相容劑對(duì)改性ABS/PA的影響

相容劑的添加量是決定相容化程度和材料性能最主要的因素之一。文獻(xiàn)中研究了亞胺化的丙烯酸共聚物(IA)對(duì)ABS/PA6合金力學(xué)性能和形貌的影響，相容劑IA添加0.5%合金的缺口沖擊強(qiáng)度從150J/m提高到950J/m，但隨著IA含量的提高，材料的沖擊強(qiáng)度基本不變，但加工扭矩明顯提高，這是由于熔融共混過程中過量的IA共聚物可能導(dǎo)致PA反應(yīng)性增黏，材料流動(dòng)性下降，所以，經(jīng)反應(yīng)增容技術(shù)制備合金材料必須考慮加工性能，避免由于加工性下降帶來的局部過熱導(dǎo)致材料降解、制品充模困難和制品表面流痕等負(fù)面效應(yīng)。

改性ABS/PA共混樣品通過PA與OsO4順序染色，白色部分為橡膠粒子，黑色部分為SAN基體與PA。相容劑IA通過降低組分表面張力，提高界面強(qiáng)度，促進(jìn)了ABS中橡膠相的變形和破碎，分散相粒徑減小，單位面積上橡膠粒子數(shù)目增加，在受到外力破壞時(shí)， ABS/PA合金可以吸收更多的沖擊能，表現(xiàn)為韌性提高。需要注意的是，為了制備超韌性材料，橡膠分散相粒徑通常在某個(gè)范圍之內(nèi)，分散相粒徑太大(>1μm)，單位面積增韌劑體積分?jǐn)?shù)較少，不能有效吸收沖擊能;分散相粒徑太小(<200nm) ,橡膠粒子無法通過變形誘導(dǎo)銀紋和剪切帶產(chǎn)生，同樣抵抗破壞能力較弱，所以通過改變相容劑添加量來達(dá)到調(diào)控分散相粒徑的大小尤為重要，而最佳添加量要通過具體實(shí)驗(yàn)來獲得。

ABS/PA的相容劑類型選擇

前面已經(jīng)提到，由于不同的極性基團(tuán)與PA端基之間的反應(yīng)活性不同，熔融共混過程中所起的作用和獲得材料的性能也不盡相同。同時(shí)，商業(yè)化的相容劑種類繁多，所以合理地選擇相容劑對(duì)獲得實(shí)用的合金材料至關(guān)重要。

Kudva通過多步擠出的方法研究了亞胺化的丙烯酸共聚物(IA)與馬來酸配一苯乙烯一丙烯睛共聚物(SANMA)對(duì)SAN/PA合金性能和形貌的影響，相容劑含量增加，材料加工扭矩響應(yīng)提高，并吐在整個(gè)范圍內(nèi)IA比SANMA對(duì)材料黏度的增加更明顯。這是由于IA結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有可與PA端氨基反應(yīng)的六元環(huán)酸酐和丙烯酸極性基團(tuán)，改善組分相容性的同時(shí)還有可能發(fā)生交聯(lián)和PA擴(kuò)鏈反應(yīng)，導(dǎo)致共混物黏度增加。提出了有力的證據(jù)，由于IA的擴(kuò)鏈作用導(dǎo)致PA熔體黏度增加，其增容共混物中SAN更容易形成連續(xù)相，而SANMA增容共混物更容易在低PA含量發(fā)生相反轉(zhuǎn)。

透射電鏡照片直觀地反映了不同的增容劑對(duì)SAN/PA共混物形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，在SAN/PA= 47. 5/47. 5共混物中，IA增容體系為典型的海-島結(jié)構(gòu)，而SANMA增容體系則形成了雙連續(xù)相。另外，兩種增容體系最大的差異在于，多次擠出后，SANM A增容體系能夠保持材料原有的形態(tài)，而IA增容體系多次擠出后分散相粒徑明顯增加，合金沖擊韌性顯著下降，脆韌轉(zhuǎn)變溫度提高。

ABS/PA加工共混設(shè)備

前面討論了配方設(shè)計(jì)與材料性能之間的關(guān)系，影響共混物最終性能另一個(gè)最主要因索是加工工藝，包括溫度、剪切、加工設(shè)備、共混時(shí)間等。Paul及其研究團(tuán)隊(duì)在SAN/PA體系研究過程中，對(duì)工藝與材料結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系做了大量的基礎(chǔ)研究，這里著重討論加工設(shè)備的影響。研究者分別采用間歇式混合器和單螺桿擠出機(jī)制備SAN/PA樣品，并通過TEM技術(shù)對(duì)其形態(tài)進(jìn)行了分析，不同的加工設(shè)備導(dǎo)致了材料相反轉(zhuǎn)點(diǎn)的改變，單螺桿擠出機(jī)工藝使合金在較低的PA含量下發(fā)生相反轉(zhuǎn)行為，而Batch mixer工藝需要較高的PA含量才能發(fā)生相反轉(zhuǎn)行為。這可能是螺桿擠出過程中同時(shí)存在拖曳流和拉伸流，熔體在混合過程中受到的剪切應(yīng)力相應(yīng)較大，同時(shí)PA的剪切敏感程度較SAN高，擠出過程中流動(dòng)性提高更顯著，相反轉(zhuǎn)點(diǎn)向低PA含量偏移。

為了獲得性能優(yōu)異的共混物，通常需要對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，這對(duì)于處于臨界混合比范圍的共混體系尤為重要。例如ABS/PA= 50/50二元體系中，由于ABS的黏度較小，通常形成連續(xù)相，但通過溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和螺桿組合設(shè)計(jì)調(diào)整材料的戮度比，可以使含量較低的PA成為連續(xù)相，利用其耐化學(xué)品的特殊優(yōu)勢(shì)，制備尺寸穩(wěn)定性和耐化學(xué)品兼?zhèn)涞腁BS/PA合金。

ABS和PA組分混合比

對(duì)于增容ABS/PA共混物來說，合金的性能還與組分混合比有關(guān)。在ABS/PA/SMA三元體系中，隨PA含量的增加，合金的缺口韌性呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，在PA為60%時(shí)達(dá)到最大值。同時(shí)PA含量增加，熱變形溫度提高，這是由于PA的氫鍵作用力和結(jié)晶性本質(zhì)所決定的。

反應(yīng)增容體系中，在固定相容劑含量的前提下，由于組分混合比的改變導(dǎo)致材料最終相形貌的差異，包括分散相粒徑大小、相結(jié)構(gòu)類型和相反轉(zhuǎn)行為。Kitayama等詳細(xì)研究了PA/ABS/IA三元體系微觀結(jié)構(gòu)與PA/ABS混合比的關(guān)系，隨著PA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，材料經(jīng)歷了從雙連續(xù)結(jié)構(gòu)向海-島結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這有助于理解力學(xué)性能的變化趨勢(shì)。

另外，PA/ABS的耐化學(xué)品性同樣受混合比的影響，眾所周知PA是耐化學(xué)品最好的工程塑料之一，通過調(diào)節(jié)混合比獲得PA為連續(xù)相、ABS為分散相的兩相結(jié)構(gòu)，是提高材料耐化學(xué)品的重要途徑。需要注意的是，由于PA易吸水，對(duì)于尺寸精度要求較高的產(chǎn)品，這種設(shè)計(jì)思路往往受到局限，如何獲得耐化學(xué)品性和尺寸穩(wěn)定性兼?zhèn)涞牟牧鲜茿BS/PA合金的研究熱點(diǎn)，這里不再詳細(xì)闡述。

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