吹塑ABS熔體強(qiáng)度的影響因素

費(fèi)軍，周霆，羅明華，辛敏琦

（上海錦湖日麗塑料有限公司，上海市閔行區(qū)華漕鎮(zhèn)紀(jì)高路1399號，201107）

1.引言

受食品飲料、塑料玩具及汽車等市場高速發(fā)展推動，中空制品應(yīng)用領(lǐng)域越趨廣闊。中空吹塑是在閉合的模具內(nèi)利用壓縮空氣將擠出或注射成型得到的半熔融狀態(tài)的塑料型坯吹脹，然后冷卻而獲得中空制件的一種加工方法[1]。型坯的壁厚均勻、無飛邊，中空制件的底部不會產(chǎn)生拼合縫，不僅美觀而且強(qiáng)度高。應(yīng)用于中空成型的材料品種繁多，如HDPE、PP、PA、PC及ABS等[2]。汽車中空制件因體積大、質(zhì)量要求高及安全性問題，一般選用工程塑料，尤其以ABS居多。吹塑級ABS多應(yīng)用在汽車擾流板及排檔罩等制件上。

一般地說，吹塑大型中空制件的關(guān)鍵要素是材料熔體強(qiáng)度大，保證型坯壁厚均勻一致[3]。汽車擾流板及排檔罩制件較大，材料需要更大的熔體強(qiáng)度，以保證在壓縮空氣吹脹過程中不自垂，確保型坯的壁厚均勻一致。ABS熔體強(qiáng)度高，橡膠變形量小，故材料熔體彈性大。熔體強(qiáng)度與熔體彈性密不可分[4]。本文從熔體彈性聯(lián)系到熔體強(qiáng)度，系統(tǒng)地研究了吹塑ABS熔體強(qiáng)度的影響因素——橡膠含量、橡膠粒徑和SAN分子量，旨在設(shè)計出高熔體強(qiáng)度的吹塑ABS材料。

2.實(shí)驗部分

2.1 主要原材料

本文涉及的主要原材料、組分性質(zhì)及其生產(chǎn)產(chǎn)家列于表1。

表1 實(shí)驗所用原材料的基本信息和生產(chǎn)廠家

2.2 吹塑ABS料制備

將本體ABS、橡膠粉與SAN共聚物、抗氧劑、潤滑劑等組分按配比稱取重量份，在高速混合機(jī)中預(yù)先混合5min；將混合物從雙螺桿擠出機(jī)（長徑比為44）的主喂料口加入，經(jīng)過熔融擠出、冷卻、干燥、切粒得到物料。擠出機(jī)從加料口到口模共有10個溫控區(qū)，其中第1～3區(qū)溫控為160～180℃；第4～7區(qū)為220～240℃；第8～10區(qū)為215～235℃。

將物料在80~90℃干燥4~6h，保證吸水率<0.05%。然后在圓片模具中進(jìn)行注塑，注塑溫度為230-240℃，模溫為70-80℃。

2.3 測試和表征

2.3.1 熔體強(qiáng)度測試

首先將充分干燥的物料注塑成直徑為20mm,厚度為2mm的圓片。然后溫控在200℃下，利用HAAKE MARSⅡ旋轉(zhuǎn)流變儀上進(jìn)行儲能模量G’及損耗模量G”的計算，進(jìn)而定性比較熔體強(qiáng)度大小。儲能模量G’及損耗模量G”分別與頻率f作圖，在橫軸及縱軸方向上，G’與G”交叉點(diǎn)越低，熔體強(qiáng)度越大[5]，[6]。而且，儲能模量可以表征熔體彈性。另外，因旋轉(zhuǎn)流變模擬的是吹塑過程，故而有效數(shù)據(jù)是在低頻區(qū)域數(shù)據(jù)。

2.3.2 熔垂性能表征

將2mm厚的圓片，放在溫度為200℃的恒溫烘箱中的圓型支架上，記錄樣片經(jīng)過15min底部下垂的長度。分別測試普通級ABS及高熔體強(qiáng)度ABS的熔垂性。

3.結(jié)果與討論

3.1 橡膠含量對ABS熔體強(qiáng)度的影響

為得到高熔體強(qiáng)度，在相對低的剪切速率下（模擬吹塑機(jī)工作狀態(tài)），保持相對高的粘度是有益的。太易流動的型坯會表現(xiàn)出相對差的熔體強(qiáng)度。對于ABS材料來說，通過增加橡膠含量可增加粘度[3]。在同一種橡膠粒徑下，ABS增加了膠含量后，在低頻區(qū)的熔體彈性增加并不明顯，如圖1所示。

圖1 不同膠量時ABS樹脂的熔體彈性

膠含量在16.6%-21.5%范圍內(nèi)，其熔體強(qiáng)度變化不大，如圖2所示。在低膠量及高膠量時，G’與G”的交叉點(diǎn)比較接近，兩者熔體強(qiáng)度變化不大。故而，膠含量對于熔體強(qiáng)度的影響不明顯。

圖2 不同膠量時ABS樹脂的熔體強(qiáng)度

3.2 橡膠粒徑對ABS熔體強(qiáng)度的影響

ABS熔體強(qiáng)度高，材料變形量要小。橡膠粒子變形的影響因素除了交聯(lián)度，橡膠結(jié)構(gòu)外，橡膠尺寸也發(fā)揮著重要作用。一般地，粒徑尺寸在200nm左右，無內(nèi)包藏結(jié)構(gòu)橡膠稱之為硬橡膠，實(shí)驗中橡膠粉2即為硬橡膠。硬橡膠越多，材料變形量越小，熔體彈性越好，熔體強(qiáng)度相應(yīng)也高[4]。

在膠量保持一定的情況下，考察不同橡膠尺寸對熔體強(qiáng)度的影響。從圖3可以發(fā)現(xiàn)，在低頻區(qū)域，擁有200nm橡膠的ABS的熔體彈性要明顯高于擁有500nm橡膠的ABS。另外，小尺寸橡膠ABS的G’與G”交叉點(diǎn)在橫軸與縱軸上都要低于大尺寸橡膠ABS的交叉點(diǎn)，說明小尺寸橡膠ABS的熔體強(qiáng)度要大于大尺寸橡膠ABS[5]。

圖3 不同橡膠尺寸ABS樹脂的熔體強(qiáng)度

3.3 SAN分子量對ABS熔體強(qiáng)度的影響

歸根結(jié)底，材料的熔體強(qiáng)度和聚合物分子鏈纏結(jié)有關(guān)，同時與應(yīng)力條件下抵抗解纏繞有關(guān)。影響抵抗解纏繞的聚合物性能有分子量、分子量分布和分子支化[5]。其中，分子量增加可增加分子鏈纏結(jié)，有效提高材料熔體強(qiáng)度[7]。

在膠量及橡膠尺寸保持一定的情況下，考察SAN分子量對ABS熔體強(qiáng)度的影響。從圖4可看出，大分子量SAN的ABS的G’與G”的交叉點(diǎn)與小分子量SAN的ABS的G’與G”的交叉點(diǎn)基本處于一條水平線上，位置略靠左，故而大分子量SAN的ABS的熔體強(qiáng)度大于小分子量SAN的ABS。且G’/G”交叉點(diǎn)朝低頻移動，說明分子量MW增加[8]，實(shí)驗也證明了此點(diǎn)。

圖4 不同分子量SAN對熔體強(qiáng)度的影響

3.4 熔垂實(shí)驗分析

在加工溫度下測試熔體下垂的長度是一種最直觀最真實(shí)的熔體強(qiáng)度測定方法。由圖5可看出，在15min測試時間里，小粒徑及大分子量SAN的ABS的熔垂長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大粒徑及小分子量SAN的ABS。故而，小粒徑及大分子量SAN的ABS可有效保持住熔垂長度，增大熔體強(qiáng)度。

圖5 不同ABS的熔體下垂長度

4.結(jié)論

通過旋轉(zhuǎn)流變測試及熔垂實(shí)驗，系統(tǒng)研究了吹塑ABS熔體強(qiáng)度的影響因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1) 在同一種橡膠粒徑下，ABS增加了膠含量后，在低頻區(qū)的熔體彈性增加并不明顯；在16.6%-21.5%膠含量范圍內(nèi)，膠量對熔體強(qiáng)度影響不大。

(2)在膠含量一定情況下，較之于大粒徑橡膠，小粒徑橡膠變形量小，熔體彈性大，熔體強(qiáng)度也大；橡膠粒徑對熔體強(qiáng)度影響較大，小粒徑ABS熔體強(qiáng)度大于大粒徑ABS熔體強(qiáng)度。

(3)在橡膠粒徑一定，膠含量一定的情況下，SAN分子量越大，分子鏈纏結(jié)度越高，熔體強(qiáng)度越大；SAN分子量對熔體強(qiáng)度影響較大，大分子量SAN的ABS熔體強(qiáng)度大于小分子量SAN的ABS。

(4)在膠含量一定情況下，ABS采用小粒徑橡膠及大分子量SAN后，其熔垂長度可很好保持住，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采用大粒徑橡膠及小分子量SAN的ABS的熔垂長度。

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