，材料的常溫沖擊性能最佳。