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改性ABS/PA合金性能的影响因素

作者:admin    添加时间:2013-7-24 9:36:12    浏览量:4108

 

相容剂对改性ABS/PA的影响

 

相容剂的添加量是决定相容化程度和材料性能最主要的因素之一。文献中研究了亚胺化的丙烯酸共聚物(IA)对ABS/PA6合金力学性能和形貌的影响,相容剂IA添加0.5%合金的缺口冲击强度从150J/m提高到950J/m,但随着IA含量的提高,材料的冲击强度基本不变,但加工扭矩明显提高,这是由于熔融共混过程中过量的IA共聚物可能导致PA反应性增黏,材料流动性下降,所以,经反应增容技术制备合金材料必须考虑加工性能,避免由于加工性下降带来的局部过热导致材料降解、制品充模困难和制品表面流痕等负面效应。

 

改性ABS/PA共混样品通过PA与OsO4顺序染色,白色部分为橡胶粒子,黑色部分为SAN基体与PA。相容剂IA通过降低组分表面张力,提高界面强度,促进了ABS中橡胶相的变形和破碎,分散相粒径减小,单位面积上橡胶粒子数目增加,在受到外力破坏时, ABS/PA合金可以吸收更多的冲击能,表现为韧性提高。需要注意的是,为了制备超韧性材料,橡胶分散相粒径通常在某个范围之内,分散相粒径太大(>1μm),单位面积增韧剂体积分数较少,不能有效吸收冲击能;分散相粒径太小(<200nm) ,橡胶粒子无法通过变形诱导银纹和剪切带产生,同样抵抗破坏能力较弱,所以通过改变相容剂添加量来达到调控分散相粒径的大小尤为重要,而最佳添加量要通过具体实验来获得。

 

ABS/PA的相容剂类型选择

 

前面已经提到,由于不同的极性基团与PA端基之间的反应活性不同,熔融共混过程中所起的作用和获得材料的性能也不尽相同。同时,商业化的相容剂种类繁多,所以合理地选择相容剂对获得实用的合金材料至关重要。

 

Kudva通过多步挤出的方法研究了亚胺化的丙烯酸共聚物(IA)与马来酸配一苯乙烯一丙烯睛共聚物(SANMA)对SAN/PA合金性能和形貌的影响,相容剂含量增加,材料加工扭矩响应提高,并吐在整个范围内IA比SANMA对材料黏度的增加更明显。这是由于IA结构中同时具有可与PA端氨基反应的六元环酸酐和丙烯酸极性基团,改善组分相容性的同时还有可能发生交联和PA扩链反应,导致共混物黏度增加。提出了有力的证据,由于IA的扩链作用导致PA熔体黏度增加,其增容共混物中SAN更容易形成连续相,而SANMA增容共混物更容易在低PA含量发生相反转。

 

透射电镜照片直观地反映了不同的增容剂对SAN/PA共混物形态结构的影响,在SAN/PA= 47. 5/47. 5共混物中,IA增容体系为典型的海-岛结构,而SANMA增容体系则形成了双连续相。另外,两种增容体系最大的差异在于,多次挤出后,SANM A增容体系能够保持材料原有的形态,而IA增容体系多次挤出后分散相粒径明显增加,合金冲击韧性显著下降,脆韧转变温度提高。

 

ABS/PA加工共混设备

 

前面讨论了配方设计与材料性能之间的关系,影响共混物最终性能另一个最主要因索是加工工艺,包括温度、剪切、加工设备、共混时间等。Paul及其研究团队在SAN/PA体系研究过程中,对工艺与材料结构之间的关系做了大量的基础研究,这里着重讨论加工设备的影响。研究者分别采用间歇式混合器和单螺杆挤出机制备SAN/PA样品,并通过TEM技术对其形态进行了分析,不同的加工设备导致了材料相反转点的改变,单螺杆挤出机工艺使合金在较低的PA含量下发生相反转行为,而Batch mixer工艺需要较高的PA含量才能发生相反转行为。这可能是螺杆挤出过程中同时存在拖曳流和拉伸流,熔体在混合过程中受到的剪切应力相应较大,同时PA的剪切敏感程度较SAN高,挤出过程中流动性提高更显著,相反转点向低PA含量偏移。

 

为了获得性能优异的共混物,通常需要对工艺进行优化,这对于处于临界混合比范围的共混体系尤为重要。例如ABS/PA= 50/50二元体系中,由于ABS的黏度较小,通常形成连续相,但通过温度、螺杆转速和螺杆组合设计调整材料的戮度比,可以使含量较低的PA成为连续相,利用其耐化学品的特殊优势,制备尺寸稳定性和耐化学品兼备的ABS/PA合金。

 

ABS和PA组分混合比

 

对于增容ABS/PA共混物来说,合金的性能还与组分混合比有关。在ABS/PA/SMA三元体系中,随PA含量的增加,合金的缺口韧性呈现出先增加后减小的趋势,在PA为60%时达到最大值。同时PA含量增加,热变形温度提高,这是由于PA的氢键作用力和结晶性本质所决定的。

 

反应增容体系中,在固定相容剂含量的前提下,由于组分混合比的改变导致材料最终相形貌的差异,包括分散相粒径大小、相结构类型和相反转行为。Kitayama等详细研究了PA/ABS/IA三元体系微观结构与PA/ABS混合比的关系,随着PA质量分数的增加,材料经历了从双连续结构向海-岛结构的转变,这有助于理解力学性能的变化趋势。

 

另外,PA/ABS的耐化学品性同样受混合比的影响,众所周知PA是耐化学品最好的工程塑料之一,通过调节混合比获得PA为连续相、ABS为分散相的两相结构,是提高材料耐化学品的重要途径。需要注意的是,由于PA易吸水,对于尺寸精度要求较高的产品,这种设计思路往往受到局限,如何获得耐化学品性和尺寸稳定性兼备的材料是ABS/PA合金的研究热点,这里不再详细阐述。

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