ABS-PMMA共混體系增韌改性研究.pdf

1、ABS作為通用合成樹脂之一，被廣泛應用于汽車與家電等行業(yè)。隨著市場對產品性能多元化要求的不斷提高，尤其是在家電領域，要求塑料產品表面具有高光澤，高耐磨以及高沖擊性，而傳統(tǒng)的高光表面，需要對塑料產品進行二次加工，通過噴涂打磨等工藝方法來實現(xiàn)，不僅產生人力與資源的浪費，而且對環(huán)境造成污染。因此，開發(fā)能夠滿足產品多樣化需求的聚合物材料，為綠色生產提供綠色材料，成為研究的熱點。而研發(fā)一種新型的聚合物材料，不僅耗時耗力，而且開發(fā)難度相當大。對AB

2、S進行共混改性，可以快速簡捷地獲得優(yōu)良性能的高分子聚合物材料。ABS/PMMA共混體系（或共混合金）在家電行業(yè)，尤其是殼體產品應用中體現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能，為開發(fā)高光綠色樹脂材料提供了一個新的途徑。但隨著PMMA含量的增加，共混合金光澤度提高的同時韌性下降，限制了共混合金在某些領域的應用。聚合物作為結構材料，強度和韌性是兩個重要的力學性能，對聚合物增韌改性一直是高分子材料科學研究的重要課題。目前國內外對ABS/PMMA共混合金的研究比較少

3、，尤其是在增韌改性方面還不理想，因此對ABS/PMMA共混合金開展增韌改性的研究，掌握不同因素對合金韌性以及光澤度的影響規(guī)律，對于設計高光澤、高韌性的ABS/PMMA共混合金具有重要的理論意義與工程應用價值。本文依托國家科技支撐計劃項目(2011BAF16B01)“先進注塑成型工藝與新型模具結構開發(fā)及應用推廣”以及威海市科技發(fā)展計劃項目(2015GGX030)“高光ABS樹脂合金的制備與性能改進”，針對ABS/PMMA共混體系光澤度提升

4、而韌性下降這一特點，對合金增韌改性開展了相應的研究，得到如下研究成果:
　　(1)基于曲面響應法分析了共混工藝參數(shù)以及彈性體增韌劑EMA對ABS/PMMA共混合金韌性以及光澤度的影響規(guī)律，結果顯示EMA的含量相對其他參數(shù)對合金沖擊強度與表面光澤度的影響最為顯著。隨EMA含量的增加，沖擊強度隨之增大，而表面光澤度卻不斷下降。以合金的沖擊強度與表面光澤度為優(yōu)化目標，針對共混參數(shù)進行了優(yōu)化。基于優(yōu)化的共混參數(shù)下，研究了不同共混順序對AB

5、S/PMMA/EMA合金韌性與光澤度的影響規(guī)律。結果顯示，共混順序會影響合金的玻璃化轉變溫度和不同相之間的相容性。當ABS、PMMA、EMA同時進行共混時，其拉伸強度最大，原因主要是此時合金的相容性較好，相界面結合力較強，橡膠顆粒可以有效地傳遞軸向拉伸力;對于沖擊韌性，在無缺口沖擊實驗下，ABS、PMMA、EMA同時進行共混的合金沖擊強度最大，其斷裂表面出現(xiàn)很多應力集中點，并伴隨基體的剪切屈服;而在V型缺口沖擊實驗中，當PMMA與EMA

6、先共混，再加入ABS的情況下，其合金的沖擊強度最大。共混順序對合金的表面光澤度也產生了影響，當PMMA與EMA先共混，再加入ABS時，得到的合金光澤度最高。其原因主要是在上述共混順序中，PMMA與EMA顆粒都經(jīng)過兩次擠出，顆粒粒徑變小，分布更均勻，相間相容性也更好。
　　(2)通過調整螺桿轉速改變橡膠顆粒的尺寸，研究了橡膠粒徑變化對ABS/PMMA的影響，選取核殼改性劑MBS為增韌劑，研究橡膠粒徑對ABS/PMMA/MBS共混合金

7、性能的影響。結果顯示，當橡膠顆粒直徑Dw為0.22μm時，可以有效地引發(fā)ABS/PMMA共混體系基體的屈服與多重銀紋，但隨著橡膠顆粒逐漸增大，大橡膠顆粒引起了不穩(wěn)定的銀紋，繼而擴展為裂紋。添加MBS增韌劑后，ABS/PMMA/MBS共混體系的橡膠顆粒尺寸變小，橡膠顆粒直徑分布域也變窄（范圍0.21-0.23μm），但合金的沖擊強度增加，SEM觀察其斷裂表面分布的應力集中點更多，而且伴隨更多的基體屈服變形，顯示出MBS對ABS/PMMA共

8、混體系的增韌效果。隨著橡膠顆粒的減小，ABS/PMMA共混體系的光澤度得到提高，但當橡膠顆粒Dw小于0.2μm時，光澤度出現(xiàn)下降趨勢;對于ABS/PMMA/MBS共混體系，整體光澤度出現(xiàn)下降，其原因是由于MBS中含有橡膠顆粒，更多的橡膠顆粒難以與基體折光指數(shù)匹配，因此共混合金的光澤度降低。
　　(3)研究了nano-SiO2對ABS/PMMA共混合金力學性能與光澤度的影響。分析了nano-SiO2在ABS/PMMA共混體系中的相分

9、布，以及nano-SiO2含量對不同配比ABS/PMMA合金力學性能的影響。通過計算nano-SiO2與兩種配比基體材料的界面相互作用參數(shù)，發(fā)現(xiàn)nano-SiO2填充粒子與基體的界面黏結強度越大時，合金的拉伸強度越強。同時發(fā)現(xiàn)兩種配比合金的沖擊強度隨nano-SiO2含量的增加都出現(xiàn)下降的趨勢。通過添加硬脂酸和偶聯(lián)劑兩種不同類型的改性劑，研究了nano-SiO2與ABS/PMMA界面的結合狀態(tài)，結果顯示，添加硬脂酸改性后nano-SiO

10、2的共混合金，兩種配比共混合金的拉伸強度都出現(xiàn)下降趨勢，由于硬脂酸的加入，提高了nano-SiO2的分散性，降低了nano-SiO2顆粒的團聚使得合金的沖擊強度升高，對于ABS/PMMA(80/20)而言，改性后沖擊強度最大值比改性前延后出現(xiàn)。偶聯(lián)劑KH570增加了nano-SiO2的團聚現(xiàn)象，導致共混合金的拉伸強度出現(xiàn)下降趨勢，但其沖擊強度升高。nano-SiO2的加入降低了共混合金的表面光澤度，用硬脂酸和偶聯(lián)劑改性后，共混合金表面光

11、澤度下降更為明顯。
　　(4)基于均勻化理論和Surface-based cohesive方法，采用有限元軟件Abaqus/Explicit對ABS/PMMA共混合金在單向拉伸加載條件下的斷裂行為進行了數(shù)值模擬，分析了nano-SiO2對共混合金宏觀力學行為、損傷演化、彈性模量及強度變化的影響。添加nano-SiO2前，共混合金的損傷最先發(fā)生于橡膠顆粒與基體材料界面結合處。橡膠顆粒在軸向拉伸過程中起到應力集中點作用，最大應力區(qū)產生

12、于橡膠顆粒內部，并沿赤道逐漸擴展，沿軸向分布的相鄰橡膠顆粒由于應力場疊加作用，導致相鄰橡膠顆粒發(fā)生形變。添加nano-SiO2后，共混合金的應力、應變、以及損傷的演化發(fā)生較大改變。在相同粘結界面設計條件下，nano-SiO2顆粒先于橡膠顆粒與基體發(fā)生脫離，出現(xiàn)損傷。因此nano-SiO2顆粒在增加共混合金剛度的同時，降低了合金的強度以及韌性。通過細觀模擬，可以較直觀地展示ABS/PMMA與ABS/PMMA/ nano-SiO2共混合金中