ABS合金材料的研究进展.doc

1、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1 ABS 塑 料 概 述ABS 树脂属聚苯乙烯树脂，是丙烯腈（A）

2、 、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 58的速度增长；在我国，年需求量更是以 15的速度持续增长。1.1 ABS 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

3、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

4、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 180250 ， 但是 最 好 不 要 超 过 240 ， 此 时 树 脂 会 有 分 解 。1.2 ABS 树 脂 的 性 能1.2.1 AB

5、S 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

6、 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93118 ， 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 -40100 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

7、， 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。1.2.2 ABS 塑 料 的 加 工 性 能ABS 的

8、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 8085 ， 时 间 24h； 对 特 殊 要 求 的 制 品 (如 电 镀 )的 干 燥 条 件

9、为 温度 7080 ， 时 间 1818h。 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 7080 的 热 风 循 环 干 燥 箱 内 24h， 再 冷 却 至室 温 即 可 。2 ABS 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 。

10、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

11、 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 。2.1 PVC/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

12、 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

13、 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

14、 ，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

15、等 条 件 下 形 成 三 元共 混 体 系 。2.2 PC/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

16、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

17、 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

18、 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。2.3 PA/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

19、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

20、 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

21、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

22、 高 PAl010/ABS 合 金 的 冲 击 强 度 。2.4 PBT/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

23、 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 、

24、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(

25、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

26、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

27、 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 .2001:4950.2 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);58.3 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):46.4 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):1722.5 王 忠 健 .PA/ABS 合 金 的 研 究 进 展 J.工 程 塑 料 应 用 ,2001,29(9):4648.6 刘 芳 .ABS/PBT 合 金 体 系 的 研 究 进 展 J.塑 料 工 业 ,2003,17(9):1115.