碳材料改性ABS及其共混物的研究進展*

曹琳，張光正，賀子芹，杜崇銘,，林湖彬,，朱建一，王玉海，林志丹

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；

2.暨南大學，廣東 廣州 510632；

3. 華南師范大學，廣東 廣州 510631）

碳材料改性ABS及其共混物的研究進展*

Progress in carbon materials ABS and blends

曹琳2，張光正2，賀子芹2，杜崇銘1,2，林湖彬1,2，朱建一1，王玉海3，林志丹2

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；

2.暨南大學，廣東 廣州 510632；

3. 華南師范大學，廣東 廣州 510631）

ABS及其共混物，由于其性能的優越，應用領域不斷擴大，在國內外占重要地位。而近年來隨著更多新型碳材料的出現，利用碳材料改性高分子材料的研究也越來越多。本文將從碳材料改性ABS及其共混物的的力學、阻燃、電學、耐溫和雷達波吸收性能五個方面介紹一下改性技術的進展。

碳材料；ABS；改性

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹脂是五大合成樹脂之一，是一種重要的熱塑性工程塑料[1~2]，因為其本身具有的沖擊強度高，導電性能好，化學性質穩定、易加工和回收等特點，得到了人們的關注，廣泛應用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業領域。最近3D打印產業迎來國家級發展推進政策。工信部正式發布的《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》中也提出了3D打印的發展目標，而應用最早、最廣泛的3D打印材料就是ABS。為了進一步提高ABS的力學、導電、電磁屏蔽等性能,適應現代工業發展要求，傳統方法是使用碳黑、碳纖維等纖維狀填料對ABS進行強化。近年來隨著更多新型碳材料的出現，使用石墨烯、碳納米管等改性ABS及其共混物的力學、導電、吸波、熱解、阻燃等性能的研究也越來越多。

1 碳材料改性ABS及其共混物的力學性能

隨著3D打印技術的不斷發展，人們對薄壁材料的剛性、外觀、外形等有了進一步的要求，相應的也就對打印材料的力學性能有了進一步的要求，雖然ABS的性能已經非常優異，但是進一步提高ABS及其共混物的力學性能，已經成為了當今熱點。

M.L Shofner[3]等人通過將單壁碳納米管和氣相生長碳纖維分別與ABS共混，共混物的彈性模量分別提高了44%和93%。

王云峰[4]通過將ABS粒子經過帶有經典的石墨烯干粉噴涂改性，然后再將ABS粒子與其他組分共混擠出造粒，生產出了一種高強度、高導熱的ABS母粒。

劉廣華[5]等人制備的ABS/碳納米管復合材料的力學性能測試表明，當碳納米管含量為3wt%時力學性能得以大大提高，拉伸強度提高近48%，彈性模量提高近127%，彎曲強度提高近73%。

2 碳材料改性ABS及其共混物的阻燃性能

ABS是一種性能優異的工程塑料，但是ABS樹脂的阻燃性能卻比較差，實際應用中，很多人通過添加大量的阻燃劑來提高ABS的阻燃性能，但是在提高阻燃性的同時，卻降低了材料本身的性能。近年來很多研究者，采用添加碳材料，在不降低材料本身性能的前提下，提高ABS及其共混物的阻燃性能。

張麗[6]發現當石墨烯加入量為5%時，石墨烯/ ABS復合體系的氧指數提高到了24.8%，比未加入時提高了3.8%。

3 碳材料改性ABS及其共混物的電學性能

ABS具有眾多優異性能，但良好的絕緣性易產生靜電，易產生吸塵、電擊現象，限制了它的很多應用。研究具有優良抗靜電性能的ABS材料，對ABS的發展具有重要意義。一般來說，導電填料在基體中的有效濃度越高，材料的滲流閥值降低，導電性能提高。如果導電填料分布在分散相中，相當于被孤立起來通常不導電，但是由于ABS具有復雜的相形態，則導電碳材料的分布受更多因素影響，因此研究碳材料改性ABS及其混合物的導電性能具有重要意義[7]。

宋永江[8]通過將碳纖維、碳納米管、炭黑等導電材料與ABS進行混合，壓制形成導電復合材料雙極板后得到的雙極性鉛酸電池與傳統的單極電池相比，內阻低了28%，以0.5 Ca放電，比能量15%左右。

陳杰[9]認為當CNTs分布在共混物界面處時，相較于分布在共混物一相中，更有利于改善材料的導電性能。值得一提的是，在他的實驗中得到的逾滲閾值（0.05wt%）是迄今為止共混物導電復合材料中得到最低的逾滲閾值，陳杰認為這由于單獨以ABS-g-MA/ CNTs為母料可以使大量的CNTs成功地分布在共混物的界面處，降低了形成導電網絡所需CNTs的含量。

4 碳材料改性ABS及其共混物的耐溫性能

提高ABS的冷熱穩定性，對于實際生產具有重大意義。劉廣華[5]采用熔融共混法將ABS與碳納米管復合，所得的復合材料的熱失重溫度提高了10 ℃。

徐春華[10]發現可以在ABS中添加碳納米管和其他耐熱劑等輔助劑，可以使得工程塑料不僅具有導電能力，還能使工程塑料的耐溫性降低，更有效的保證產品的安全。

郭文滿[11]將利用球磨剝離石墨微片成石墨烯并填充到復合材料中，復合材料的導熱性能得到了很好的改善。

5 碳材料改性ABS及其共混物的雷達波吸收性能

為提高國家軍事戰斗力，作為提高武器系統生存能力和突防能力的有效手段, 吸波材料已被當今世界各國視為重點開發的軍事高新技術。2004年沈曾民[12]等人制備了碳納米管/ABS樹脂復合材料，結果表明，復合材料在5.39 ~7.19 GHz頻率范圍內的反射率小于-5 dB，有吸收波的性能，為制造新型增強吸收波材料奠定了基礎。2008年南開大學[13]將單壁碳納米管與ABS樹脂復合形成的復合材料，屏蔽效果可以達到49 dB，雷達波吸收效果可達12 dB。

[1] 溫變英，葉志殷. ABS/Cu 粉導電復合材料性能研究[J]. 現代塑料加工應用，2010（1）： 13~17.

[2] 朱雷，李仲謹，余麗麗，等. 碳納米管/聚合物復合材料研究進展[J]. 化工科技， 2009， 17（1）： 71~75.

[3] Shofner M L，Rodriguez-Macias F J，Vaidyanathan R，et al. Single wall nanotube and vapor grown carbon fiber reinforced polymers processed by extrusion freeform fabrication[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing，2003，34（12）：1 207~1 217.

[4] 王云峰. 一種高強度、高導熱ABS母粒及其制備方法 [P].專利：201410040989，2014-5-21.

[5] 劉廣華，宋國君，王立 . ABS/碳納米管復合材料性能的研 究 [J]. 科 技 信 息，2014，05期 . DOI:doi:10.3969/ j.issn.1001-9960.2014.05.035.

[6] 張麗. 石墨烯的制備及其對ABS樹脂阻燃性能的研究 [D].北京化工大學，2013.

[7] Sun Y, Guo Z X, Yu J. Effect of ABS rubber content on the localization of MWCNTs in PC/ABS blends and electrical resistivity of the composites[J]. Macromolecular Materials and Engineering, 2010, 295（3）： 263~268.

[8] 宋永江，羅云峰 . 復合材料雙極板配方優化研究[J]. 電池，2015.

[9] 陳杰. 調控碳納米管分布制備共混物導電復合材料的研究[D]. 西南交通大學，2014.

[11] 郭文滿. 石墨烯導熱納米復合材料的研究[D]. 華僑大學，2013.

[12] 沈曾民，楊子芹，趙東林， 等. 碳納米管/ABS 樹脂基復合材料的力學性能和雷達波吸收性能的研究[J]. 復合材料學報， 2003， 20（2）： 25~29.

[13] 功玉. 南開單壁碳納米管技術先進[J]. 塑料科技，2008， 36（2）： 85~85.

(P-02)

TQ330

1009-797X (2015) 24-0036-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.012

徐春華. 一種耐低溫導電工程塑料配方. CN，doi:CN103265811 A[P]. 2013.

曹琳（1993-），女，畢業于暨南大學，研究生在讀，主要研究高分子材料。

2015-10-12

惠州市天鵝計劃（20131226120548921）；廣東大學生科技創新攀登計劃（89015009）；國家大學生創新創業（201510559009）。