工艺条件对玻纤增强ABS材料力学性能的影响

1、第16卷第6期2002年6月中国塑料CHINAPLASTICSVol.16,No.6Jun.,2002工艺条件对玻纤增强ABS材料力学性能的影响罗筑1,于杰2,陈兴江2,刘一春1(1.贵州工业大学材料与结构测试中心,贵州贵阳550003;2.贵州科学院工程复合材料中心,贵州贵阳550001)摘要:通过对30%玻纤增强ABS材料微观形态观察和分析,探寻了加工工艺条件和加入马来酸酐接枝ABS对材料力学性能的影响。结果表明,加入马来酸酐接枝ABS可明显改善基体材料与玻纤的粘结状况,使力学性能得到较大幅度的提高。加工温度的提高和适当的螺杆转速可提高玻纤在基体中的分散性,尽管玻纤分散性较好的材料其玻纤含

2、量较低、玻纤长度较短,但仍使力学性能得到改善。关键词:玻纤增强;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯;力学性能;微观形态中图分类号:TQ327.1文献标识码:B文章编号:10019278(2002)06005104玻璃纤维增强的聚合物材料是一种需求日益增长的高性能材料。玻纤增强材料加工过程中的技术及工艺对其性能影响很大,特别对与玻纤粘结状况不十分良好的极性较弱的聚合物材料(如ABS)尤其如此。本文通过对30%玻纤增强ABS材料微观形态观察和分析,探寻了加工工艺条件和加入马来酸酐接枝ABS对材料力学性能的影响。2结果与讨论在螺杆转速为180r/min下,对30%玻纤增强的ABS进行加与不加10%马来酸酐接枝A

3、BS的共混挤出,材料的力学性能与加工温度(玻纤入口处温度)的关系如图1。图1表明,加入马来酸酐接枝ABS的材料力学性能均得到较大幅度的提高,其中拉伸强度和冲击强度随着加工温度的升高而提高,断裂伸长率变化不大,在加工温度高于250后,性能上升趋势变缓。255加工温度下材料拉伸断口微观形态如图2。从图2可知,加入马来酸酐接枝ABS,可有效改善基体与玻纤的粘结效果,表现为玻纤与基体粘结紧密,被拔断的玻纤较多,玻纤强度得到有效发挥见图2(a)。未加入马来酸酐接枝ABS的材料粘结状况较差,玻纤多被从基体中拔出或剥离,留下了较多的空洞和内壁光滑的沟槽见图2(b),这种粘结效果的差异导致了)材料力学性能的差

4、异。在较低的加工温度(如2151实验1.1原材料ABS301树脂,兰州化学工业公司;无碱玻璃纤维,经硅烷偶联剂KH550处理,浙江巨石集团;马来酸酐接枝ABS,自制1。1.2ABS增强材料的制备在一定的工艺条件下,在直径58、长径比为38的双螺杆挤出机加料口加入ABS基料,下游加料口加入长玻纤,玻纤在机筒内被剪断并与熔化的基料混合,挤出造粒。通过螺杆直径和转速确定单位时间玻纤加入量,再按30%的玻纤量(质量百分数)确定ABS的单位时间加入量。1.3力学性能、断口形貌及微观形态分析将共混粒料注塑成标准样条,在INSTRON8501型材料实验机上测定拉伸性能,拉伸速度10mm/min,用机加工方法

5、制出标准方缺口冲击试样,在XJJ250简支梁冲击实验机上进行冲击试验。对拉伸断口进行喷碳处理后,用JEM22000FX型扫描电镜对断口进行观测和分析。收稿日期:20020217基金项目:贵州省科学基金资助下,加入马来酸酐接枝ABS材料的拉伸断口显示玻纤沿断面分布存在不均匀性如图2(c),尽管粘结状况良好,但玻纤分布不均匀会对力学性能产生不利影响。随加工温度升高,玻纤分布的不均匀性得到改善,使材料力学性能随加工温度提高呈上升趋势,且随分布的均匀化,上升趋势在高于250后趋缓。在加工温度为255下,加入10%马来酸酐接枝ABS的30%玻纤增强材料力学性能随螺杆转速的变化如图3。结果表明,螺杆转速对

6、拉伸强度和冲击强度的影响大于对断裂伸长率的影响,在180r/min时力学性能最好。140r/min、220r/min转速下断口微观形态如图4,在断面上多处出现玻纤呈“簇状”、分散性较差的现象,使材料力学性能下降,而在180r/min下玻纤© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.52工艺条件对玻纤增强ABS材料力学性能的影响(a)(a)(b)(b)(c)(c)(a)拉伸强度(b)断裂伸长率(c)缺口冲击强度1加入10%马来酸酐接枝ABS2未加(a)加入10%马来酸酐接枝ABS,温度

7、255(b)未加,温度255(c)加入10%马来酸酐接枝ABS,温度215图2材料拉伸断口微观形态Fig.2Tensilefraturemicrostructureofthematerials图1加工温度对材料力学性能的影响Fig.1Influencesoftemperatureonmechanicalproperties分布较为均匀如图2(a)。玻纤长径比为影响材料力学性能的重要因素之一。不同工艺条件下的玻纤含量均按前述1.2中方法进行控制。利用JEM22000FX的成像分析技术,不同材料组成及工艺条件下的玻纤长度、分布及含量(质量百分数)的检测结果如表1。燃烧法得到的残余玻纤形态部分电镜照

8、片如图5。与前述微观形态对比,粘结状况差或分布较不均匀的材料却能得到相对较长的玻纤,这是由于在加入马来酸酐接枝ABS和适当的螺杆转速下,基体材料在玻纤加入口至螺杆前方捏合块(剪断长纤处)间能与玻纤产生良好的浸润效果,一方面可促进被剪断成的短纤在基体中的分散,另一方面熔化的ABS在螺杆和缠绕的玻纤之间产生润滑作用,使玻纤与螺杆产生相对滑动,使玻纤加入量和剪断的玻纤长度下降。浸润程度与基体材料所受到的剪切程度和浸润时间有关,过高或过低的螺杆转速虽可得到对材料强度有利的相对较长的玻纤,但得不到良好的分散效果,而不能获得最佳的力学性能。3结论(1)加入少量马来酸酐接枝ABS可显著提高ABS基体材料与玻

9、纤的粘结效果,从而可较大幅度提高材料的力学性能。© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2002年6月中国塑料53(a)(a)(b)(b)(a)140r/min(b)220r/min图4不同螺杆转速下材料拉伸断口微观形态Fig.4Microstructureoftensilefracturesectionatvariousscrewspeeds(c)(a)拉伸强度(b)断裂伸长率(c)缺口冲击强度图3螺杆转速对材料力学性能的影响Fig.3Influencesofscrewspee

10、donthemechanicalpropertiesofthematerials加入10%马来酸酐接枝ABS,255,180r/min图5残余玻纤形态Fig.5Distributionofremainedglassfibers表1玻纤含量及长度分布Tab.1ContentsandlengthdistributionofglassfibersABS2g2MAH加工温度/215255215255255255螺杆转速/rmin-1180180180140180220<200m151315161915玻纤长度分布/%200m400m400m600m600m800m2328332837253032

11、26302832242020181120>800m876858玻纤含量/%32.331.129.729.828.229.5含量/%0010101010© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.54工艺条件对玻纤增强ABS材料力学性能的影响(2)加工温度的提高可促进玻纤在基体中的分散,使材料力学性能得到进一步提高。(3)适当的螺杆转速虽得不到相对较长的玻纤,但可获得最佳的玻纤分散效果,主要对拉伸强度和冲击强度的提高起到好的作用。参考文献:1罗筑,于杰,等.ABS动态接枝提高玻纤

12、增强性能的研2BORDEREAUV,SHIZH,etal.Developmentofpolymerblendmorphologyduringcompoundinginatwin2screwex2truderJ.PolymerEngineeringandScience,1992,32(12):18461856.3陈玉胜,张祥福,等.马来酸酐接枝ABS及其应用J.中国塑料,2000,14(5):3236.4KIYOSHITAKAHASHI.Influenceoffiberweightfractiononfailuremechanismsofpoly(ethleneterephthalate)rei

13、n2forcedbyshort2glass2fibersJ.JournalofMaterialsScience,1991,26(12):46484656.究J.中国塑料,2001,15(3):5456.EffectsofCompatibilizersandTechnologicalConditionsonMechanicalPropertiesofGlassFiberReinforcedABSLUOZhu1,YUJie2,CHENXing2jiang2,LIUYi2chun1(1.MaterialsCenter,GuizhouUniversityofTechnology,Guiyang5500

14、03,China;2.EngineeringCompositeCenter,GuizhouAcademyofSciences,Guiyang550001,China)Abstract:MicroscopicmorphologyoftensilefracturesurfaceofglassfiberreinforcedABSwasobservedandanalysed.Effectsofcompatibilizerandtechnologicalconditionsonmechanicalpropertiesofthematerialwerestudied.Becausead2herentstr

15、engthoftheinterfacebetweenABSandglassfiberwasimprovedwiththeincorporationofacertaincontentofABS2g2MAH,mechanicalpropertiesincreasedefficiently.Althoughthelengthofglassfiberwasshortened,dispersiondegreeofglassfiberinABSwasimprovedundertheconditionsofhighertemperatureandsuitablerotatingspeedofscrew,an

16、dthemechanicalpropertiescouldbefurtherincreased.Keywords:glassfiberreinforcedABS;mechanicalproperty;microscopicmorphology无锡桥联双壁波纹管生产线无锡市桥联轻化机械有限公司是一个集科、工、贸为一体的现代化企业,在开发研制了新一代双壁波纹管生产线不久,又选择开发了技术难度大、投资多的HDPE双壁波纹管生产线。近几年,我国塑料埋地排水管发展很快,至今几乎国外所有的塑料埋地排水管品种在我国都有厂家生产,HDPE双壁波纹管比中空壁缠绕管用料少,生产成本低,生产效率高,因而有着巨大的市场价值。在同样直径条件下要达到同样的环刚度SN8,双壁波纹管要比中空壁缠绕管少用30%50%的原料。双壁波纹管生产线和中空壁缠绕管生产线每米管材的价差在30%40%,而且一条双壁管生产线产量可达到600kg/h,一条中空缠绕管生产线仅为200kg/h。“桥联”开发的HDPE双壁波纹管生产线由挤出机、共挤机头、成型机、喷淋箱、行星锯、管架等组成,可以生产的范围为DN100-DN710。在生产DN500双壁波纹管生产量为600kg/h时,如配备冷冻水,还将提高产量30%,该设备全长约36m,装机容量480kW。“桥联”的履带运行系统具有误差补偿功能,不会发生连续运转累计误差