林竹

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，佛山 528311）

引言

ABS因其綜合了丙烯腈的耐化學(xué)性、剛性，丁二烯的韌性和耐寒性，以及苯乙烯良好的加工性能而被廣泛用于家用電器、辦公設(shè)備、以及玩具制品等領(lǐng)域[1]。在使用和生產(chǎn)過(guò)程中，為提高原材料的利用率，過(guò)程中產(chǎn)生的水口料或不良品經(jīng)破碎后，會(huì)作為二次料按規(guī)定的比例加入到原料中進(jìn)行摻混使用。而樹脂在加工過(guò)程中會(huì)受到剪切和熱的影響，可能產(chǎn)生熱氧老化而降解[2-4]使得產(chǎn)品可靠性下降，影響產(chǎn)品性能。因此研究重復(fù)加工次數(shù)與材料可靠性之間的關(guān)系，有利于材料的正確使用并保證制品可靠性。本工作選擇最常用的ABS樹脂，系統(tǒng)分析不同加工次數(shù)對(duì)材料各項(xiàng)可靠性指標(biāo)的影響情況，對(duì)二次料的使用和成品加工提供指導(dǎo)，為制品可靠性提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

ABS，HI-121H，寧波LG甬興化工有限公司。采用雙螺桿擠出機(jī)分別進(jìn)行一次加工、二次加工、三次加工、......、七次加工，獲得一系列經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)的ABS樣品，樣品名分別標(biāo)記為ABS-1、ABS-2、ABS-3、.......、ABS-7。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

熱失重分析儀，TG 209 F3，德國(guó)耐馳公司；

動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀， DMA 2980， TA儀器公司；

塑料注射成型機(jī)，MA860/260G，海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司；

萬(wàn)能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，GT-AI 7000M，高鐵檢測(cè)儀器有限公司；

沖擊試驗(yàn)機(jī)， ZDC 50型，新三思材料檢測(cè)有限公司；

熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)機(jī)， ZRZ-1452，新三思材料檢測(cè)有限公司。

1.3 測(cè)試及表征

TG測(cè)試：氮?dú)鈿夥?，升溫速率?0 ℃/min，溫度范圍為室溫～700 ℃。

DMA：樣條尺寸為80 mm×10 mm×4 mm，雙懸臂梁夾具，升溫速率為5 ℃/min，溫度范圍為-130～150 ℃，振幅為100 μm，頻率為3 Hz。

拉伸性能測(cè)試按照GB/T 1040.2-2006進(jìn)行，拉伸速率為50 mm/min；彎曲性能測(cè)試按照GB/T 9341-2008，彎曲速率為2 mm/min；沖擊性能。

熔體流動(dòng)速率：試驗(yàn)壓力5 kg，試驗(yàn)溫度200 ℃。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 熱穩(wěn)定性分析

材料的熱穩(wěn)定性能可通過(guò)熱失重分析儀（TGA）對(duì)材料在一定溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失及損失速率進(jìn)行表征。圖 1為經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS樣品的熱失重分析曲線，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。從結(jié)果可知，不同樣品的起始分解溫度均超過(guò)400 ℃，且差異在8 ℃以內(nèi)。說(shuō)明經(jīng)過(guò)七次擠出造粒工藝的ABS樣品，仍然能保持ABS原粒料良好的熱穩(wěn)定性能。因此在正常加工溫度條件下，多次重復(fù)加工對(duì)ABS的熱穩(wěn)定性影響很小。

圖1 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)樣品的熱失重曲線

2.2 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析

圖2 為經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS樣品的儲(chǔ)能模量、損耗模量與溫度關(guān)系曲線，表2分別列出了-100 ℃和25 ℃下樣品的儲(chǔ)能模量數(shù)據(jù)。可知隨著加工次數(shù)的增加，ABS的儲(chǔ)能模量呈下降趨勢(shì)，但保留率基本保持在93 %以上；如圖2所示，不同樣品低溫段和高溫段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度差異很小。這說(shuō)明加工次數(shù)對(duì)ABS中PB相和SAN相的特征參數(shù)影響都不明顯。

2.3 熔融指數(shù)

表 3為經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS樣品的熔融指數(shù)，可知樣品的熔融指數(shù)隨著加工次數(shù)的增加呈增大的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著加工次數(shù)的增加，樣品的流動(dòng)性變大，這應(yīng)該是加工次數(shù)的增加使材料發(fā)生一定程度的降解，導(dǎo)致分子量下降，熔體流動(dòng)性增加。

2.4 力學(xué)性能分析

表4 列出了相關(guān)的拉伸性能數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，對(duì)于ABS樣品，經(jīng)過(guò)重復(fù)加工的材料，其屈服強(qiáng)度與原料相比，7次加工后的強(qiáng)度保留率變化較小，都在95 %以上。而斷裂強(qiáng)度在5次加工后會(huì)有下降，其中第7次后保留率降至91.7 %。樣品斷裂伸長(zhǎng)率有一定增加，均為韌性斷裂。這可能與加工次數(shù)對(duì)SAN相影響較小，對(duì)PB相影響較大有關(guān)。

圖2 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS樣品的DMA曲線

表2 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS材料儲(chǔ)能模量數(shù)據(jù)

表3 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS樣品的熔融指數(shù)(g/10 min)

表5 結(jié)果說(shuō)明經(jīng)過(guò)重復(fù)加工的材料，其彎曲強(qiáng)度與彎曲模量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，但與原粒料相比沒有太大的變化，強(qiáng)度保留率達(dá)95 %以上，經(jīng)過(guò)七次加工的材料仍具有較好的強(qiáng)度和模量。

表6 為樣品的缺口沖擊強(qiáng)度，可知經(jīng)過(guò)3次加工的樣品仍然能保持良好的沖擊強(qiáng)度，與第一次加工樣品相比較為接近，強(qiáng)度保留率達(dá)98 %以上。當(dāng)加工次數(shù)超過(guò)四次以后，樣品的沖擊強(qiáng)度明顯下降，第七次加工的樣品其沖擊強(qiáng)度相比經(jīng)過(guò)一次加工的樣品約下降了23.5 %。ABS優(yōu)異的沖擊性能主要來(lái)自橡膠相的貢獻(xiàn)，可見，經(jīng)過(guò)4次以上加工過(guò)程的樣品其橡膠相的粒徑、分布以及聚丁二烯的分子量均可能產(chǎn)生較大的影響，從而影響材料最終的沖擊性能。

表4 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS材料拉伸性能數(shù)據(jù)

表5 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS材料彎曲性能數(shù)據(jù)

表6 經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)ABS材料沖擊性能數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過(guò)上述研究，可知經(jīng)過(guò)不同加工次數(shù)的ABS樣品，相關(guān)熱參數(shù)指標(biāo)變化不大。材料的屈服強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量略有下降，但變化不大，其強(qiáng)度保留率在經(jīng)過(guò)7次加工之后仍達(dá)到95%以上，基本保持了ABS原粒料的優(yōu)異性能，這幾個(gè)指標(biāo)與連續(xù)相關(guān)系較大，說(shuō)明加工次數(shù)對(duì)SAN相影響較小,對(duì)制品可靠性影響較小。然而，材料的屈服強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度隨著加工次數(shù)的增加呈下降趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)3次加工的樣品仍然能保持良好的性能，強(qiáng)度保留率約98%左右。但當(dāng)加工次數(shù)超過(guò)4次以后，樣品的屈服和沖擊強(qiáng)度明顯下降，這可能是加工次數(shù)對(duì)橡膠相的影響較大有關(guān)，對(duì)制品可靠性影響較大。因此為了保證制品可靠性，建議用沖擊強(qiáng)度作為依據(jù)來(lái)評(píng)估ABS的重復(fù)加工性能，且建議不超過(guò)3次為宜。