ABS/PETG合金的制備與性能

陳延明，白世陽,2，郭立穎，王立巖

（1.沈陽工業(yè)大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 遼陽 111003；2.中石油遼陽石化公司熱電廠，遼寧 遼陽 111003）

0 前言

PETG是由對苯二甲酸、乙二醇和1，4—環(huán)己烷二甲醇合成的非結(jié)晶型共聚酯，透明度高，光澤度高，是一種全新的透明工程塑料[1]。PETG具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度、耐劃痕、耐老化、耐熱性、耐化學(xué)藥品性、易于成型加工等性能，屬于新一代環(huán)保塑料[2]。

ABS樹脂是苯乙烯系列樹脂中發(fā)展與變化最快的品種，其性能的高級化與相對低廉的價(jià)格，使其與其他樹脂相比有著不可替代的優(yōu)勢。但其透明性、熱變形溫度和耐候性等不足限制了ABS的廣泛應(yīng)用[3-4]。

將ABS與PETG共混制備ABS/PETG合金，不僅保留了ABS與PETG原有的性能優(yōu)勢，還可以通過改變聚集態(tài)結(jié)構(gòu)而賦予ABS/PETG合金新的性能，使其綜合性能更加優(yōu)良，用途更為廣泛。因此，研發(fā)ABS/PETG共混材料新產(chǎn)品具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

實(shí)驗(yàn)主要原料：ABS，遼寧盤錦華錦集團(tuán)；PETG，遼陽石化公司研究院；抗氧劑1010，瑞士汽巴精細(xì)化工有限公司；PE-g-MAH無規(guī)共聚物，杭州冠嘉塑化有限公司。

實(shí)驗(yàn)主要儀器：TE-35雙螺桿擠出機(jī)，南京科亞塑料機(jī)械有限公司；Φ3×3LQ冷切粒機(jī)，江蘇鑫力橡塑機(jī)械有限公司；DSC-822差示掃描量熱儀，瑞士梅特勒公司；CMT6104電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)，深圳市新三思材料檢測有限公司；XJU-22沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，承德市試驗(yàn)機(jī)廠；SZ-68塑料注射成型機(jī)，柳州塑料機(jī)械總廠。

2.2 ABS/PETG合金的制備

首先對ABS、PETG兩種原料進(jìn)行干燥處理，再將一定質(zhì)量配比的ABS和PETG與抗氧劑等助劑充分混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔體擠出后，水冷、切粒。粒料經(jīng)干燥后在注塑機(jī)上注塑成型，所得樣條即為新型的ABS/PETG共聚酯合金材料。

2.3 ABS/PETG合金的相關(guān)性能測試

2.3.1 相容性能測試

以 Al2O3標(biāo)準(zhǔn)樣品為參照物，稱取10 mg ABS /PETG合金樣品，用差示掃描量熱儀對試樣進(jìn)行DSC分析。通過DSC升溫曲線的方法測定ABS、PETG以及ABS/PETG合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，考察其相容性，升溫速度10℃/min，測定溫度范圍25～200℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)。

2.3.2 流變性能測試

采用XLY—Ⅱ型毛細(xì)管流變儀測試ABS /PETG合金的流變性能[5]。具體方法是將質(zhì)量為1.5 g已干燥好的合金試樣裝入不同溫度的料筒中壓實(shí)，恒溫10 min，然后分別在30 kg、50 kg、70 kg、90 kg、110 kg恒負(fù)荷下，熔體從毛細(xì)管中擠出，電子記錄儀將自動記錄擠出溫度和速度。

2.3.3 力學(xué)性能測試

采用CMT6104電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)，按照GB1040-92對ABS /PETG合金進(jìn)行拉伸性能測試，拉伸速度為 50 mm/min。采用簡支梁沖擊實(shí)驗(yàn)儀按照GB1043-93測定ABS/PETG合金材料的缺口沖擊強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)樣條寬6 mm，厚4 mm。

3 結(jié)果與討論

3.1 ABS/PETG合金相容性能的測定

采用DSC測試的方法，對原料及其不同配比的合金材料的相容性進(jìn)行了初步的研究，得結(jié)果見圖1。

圖1 ABS/PETG合金的DSC升溫曲線

圖1是ABS/PETG合金的DSC升溫曲線，圖中曲線說明，純PETG玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為79℃，純ABS的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為109℃，而合金的曲線明顯表現(xiàn)出兩個(gè)玻璃化溫度，這表明兩者之間的相容性不是很好，要想提高合金的力學(xué)性能，需加入增容劑進(jìn)一步改性，從而提高兩相之間的界面黏結(jié)力。比較而言，ABS/PETG配比為40/60的合金相容性優(yōu)于其他配比的合金，因此研究合金其他性能時(shí)，選擇ABS/PETG質(zhì)量配比為40/60。

3.2 ABS/PETG合金流變性能的測定

采用擠出式毛細(xì)管流變儀測定ABS/PETG合金的流變性能，設(shè)定溫度在215～240℃，考察不同溫度下ABS/PETG配比為40/60的共混物流動曲線，結(jié)果見圖2。

圖2 不同溫度下ABS/PETG配比為40/60的共混物流動曲線

圖2是在不同溫度下，配比為40/60的ABS/PETG共混物合金的流動曲線。由圖可知，在215～240℃之間，共混物均顯示出典型的切力變稀型非牛頓流體的流動行為，即隨著剪切速率的提高，ABS/PETG共混物熔體的表觀粘度均呈現(xiàn)較為明顯的下降趨勢，故表現(xiàn)出假塑性流體的流動行為。

上述分析結(jié)果符合聚合物熔體流動的自由體積理論。升高溫度，共混物的自由體積增加，流動單元受到的阻力相應(yīng)減小，流動單元的能量變高，有序化程度減小，松弛時(shí)間變短，彈性效應(yīng)增加大，熔體易于流動，因此表現(xiàn)為粘度隨溫度升高而下降。

3.3 ABS/PETG合金力學(xué)性能的測定

由DSC分析結(jié)果可知，ABS與PETG是部分相容體系，因此，添加PE-g-MAH無規(guī)共聚物作為增容劑以進(jìn)一步提高ABS/PETG合金的力學(xué)性能，其用量為合金總質(zhì)量的1%～9%。設(shè)定擠出機(jī)各段溫度分別為 180℃、200℃、215℃、220℃、215℃，機(jī)頭溫度215℃，熔體溫度215℃。合金粒料干燥后在注塑機(jī)上240 ℃條件下制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。采用電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)、簡支梁沖擊實(shí)驗(yàn)儀測定不同添加量的增容劑對ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 PE-g-MAH用量與ABSPETG合金拉伸強(qiáng)度關(guān)系曲線

由圖3可知，增容劑PE-g-MAH的添加量對ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度影響較大。在不添加增容劑的條件下，ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度為48.56 MPa，沖擊強(qiáng)度為116.7 kJ/m2。當(dāng)增容劑加入1%時(shí)，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都分別達(dá)到最大值50.38 MPa和361.7 kJ/m2，而隨著增容劑含量的繼續(xù)提高，合金的沖擊強(qiáng)度逐漸下降，且下降幅度較大，而拉伸強(qiáng)度也會降低，當(dāng)增容劑含量為7%時(shí)ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最小值47.49 MPa。

由此可知，適量增容劑的加入會提高ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，這是因?yàn)檫m量的增容劑能更好地提高兩相的界面黏結(jié)力，從而提高合金的力學(xué)性能。因此最適宜的PE-g-MAH用量為合金總質(zhì)量的1%。

4 結(jié)論

本文通過ABS與PETG共混制備ABS/PETG合金，并對其相關(guān)性能進(jìn)行測試，得出以下主要結(jié)論。

（1）DSC測試結(jié)果說明不同質(zhì)量配比的ABS/PETG合金的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有兩個(gè)，表明ABS與PETG是部分相容體系，且當(dāng)ABS/PETG配比為40/60時(shí)，ABS/PETG合金相容性較好，優(yōu)于其他配比的合金相容性。

（2）ABS/PETG合金的流變曲線說明在215～240℃之間，合金均顯示出典型的切力變稀型非牛頓流體的流動行為，即隨著剪切速率的提高，ABS/PETG共混物熔體的表觀粘度均呈現(xiàn)較為明顯的下降趨勢，表現(xiàn)出假塑性流體的流動行為。

（3）增容劑PE-g-MAH的含量對ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度有很大的影響，當(dāng)PE-g-MAH含量為合金質(zhì)量的1%時(shí)，ABS/PETG合金的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別由原來的48.56 MPa和116.7 kJ/m2提高到 50.38 MPa和 361.7 kJ/m2。

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