快速熱循環(huán)注塑材料ABS-PMMA的物理改性及其成型性能研究.pdf

1、注塑工藝是成型塑料制品的主要方法，然而傳統(tǒng)注塑工藝生產(chǎn)的塑件容易產(chǎn)生流痕、熔接痕和表面質(zhì)量差等多種缺陷，這些缺陷通常通過后續(xù)的噴涂等工藝消除，從而造成了環(huán)境的污染和時(shí)間、材料及能源的浪費(fèi)。近年來興起的快速熱循環(huán)注塑工藝成功解決了上述問題，因此該工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。然而快速熱循環(huán)注塑工藝對成型材料的表面光澤度、硬度、流動(dòng)性和力學(xué)性能提出了較高的要求。ABS樹脂是一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性塑料，但其在硬度和光澤度方面仍有待于進(jìn)一步提高。P

2、MMA硬度高，光學(xué)性能很好，且與ABS具有較好的相容性。兩者共混可以取長補(bǔ)短，提高ABS的硬度和光澤度，獲得適用于快速熱循環(huán)注塑工藝要求的材料，然而ABS/PMMA合金仍然存在韌性不足、成本較高和耐熱性不佳等問題，目前國內(nèi)外對ABS/PMMA體系的研究非常少，因此研究ABS/PMMA體系的共混改性及其在快速熱循環(huán)注塑工藝中的成型性能具有重要的意義。
　　 本文采用熔融共混改性方法，制備了ABS/PMMA、ABS/PMMA/ABS

3、 HRP、ABS/PMMA/nano-CaCO3以及ABS/PMMA/PTW等材料，研究了各種塑料助劑、增韌劑、納米填料和陶瓷晶須對共混體系力學(xué)性能、流動(dòng)性能、熱性能和表面性能的影響，并以ABS/PMMA和ABS/PMMA/nano-CaCO3兩種材料為例，對比了快速熱循環(huán)注塑工藝與常規(guī)注塑工藝所生產(chǎn)塑件在表面質(zhì)量和內(nèi)在性能方面的差異，獲得了可應(yīng)用于新材料開發(fā)和塑件生產(chǎn)的有價(jià)值的理論成果。
　　 采用熔融共混的方法，在嚙合同向雙

4、螺桿擠出機(jī)中對物料進(jìn)行共混。以ABS/PMMA為共混體系，研究了ABS/PMMA的組分比以及各種塑料助劑(抗氧劑、潤滑劑、相容劑)對于ABS/PMMA合金各項(xiàng)性能的影響，同時(shí)研究了共混擠出過程中擠出次數(shù)對于ABS/PMMA合金性能的影響。結(jié)果表明，PMMA含量的增加可以提高合金的強(qiáng)度、硬度和透明度，但會(huì)使合金的韌性有一定的降低；共混過程中，高分子鏈在熱和剪切作用下容易發(fā)生一定程度的氧化，造成合金性能的惡化，而抗氧劑可以有效地阻止共混過程

5、中材料性能的惡化；潤滑劑EBS可以減小材料與加工機(jī)械間的外摩擦，提高塑件表面光澤度，同時(shí)潤滑劑EBS還具有一定的增塑作用，可以提高合金的韌性；相容劑SMA不能明顯增加ABS/PMMA的相容性，且SMA的環(huán)狀剛性結(jié)構(gòu)使合金的強(qiáng)度增加，韌性下降；ABS/PMMA合金的拉伸強(qiáng)度對共混物的均勻性不敏感，增加擠出次數(shù)對合金的拉伸強(qiáng)度影響不大，但可以改善合金的沖擊強(qiáng)度。
　　 從共混工藝過程出發(fā)，將Taguchi方法引入到高分子材料共混改性

6、中，對各工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，計(jì)算獲得了各工藝參數(shù)對合金力學(xué)性能的影響因子，并在優(yōu)化的擠出工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，以ABS高膠粉為增韌劑對ABS/PMMA合金進(jìn)行增韌改性。針對高分子材料具有粘彈性的特性，通過改變拉伸速率研究了應(yīng)變速率對ABS高膠粉增韌ABS/PMMA體系拉伸性能的影響規(guī)律。研究表明，與增韌劑相比，擠出工藝參數(shù)對ABS/PMMA體系力學(xué)性能的影響很??；ABS高膠粉作為一種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合橡膠改性劑，可以顯著改善ABS/PMMA體系

7、的沖擊韌性，同時(shí)合金強(qiáng)度和模量降低幅度不大。ABS高膠粉改性的ABS/PMMA合金屬于應(yīng)變速率敏感型材料，應(yīng)變速率從7.25×10-5s-1增加到7.25×10-2s-1的過程中，材料ABS/PMMA/ABS HRP存在一個(gè)韌脆轉(zhuǎn)變點(diǎn)。
　　 納米粒子的尺寸效應(yīng)使其表現(xiàn)出很多優(yōu)于常規(guī)材料的性能，無機(jī)納米粒子填充聚合物是納米材料研究的重要領(lǐng)域，RHCM工藝可以解決塑件表面裸露填充物的缺陷，因此為降低材料的成本，本文選用nano-C

8、aCO3作為填料填充ABS/PMMA合金，研究了無機(jī)nano-CaCO3的粒徑和含量對ABS/PMMA樹脂基體流動(dòng)性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律。圍繞無機(jī)納米粒子在聚合物基體中易團(tuán)聚、難分散的問題，系統(tǒng)深入地分析了nano-CaCO3表面處理對ABS/PMMA/nano-CaCO3復(fù)合材料熔體流動(dòng)性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律。對比了硬脂酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑以及鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑與硬脂酸協(xié)同使用的效果，并以鈦酸酯偶聯(lián)劑為例，研究了偶聯(lián)劑用量

9、和處理方法對復(fù)合材料性能的影響規(guī)律，通過計(jì)算粘接系數(shù)B和脫粘角θ的值定量描述了nano-CaCO3粒子與ABS/PMMA樹脂基體之間的粘接作用力。結(jié)果表明，nano-CaCO3的添加量低于4 wt％時(shí)可以提高樹脂基體的流動(dòng)性能，ABS/PMMA/nano-CaCO3復(fù)合材料的熔體流動(dòng)指數(shù)隨溫度的升高而線性增加。nano-CaCO3的粒徑和含量對ABS/PMMA/nano-CaCO3復(fù)合材料的拉伸性能影響不大，但會(huì)使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度明顯

10、降低，對沖擊強(qiáng)度而言，100nm的CaCO3粒子優(yōu)于25nm的CaCO3粒子。nano-CaCO3粒子表面偶聯(lián)處理可以有效地改善無機(jī)粒子與樹脂基體之間的界面粘接作用，進(jìn)而提高復(fù)合材料的熔體流動(dòng)性能和綜合力學(xué)性能。表面經(jīng)鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑與硬脂酸協(xié)同處理nano-CaCO3在樹脂基體中的分散性最好，且該種nano-CaCO3與ABS/PMMA共混制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能最優(yōu)。濕法處理可使偶聯(lián)劑與納米粒子之間更好地偶聯(lián)，提高復(fù)合材料的界面粘接性

11、，但容易使納米粒子在處理過程中結(jié)塊，在復(fù)合材料的制備過程中不易分散。提高偶聯(lián)劑的用量，復(fù)合材料的熔體流動(dòng)指數(shù)和拉伸強(qiáng)度均升高，而沖擊強(qiáng)度則是先升高后降低。
　　 晶須改性聚合物是聚合物基復(fù)合材料研究的熱點(diǎn)之一。六鈦酸鉀晶須(PTW)具有良好的物理力學(xué)性能和熱性能且成本低廉，為改善ABS/PMMA樹脂基體的熱性能，本文將PTW添加到ABS/PMMA基體中，研究了PTW對于ABS/PMMA樹脂基體流動(dòng)性能、力學(xué)性能和熱性能的影響規(guī)律

12、。結(jié)果表明，PTW可改善復(fù)合材料的熱性能，提高材料的耐熱性；PTW的針狀形態(tài)使復(fù)合材料的流動(dòng)性能降低；PTW含量較小時(shí)，可提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)PTW使復(fù)合材料的韌性下降。
　　 在上述ABS/PMMA體系物理改性的研究基礎(chǔ)上，自主開發(fā)了RHCM模具溫度控制系統(tǒng)和電加熱模具，與塑料注射成型機(jī)對接，構(gòu)建了RHCM注塑系統(tǒng)，選用ABS/PMMA和ABS/PMMA/nano-CaCO3兩種材料在RHCM工藝下成型，通過控制模具加

13、熱時(shí)間，獲得不同的模具型腔表面溫度，研究了模具型腔表面溫度對塑件表面質(zhì)量和力學(xué)性能的影響規(guī)律，并對比分析了兩種材料在RHCM工藝下的成型特點(diǎn)和塑件性能。在RHCM工藝下成型雙澆口試樣，研究了RHCM工藝下模具型腔表面溫度對熔接痕形貌和強(qiáng)度的影響規(guī)律。研究表明，RHCM工藝可以顯著提高塑件表面的光澤度，消除無機(jī)填料對樹脂基體光澤度的影響；模具型腔表面溫度接近樹脂材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，ABS/PMMA與ABS/PMMA/nano-CaCO