玻纖增強ABS氙燈老化性能的研究

胡世軍，何智國

（廣東美的環境電器制造有限公司，廣東中山 528425)

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）具有良好的抗沖擊、高光澤度和可加工性能、電鍍性能等，在家用電器、電子電氣、汽車零部件等方面有著廣泛的應用，是目前產量最大、應用最為廣泛的通用聚合物材料之一。但是ABS材料中含有不飽和的丁二烯雙鍵結構，在自然環境下，由于風吹、雨淋、空氣氧化、太陽光紫外線破壞等因素的影響，丁二烯雙鍵結構很容易被氧化破壞，導致聚合物分子鏈降解，材料性能下降。因此，ABS材料使用前通常需要改善其耐候性能，特別是戶外使用的場所。目前對未增強ABS耐候性能的研究已經較多文獻報道［1-9］。但對玻纖增強ABS的耐候性研究目前還較少。左曉玲等［10］綜述了長玻纖增強熱塑性復合材料老化研究進展及防老化研究，魯蕾等［11］則研究了玻璃纖維增強塑料的基體/玻纖界面粘結及其老化機理。本文以國內知名公司的風葉用玻纖增強ABS材料為基礎，對氙燈老化試驗1000h前后玻纖增強ABS復合材料的力學性能和顏色變化做了對比研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料

ABS：牌號8391，上海高橋石油化工有限責任公司；硅烷偶聯劑：牌號FD792，浙江沸點化工；抗氧劑： 牌號1010，臨沂三豐化工，抗氧劑：牌號168，臨沂三豐化工；紫外光吸收劑：牌號5411，雙鍵化工；受阻胺類光穩定劑：牌號770，巴斯夫；無堿連續玻纖：牌號ER13-988A,中國巨石集團；色粉：RR藍，拜爾朗盛；擴散粉EB-FF，日本花王。

1.2 設備及測試儀器

擠出機：TSE-35，南京瑞亞弗斯特高聚物裝備有限公司；注塑機：UN90A，廣東伊之密精密機械有限公司；電子萬能試驗機：深圳三思縱橫科技有限公司；沖擊試驗機：XJUD系列，承德市金建檢濁儀器有限公司；色差儀：CR-400,柯尼卡美能達（日本）;氙燈老化箱：型號Q-sun xe-3-HS,Q-Lab公司。

1.3 試樣制備

將ABS、FD792、1010、168、5411、770、EB-FF、色粉等按照表1試驗配方混合均勻，然后通過TSE-35型雙螺桿擠出機擠出造粒，無堿連續玻璃纖維由雙螺桿擠出機的第四段筒體加入，擠出機各區及機頭溫度為180、

表1 試驗配方Tabel 1 The experimental formulations

190、200、210、215、215、220、220、225、220 ℃，擠出機轉速為250r/min，然后將擠出的粒料注塑成標準樣條和色板，注塑機溫度為215～225 ℃。

1.4 性能測試

拉伸強度濁試按GB/T 1040進行，拉伸速率為50mm/min；彎曲強度濁試按GB/T 9341進行，彎曲速率為2mm/min；彎曲模量濁試按GB/T 9341進行，彎曲速率為2mm/min；懸臂梁缺口沖擊強度濁試按GB/T 1843進行；耐候性能濁試按GB/T 16422.2-2014進行，其中，黑標溫度(65±3)℃；相對濕度不控制；試驗箱溫度：不控制；暴露周期：102min干燥，18min 噴淋（方法A:使用日光濾光器的暴露，人工氣候老化）。

總色差值ΔE按計算得到，其中，ΔL、Δa、Δb為氙燈老化前后色差的變化值。

2 結果與討論

2.1 拉伸性能

從表2可以看出，與文獻報道中未增強ABS在紫外老化和自然環境老化后的拉伸強度變化趨勢類似［3,9］,氙燈老化1000h后，玻纖增強ABS的拉伸強度下降，這主要是由于隨著氙燈老化過程的進行，ABS樹脂基體和玻璃纖維均趨向于老化破壞，并且ABS基體與增強相玻璃纖維之間的偶聯作用被削弱，兩相界面作用惡化，玻纖增強作用下降，因此拉伸強度下降。

表2 氙燈老化試驗后玻纖增強ABS拉伸強度的變化對比Tabel 2 Tensile strength comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

另外，可以看出，未添加耐候劑的試樣拉伸強度保持率在78%，添加紫外光吸收劑、光穩定劑、抗氧劑等耐候劑后，玻纖增強ABS的拉伸強度保持率在89%，耐候劑延緩了氙燈老化作用對該復合材料的破壞，提高了老化后玻纖增強ABS材料的拉伸強度保持率。

2.2 彎曲強度

表3是氙燈老化試驗后玻纖增強ABS的彎曲強度對比，與拉伸強度的變化類似，氙燈老化1000h后，玻纖增強ABS的彎曲強度呈現下降趨勢。這主要是由于氙燈老化過程不僅破壞了ABS樹脂基體和玻璃纖維，還惡化了兩相界面的偶聯粘結作用，使得老化后的試樣在彎曲載荷作用下更容易斷裂失效，在性能上則體現為彎曲強度降低。

從表3還可以看出，氙燈老化試驗后，兩組試樣的彎曲強度保持率都在90%以上，其中，添加耐候劑的試樣性能保持率達到了94%，耐候劑有利于玻纖增強ABS彎曲強度的保持。并且，相對于縱向的拉伸破壞，氙燈老化作用對玻纖增強ABS抵抗橫向彎曲破壞的影響比較有限。

表3 氙燈老化試驗后玻纖增強ABS彎曲強度的變化對比Tabel 3 Flexural strength comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

2.3 彎曲模量

表4為氙燈老化后玻纖增強ABS的彎曲模量變化對比,從表4可以看出，氙燈老化后，玻纖增強ABS的彎曲模量略有升高，這主要是由于ABS樹脂在氙燈老化過程中，聚合物結構中起到增韌作用的丁二烯橡膠相被氧化破壞，失去柔韌性和彈性，老化后的ABS分子鏈逐漸變成剛性的分子鏈，導致該復合材料體系變成更加硬而脆的體系，使得彎曲模量略有增加。另外，添加了耐候劑的試樣彎曲模量增加較少，這可能是因為耐候劑相對延緩了ABS樹脂分子鏈的老化降解過程，保留了部分ABS分子鏈的韌性而導致的。

表4 氙燈老化試驗后玻纖增強ABS彎曲模量的變化對比Tabel 4 Flexural modulus comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

2.4 缺口沖擊強度

表5列出了氙燈老化試驗后，玻纖增強ABS缺口沖擊強度的變化情況，可以看出，耐候劑對玻纖增強ABS的沖擊韌性有較好的保護作用。氙燈老化后，添加了耐候劑的試樣沖擊韌性仍然能保持93%左右，而沒有添加耐候劑的試樣，經1000h的氙燈老化試驗后，缺口沖擊強度只有原來的68%，下降了接近32%。

表5 玻纖增強ABS缺口沖擊強度的變化對比Tabel 5 Notch impact strength comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

2.5 色差變化

表6 為玻纖增強ABS氙燈老化1000h后的色差變化對比，與未增強的ABS氙燈老化后顏色變化［5］略有不同，經1000h的老化試驗后，玻纖增強ABS的顏色呈現變白、變綠、變黃的趨勢。這可能是由于本方案中的玻纖增強ABS體系中加有藍色的色粉，這些藍色色粉在氙燈老化后被稀釋而變淺，并且增強相玻璃纖維在老化過程中逐漸失去表面處理劑和水分而導致顏色變白，當這兩方面的作用比基體ABS樹脂老化變暗［5］的作用更顯著時，復合材料最終就會顯示變白。

另外，從表6還可以看出，經1000h的氙燈老化試驗后，添加了耐候劑的試樣總色差為4.28，只有未添加耐候劑的試樣總色差的52%。因此，耐候劑對老化過程中玻纖增強ABS材料顏色的穩定具有較好的保護作用。

表6 氙燈老化試驗后玻纖增強ABS色差變化對比Tabel 6 The color change comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

3 結論

（1）氙燈老化試驗1000h后，玻纖增強ABS復合材料體系拉伸強度和彎曲強度均降低。

（2）相對于縱向的拉伸破壞，氙燈老化作用對玻纖增強ABS抵抗橫向彎曲破壞的影響比較有限。老化后的玻纖增強ABS復合材料體系沖擊韌性下降，但彎曲模量略有升高。

（3）耐候劑的加入能夠有效地延緩玻纖增強ABS力學性能的衰減和顏色色差的變化。