擠出工藝對玻纖增強ABS材料性能的影響

邵禹通 沈曉潔 盧軍

（南京聚隆科技股份有限公司，江蘇 南京，210032）

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）具有良好的加工性能和力學性能，長期以來在電子電器、汽車等領域得到了廣泛應用［1-3］。為了滿足終端客戶對制件高強度的需求，玻璃纖維（GF）增強ABS材料也越來越受到歡迎。對于GF增強材料而言，GF的加入可以很大程度上提高材料的剛性，但其韌性也會受到較大影響［4］。

聚合物基復合材料性能的好壞，一方面與共混擠出機的螺桿組合有很大的關聯［5-7］，另一方面與擠出工藝的關聯也很大。以下在雙螺桿擠出機螺桿組合不變的情況下，研究了不同擠出工藝對GF增強ABS材料力學性能的影響，同時研究了多次擠出對GF增強ABS材料GF長度和力學性能的影響。

1 試驗部分

1．1 主要原料

ABS，8391，熔 體 流 動 速 率26．5 g／10 min（220℃，10 kg），中國石化上海高橋石油化工有限公司；高膠粉，HR181，韓國錦湖石油化學株式會社；GF，ECS13-03-510，纖維直徑13μm，短切長度3 mm，巨石集團有限公司；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA），1330AC，丙烯酸甲酯質量分數30%，鈦白粉（TiO2），R105，金紅石型，TiO2質量分數不小于93%，均為美國杜邦公司。

1．2 主要儀器與設備

雙螺桿擠出機，CTE-35，長徑比42∶1，科倍隆科亞（南京）機械有限公司；注塑機，EM150，香港震雄工業有限公司；懸臂梁沖擊試驗機，ZBC1400-1，深圳市新三思材料檢測有限公司；萬能電子試驗機，ETM501B，深圳萬測試驗設備有限公司；二次元影像儀，JTVMS-1510，昆山瑞視儀器設備有限公司；馬弗爐，SX2-4-10A，上海一恒科學儀器有限公司。

1．3 樣品制備

將高膠粉和GF分別按照質量分數10%和20%與ABS混合，按照表1中不同擠出工藝（編號為工藝1～工藝6）進行共混擠出，并在注塑機上注塑標準樣條以測試力學性能。

表1 擠出工藝

將高膠粉、鈦白粉、EMA、GF與ABS一起混合后進行多次擠出，材料配方及喂料方式如表2所示。

表2 多次擠出的材料配方及喂料方式

1．4 性能測試及表征

GF長度測試：將共混擠出樣品粒子在馬弗爐中750℃下焚燒，使用二次元影像儀對焚燒殘留物進行二次元分析，放大倍數為270。

拉伸強度按照GB／T 1040．2—2006測試，拉伸速率50 mm／min；彎曲強度按照GB／T 9341—2000測試，速率2 mm／min；缺口沖擊強度按照GB／T 1843—2008測試，缺口深度2 mm。

2 結果與討論

2．1 擠出工藝對ABS材料GF長度影響

圖1是不同擠出工藝下GF的二次元影像。

表3是不同擠出工藝下ABS材料中GF長度。結合表1、圖1和表3可以看出：相同GF喂料量和螺桿轉速下，擠出溫度越高，ABS材料中的GF越長；相同螺桿轉速和擠出溫度下，GF喂料量越少，ABS材料中的GF越長；相同擠出溫度和GF喂料量下，螺桿轉速越快，ABS材料中的GF越長。

表3 不同擠出工藝下ABS材料中GF長度

2．2 擠出工藝對ABS材料力學性能影響

表4為不同擠出工藝下GF增強ABS材料的力學性能。從表4可以看出，共混擠出ABS材料中的GF越長，材料的缺口沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量總體均越高。

表4 不同擠出工藝對GF增強ABS材料力學性能的影響

2．3 多次擠出對ABS材料中GF長度影響

圖2和表5分別是多次擠出后ABS材料中GF的二次元影像和長度。結合圖2、表2和表5可以看出：與主喂喂料方式相比，側喂喂料方式制備的GF增強ABS材料中GF較長；鈦白粉對GF的磨碎效果明顯，GF長度降低較大；隨著擠出次數增加，ABS材料中的GF越來越短，7次擠出后，GF長度從配方C的232μm降低至配方F的132μm。

表5 多次擠出后ABS材料中的GF長度

2．4 多次擠出對ABS材料力學性能的影響

表6是多次擠出后ABS材料的力學性能。從表6可以看出：與主喂喂料方式相比，側喂喂料方式制備的ABS材料力學性能較好；鈦白粉的加入對GF有磨碎作用，材料的力學性能下降；隨著擠出次數增多，GF變短，材料的力學性能下降。

表6 多次擠出后GF增強ABS材料的力學性能

3 結論

a） 與主喂喂料方式相比，側喂喂料方式制備的GF增強ABS材料中GF較長；相同GF喂料量和螺桿轉速下，擠出溫度越高，ABS材料中的GF越長；相同螺桿轉速和擠出溫度下，GF喂料量越少，ABS材料中的GF越長；相同擠出溫度和GF喂料量下，螺桿轉速越快，ABS 材料中的GF越長。

b） GF越長，GF增強ABS材料的缺口沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量均越高。

c） 鈦白粉的加入對GF有磨碎作用，導致GF增強ABS材料的力學性能下降；隨著擠出次數增多，GF變短，GF增強ABS材料的力學性能下降。