ABS重復(fù)加工后可靠性研究

林竹

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，佛山 528311）

引言

ABS因其綜合了丙烯腈的耐化學(xué)性、剛性，丁二烯的韌性和耐寒性，以及苯乙烯良好的加工性能而被廣泛用于家用電器、辦公設(shè)備、以及玩具制品等領(lǐng)域[1]。在使用和生產(chǎn)過程中，為提高原材料的利用率，過程中產(chǎn)生的水口料或不良品經(jīng)破碎后，會作為二次料按規(guī)定的比例加入到原料中進行摻混使用。而樹脂在加工過程中會受到剪切和熱的影響，可能產(chǎn)生熱氧老化而降解[2-4]使得產(chǎn)品可靠性下降，影響產(chǎn)品性能。因此研究重復(fù)加工次數(shù)與材料可靠性之間的關(guān)系，有利于材料的正確使用并保證制品可靠性。本工作選擇最常用的ABS樹脂，系統(tǒng)分析不同加工次數(shù)對材料各項可靠性指標(biāo)的影響情況，對二次料的使用和成品加工提供指導(dǎo)，為制品可靠性提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 主要原料

ABS，HI-121H，寧波LG甬興化工有限公司。采用雙螺桿擠出機分別進行一次加工、二次加工、三次加工、......、七次加工，獲得一系列經(jīng)過不同加工次數(shù)的ABS樣品，樣品名分別標(biāo)記為ABS-1、ABS-2、ABS-3、.......、ABS-7。

1.2 實驗儀器

熱失重分析儀，TG 209 F3，德國耐馳公司；

動態(tài)力學(xué)分析儀， DMA 2980， TA儀器公司；

塑料注射成型機，MA860/260G，海天塑機集團有限公司；

萬能電子拉力試驗機，GT-AI 7000M，高鐵檢測儀器有限公司；

沖擊試驗機， ZDC 50型，新三思材料檢測有限公司；

熔體流動速率試驗機， ZRZ-1452，新三思材料檢測有限公司。

1.3 測試及表征

TG測試：氮氣氣氛，升溫速率為20 ℃/min，溫度范圍為室溫～700 ℃。

DMA：樣條尺寸為80 mm×10 mm×4 mm，雙懸臂梁夾具，升溫速率為5 ℃/min，溫度范圍為-130～150 ℃，振幅為100 μm，頻率為3 Hz。

拉伸性能測試按照GB/T 1040.2-2006進行，拉伸速率為50 mm/min；彎曲性能測試按照GB/T 9341-2008，彎曲速率為2 mm/min；沖擊性能。

熔體流動速率：試驗壓力5 kg，試驗溫度200 ℃。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 熱穩(wěn)定性分析

材料的熱穩(wěn)定性能可通過熱失重分析儀（TGA）對材料在一定溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失及損失速率進行表征。圖 1為經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS樣品的熱失重分析曲線，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。從結(jié)果可知，不同樣品的起始分解溫度均超過400 ℃，且差異在8 ℃以內(nèi)。說明經(jīng)過七次擠出造粒工藝的ABS樣品，仍然能保持ABS原粒料良好的熱穩(wěn)定性能。因此在正常加工溫度條件下，多次重復(fù)加工對ABS的熱穩(wěn)定性影響很小。

圖1 經(jīng)過不同加工次數(shù)樣品的熱失重曲線

2.2 動態(tài)力學(xué)性能分析

圖2 為經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS樣品的儲能模量、損耗模量與溫度關(guān)系曲線，表2分別列出了-100 ℃和25 ℃下樣品的儲能模量數(shù)據(jù)。可知隨著加工次數(shù)的增加，ABS的儲能模量呈下降趨勢，但保留率基本保持在93 %以上；如圖2所示，不同樣品低溫段和高溫段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度差異很小。這說明加工次數(shù)對ABS中PB相和SAN相的特征參數(shù)影響都不明顯。

2.3 熔融指數(shù)

表 3為經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS樣品的熔融指數(shù)，可知樣品的熔融指數(shù)隨著加工次數(shù)的增加呈增大的趨勢，說明隨著加工次數(shù)的增加，樣品的流動性變大，這應(yīng)該是加工次數(shù)的增加使材料發(fā)生一定程度的降解，導(dǎo)致分子量下降，熔體流動性增加。

2.4 力學(xué)性能分析

表4 列出了相關(guān)的拉伸性能數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，對于ABS樣品，經(jīng)過重復(fù)加工的材料，其屈服強度與原料相比，7次加工后的強度保留率變化較小，都在95 %以上。而斷裂強度在5次加工后會有下降，其中第7次后保留率降至91.7 %。樣品斷裂伸長率有一定增加，均為韌性斷裂。這可能與加工次數(shù)對SAN相影響較小，對PB相影響較大有關(guān)。

圖2 經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS樣品的DMA曲線

表2 經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS材料儲能模量數(shù)據(jù)

表3 經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS樣品的熔融指數(shù)(g/10 min)

表5 結(jié)果說明經(jīng)過重復(fù)加工的材料，其彎曲強度與彎曲模量呈現(xiàn)先降后升的趨勢，但與原粒料相比沒有太大的變化，強度保留率達95 %以上，經(jīng)過七次加工的材料仍具有較好的強度和模量。

表6 為樣品的缺口沖擊強度，可知經(jīng)過3次加工的樣品仍然能保持良好的沖擊強度，與第一次加工樣品相比較為接近，強度保留率達98 %以上。當(dāng)加工次數(shù)超過四次以后，樣品的沖擊強度明顯下降，第七次加工的樣品其沖擊強度相比經(jīng)過一次加工的樣品約下降了23.5 %。ABS優(yōu)異的沖擊性能主要來自橡膠相的貢獻，可見，經(jīng)過4次以上加工過程的樣品其橡膠相的粒徑、分布以及聚丁二烯的分子量均可能產(chǎn)生較大的影響，從而影響材料最終的沖擊性能。

表4 經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS材料拉伸性能數(shù)據(jù)

表5 經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS材料彎曲性能數(shù)據(jù)

表6 經(jīng)過不同加工次數(shù)ABS材料沖擊性能數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過上述研究，可知經(jīng)過不同加工次數(shù)的ABS樣品，相關(guān)熱參數(shù)指標(biāo)變化不大。材料的屈服強度、彎曲強度和彎曲模量略有下降，但變化不大，其強度保留率在經(jīng)過7次加工之后仍達到95%以上，基本保持了ABS原粒料的優(yōu)異性能，這幾個指標(biāo)與連續(xù)相關(guān)系較大，說明加工次數(shù)對SAN相影響較小,對制品可靠性影響較小。然而，材料的屈服強度、沖擊強度隨著加工次數(shù)的增加呈下降趨勢，經(jīng)過3次加工的樣品仍然能保持良好的性能，強度保留率約98%左右。但當(dāng)加工次數(shù)超過4次以后，樣品的屈服和沖擊強度明顯下降，這可能是加工次數(shù)對橡膠相的影響較大有關(guān)，對制品可靠性影響較大。因此為了保證制品可靠性，建議用沖擊強度作為依據(jù)來評估ABS的重復(fù)加工性能，且建議不超過3次為宜。