徐曈曈,董前年,朱雷明,徐俊軍,朱勝利,谷圣軍,朱雙單
(1.合肥旭陽(yáng)鋁顏料有限公司,安徽合肥231131;2.安徽天易金屬新材料有限公司,安徽六安237200)
涂料用鋁顏料的主要成分是60%~70%的片狀鋁粒子、30%~40%的溶劑以及少量助劑。不同廠家的片狀鋁顏料各有特色,很難在所有的樹脂中相互替代,而涂裝效果的不同主要是由于鋁片的徑厚比、邊緣光滑程度、鋁片平整程度以及工藝助劑等因素導(dǎo)致。
塑膠用鋁顏料在傳統(tǒng)的鋁顏料基礎(chǔ)上進(jìn)行深加工,去除多余的溶劑,再加入載體和助劑,經(jīng)擠出機(jī)擠出,造粒機(jī)成型,產(chǎn)品為直徑1.5~3.0 mm、長(zhǎng)8~10 mm 的柱狀體,鋁含量約80%,其余是載體和助劑。塑膠專用鋁顏料中鋁片呈銀元狀或玉米片狀,D為5~200 μm。每種規(guī)格的片狀鋁粒子都有一定的徑厚比的范圍,例如粒徑為10 μm的鋁顏料,徑厚比為30~80;粒徑為20 μm的鋁顏料,徑厚比為40~160;粒徑為50 μm 的鋁顏料,徑厚比為80~180。在同等粒徑的規(guī)格下,不同徑厚比的片狀鋁粉又有不同的閃爍感、金屬質(zhì)感和外觀特性。本文重點(diǎn)研究了在PE蠟包覆的條件下,粒徑為20 μm,不同徑厚比的鋁顏料在PP和ABS中的分散性、流痕和色相等性能。
片狀鋁粉:濕法球磨,粒徑(D)20 μm,徑厚比分別為40~60,60~100,100~160,自制;載體:PE-WAX,德國(guó)科萊恩化工有限公司;ABS:①型號(hào)757K,鎮(zhèn)江奇美實(shí)業(yè)股份有限公司,②型號(hào)558A,韓國(guó)LG化學(xué)公司;PP:型號(hào)SZ30S,中韓武漢石化有限公司。
SHJ-20型雙螺桿擠出機(jī),長(zhǎng)徑比40∶1,高低剪切螺桿各一套(高剪切組合里有4 組45°、60°和90°剪切組合;低剪切組合有4 組45°單剪切塊),南京科亞化工成套設(shè)備有限公司;45-30 型單螺桿擠出機(jī),長(zhǎng)徑比30∶1,張家港市創(chuàng)佳機(jī)械有限公司;SSF720-K5 型注塑機(jī),寧波雙盛塑料機(jī)械有限公司;ATCO-2010型模溫機(jī),東莞艾可朗斯機(jī)械設(shè)備有限公司;COLOR I7型色差儀,美國(guó)X-rite 分光光度測(cè)試儀;Flex SEM1000 型電子顯微鏡,日本日立高新技術(shù)公司;BT9300S 型激光粒度測(cè)試儀,丹東百特儀器有限公司。
1.3.1 片狀鋁顏料選取
通過(guò)電子顯微鏡和激光粒度測(cè)試儀,選取D為20 μm,A:40~60,B:60~100,C:100~160三種不同徑厚比的片狀鋁顏料。
1.3.2 塑膠鋁顏料成型
片狀鋁顏料∶PE蠟∶復(fù)合分散劑=80∶18∶2的比例稱取原材料,混合機(jī)中混合均勻,單螺桿擠出機(jī)成型,進(jìn)干燥箱,干燥后的揮發(fā)分<1%。
1.3.3 ABS樣板制備
稱取ABS粒子和塑膠鋁顏料混合均勻,雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,造粒溫度230℃,主機(jī)轉(zhuǎn)速300~400 rpm,造粒后90℃干燥1 h,注塑打板,注塑溫度230℃,模溫80℃,樣板冷卻30 min后待測(cè)試。
1.3.4 PP樣板制備
稱取PP 粒子和塑膠鋁顏料混合均勻,雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,造粒溫度220℃,主機(jī)轉(zhuǎn)速300~400 rpm,造粒后90℃干燥1 h,注塑打板,注塑溫度220℃,模溫80℃,樣板冷卻30 min后待測(cè)試。
色差測(cè)試:每個(gè)型號(hào)在上述注塑板中各取5 塊樣板,然后在每塊樣板上選取5點(diǎn),測(cè)試L、a、b值,去掉最高和最低,取平均值,然后再將五塊樣板的L、a、b 值的數(shù)據(jù)取平均數(shù)作為該型號(hào)的Lab值數(shù)據(jù)。
分散性測(cè)試:每個(gè)型號(hào)在上述注塑板中取50 塊樣板,在標(biāo)準(zhǔn)光源D65 燈箱中目視樣板正反面,查看樣板表面的凹坑和麻點(diǎn)(拖尾巴的點(diǎn))數(shù)。
流痕測(cè)試:每個(gè)型號(hào)在上述注塑板中取3 塊樣板,目視樣板表面的流痕情況。
在兩種不同的剪切力條件下,三種不同徑厚比的鋁粉在型號(hào)757K ABS 中的L、a、b值變化情況見表1。
表1 不同徑厚比鋁粉在高低剪切力作用下對(duì)樣板L、a、b值的影響
由表1可知,對(duì)于相同徑厚比的片狀鋁粉,在高剪切力作用下制備的樣板,樣板測(cè)得L值要比在低剪切力作用下制備的樣板L 值低;對(duì)于不同徑厚比的片狀鋁粉,無(wú)論是在高剪切力作用下還是在低剪切力作用下制備的樣板,都是徑厚比為60~100的片狀鋁粉制備的樣板L值最高。從而可以說(shuō)明,片狀鋁粉在塑料中L值與片狀鋁粉的徑厚比以及塑料加工成型過(guò)程中的剪切力密切相關(guān)。如果想要得到較高的L值,需要考慮降低加工成型過(guò)程中的剪切力,另外還要考慮選擇適中的徑厚比的片狀鋁粉。
表2 不同徑厚比鋁粉在不同樹脂中對(duì)樣板L、a、b值的影響
在相同的剪切力條件下,三種不同徑厚比的鋁粉在型號(hào)757K ABS、558A ABS、SZ30S PP三種樹脂中的Lab值變化情況見表2。由表2 可以看出,相同徑厚比鋁粉在型號(hào)558A 透明ABS 中和在型號(hào)757K 不透明ABS 中相比,在透明ABS 中的L 值要高于在不透明ABS 中的L值;在相同樹脂體系中,不同徑厚比鋁粉a值接近;在不同樹脂體系中,在型號(hào)757K不透明ABS 中,b值隨鋁粉徑厚比增大而降低,在型號(hào)558A透明ABS 中,b值隨鋁粉徑厚比增大而增大,在型號(hào)SZ30S PP中,b值隨鋁粉徑厚比增加而小幅度降低。從以上結(jié)果可以看出,樣板表面的L、a、b值是由樹脂和顏料共同影響的,分析認(rèn)為PP樹脂接近無(wú)色透明,由PP注塑成型的樣板表面L、a、b值更接近鋁粉的L、a、b值。隨著鋁粉徑厚比增大,b值稍微降低,偏藍(lán)相;757K 樹脂本身偏黃相,因此b 值較高。因此,需要獲得較高的工件表面L 值,可以選擇透明的樹脂,同時(shí)可以選擇合適的徑厚比鋁粉來(lái)調(diào)節(jié)L、a、b值。
由于鋁粉是片狀結(jié)構(gòu),且粒徑具有一定的分布區(qū)間,采用常規(guī)的壓濾值法無(wú)法測(cè)試其分散性,因此本文采用注塑樣板目視數(shù)點(diǎn)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了數(shù)據(jù)的可靠性和客觀代表性,在同等工藝條件下,注塑50 塊樣板,通過(guò)增大樣本的方式提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,見表3。
表3 不同徑厚比鋁粉在PP、ABS樹脂中的分散性
由表3 可以看出,無(wú)論哪種型號(hào)樹脂,徑厚比小的鋁粉和樹脂共混,注塑成型的樣板表面的凹坑和麻點(diǎn)數(shù)量都最少,說(shuō)明徑厚比小的鋁粉在樹脂體系中分散性較好。分析認(rèn)為,徑厚比小的鋁粉,比表面能小,團(tuán)聚現(xiàn)象較少,因此,鋁粉在樹脂體系中分散性就相對(duì)較好;相反,徑厚比大的鋁粉,比表面能大,易團(tuán)聚,因此,分散性較差。
塑料注塑時(shí)會(huì)在塑料制品中出現(xiàn)流痕。流痕形成的主要原因是:含片狀鋁粉的熔融塑料流在模腔內(nèi)流向突然發(fā)生變化時(shí),導(dǎo)致片狀鋁粉在排列上發(fā)生取向變化,破壞了片狀鋁粉在塑料流表面的平行排列,從而在塑料制品表面形成流動(dòng)痕跡,即流痕,常發(fā)生于澆口、厚薄壁轉(zhuǎn)換的地方。
為了評(píng)價(jià)注塑樣板表面的流痕情況,企業(yè)制定了樣板表面流痕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。選擇5 塊不同流痕的樣板作為標(biāo)準(zhǔn)板,代表5 種不同程度流痕情況,從輕到重分別用+、++、+++、++++、+++++表示。圖1 從左到右5 塊樣板的流痕情況為+、++、+++、++++、+++++。
圖1 注塑樣板表面流痕情況標(biāo)準(zhǔn)樣板
表4 不同徑厚比鋁粉在PP、ABS中的流痕
由表4 看出,無(wú)論哪種型號(hào)樹脂,徑厚比小的鋁粉和樹脂共混、注塑成型的樣板表面流痕較輕;徑厚比大的鋁粉和樹脂共混、注塑成型的樣板表面流痕較重。分析認(rèn)為,徑厚比小的鋁粉抗翻轉(zhuǎn)能力比徑厚比大的強(qiáng),所以流痕就比較輕;另外,鋁粉徑厚比小,鋁粉遮蓋力差,在樣板表面鋁粉數(shù)量少,因此,形成流痕現(xiàn)象也較輕。
相同粒徑時(shí),徑厚比為60~100 的鋁粉和樹脂共混、注塑成型的樣板表面L值較高,流痕現(xiàn)象較少,鋁粉在樹脂展現(xiàn)的金屬效果也較好;若客戶需差異化,可參考上述結(jié)果調(diào)整。改善流痕,可選擇徑厚比小的鋁粉,就是市面上所說(shuō)的加厚型鋁粉。加厚型鋁粉自身重量大,耐剪切能力強(qiáng),在材料中抗翻轉(zhuǎn)的能力也較強(qiáng)。在分散性方面,可選徑厚比小的鋁粉,此類鋁粉比表面能小,相互間作用力小,分散性相對(duì)較好。在a、b值方面,a 值和徑厚比的關(guān)系不大,b 值和材料自身的顏色以及鋁粉的徑厚比都有一定的關(guān)系。