玻纖增強(qiáng)ABS氙燈老化性能的研究

胡世軍，何智國(guó)

（廣東美的環(huán)境電器制造有限公司，廣東中山 528425)

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）具有良好的抗沖擊、高光澤度和可加工性能、電鍍性能等，在家用電器、電子電氣、汽車零部件等方面有著廣泛的應(yīng)用，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最為廣泛的通用聚合物材料之一。但是ABS材料中含有不飽和的丁二烯雙鍵結(jié)構(gòu)，在自然環(huán)境下，由于風(fēng)吹、雨淋、空氣氧化、太陽(yáng)光紫外線破壞等因素的影響，丁二烯雙鍵結(jié)構(gòu)很容易被氧化破壞，導(dǎo)致聚合物分子鏈降解，材料性能下降。因此，ABS材料使用前通常需要改善其耐候性能，特別是戶外使用的場(chǎng)所。目前對(duì)未增強(qiáng)ABS耐候性能的研究已經(jīng)較多文獻(xiàn)報(bào)道［1-9］。但對(duì)玻纖增強(qiáng)ABS的耐候性研究目前還較少。左曉玲等［10］綜述了長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料老化研究進(jìn)展及防老化研究，魯蕾等［11］則研究了玻璃纖維增強(qiáng)塑料的基體/玻纖界面粘結(jié)及其老化機(jī)理。本文以國(guó)內(nèi)知名公司的風(fēng)葉用玻纖增強(qiáng)ABS材料為基礎(chǔ)，對(duì)氙燈老化試驗(yàn)1000h前后玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料的力學(xué)性能和顏色變化做了對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

ABS：牌號(hào)8391，上海高橋石油化工有限責(zé)任公司；硅烷偶聯(lián)劑：牌號(hào)FD792，浙江沸點(diǎn)化工；抗氧劑： 牌號(hào)1010，臨沂三豐化工，抗氧劑：牌號(hào)168，臨沂三豐化工；紫外光吸收劑：牌號(hào)5411，雙鍵化工；受阻胺類光穩(wěn)定劑：牌號(hào)770，巴斯夫；無(wú)堿連續(xù)玻纖：牌號(hào)ER13-988A,中國(guó)巨石集團(tuán)；色粉：RR藍(lán)，拜爾朗盛；擴(kuò)散粉EB-FF，日本花王。

1.2 設(shè)備及測(cè)試儀器

擠出機(jī)：TSE-35，南京瑞亞弗斯特高聚物裝備有限公司；注塑機(jī)：UN90A，廣東伊之密精密機(jī)械有限公司；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：深圳三思縱橫科技有限公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)：XJUD系列，承德市金建檢濁儀器有限公司；色差儀：CR-400,柯尼卡美能達(dá)（日本）;氙燈老化箱：型號(hào)Q-sun xe-3-HS,Q-Lab公司。

1.3 試樣制備

將ABS、FD792、1010、168、5411、770、EB-FF、色粉等按照表1試驗(yàn)配方混合均勻，然后通過(guò)TSE-35型雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，無(wú)堿連續(xù)玻璃纖維由雙螺桿擠出機(jī)的第四段筒體加入，擠出機(jī)各區(qū)及機(jī)頭溫度為180、

表1 試驗(yàn)配方Tabel 1 The experimental formulations

190、200、210、215、215、220、220、225、220 ℃，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為250r/min，然后將擠出的粒料注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條和色板，注塑機(jī)溫度為215～225 ℃。

1.4 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度濁試按GB/T 1040進(jìn)行，拉伸速率為50mm/min；彎曲強(qiáng)度濁試按GB/T 9341進(jìn)行，彎曲速率為2mm/min；彎曲模量濁試按GB/T 9341進(jìn)行，彎曲速率為2mm/min；懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度濁試按GB/T 1843進(jìn)行；耐候性能濁試按GB/T 16422.2-2014進(jìn)行，其中，黑標(biāo)溫度(65±3)℃；相對(duì)濕度不控制；試驗(yàn)箱溫度：不控制；暴露周期：102min干燥，18min 噴淋（方法A:使用日光濾光器的暴露，人工氣候老化）。

總色差值ΔE按計(jì)算得到，其中，ΔL、Δa、Δb為氙燈老化前后色差的變化值。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸性能

從表2可以看出，與文獻(xiàn)報(bào)道中未增強(qiáng)ABS在紫外老化和自然環(huán)境老化后的拉伸強(qiáng)度變化趨勢(shì)類似［3,9］,氙燈老化1000h后，玻纖增強(qiáng)ABS的拉伸強(qiáng)度下降，這主要是由于隨著氙燈老化過(guò)程的進(jìn)行，ABS樹(shù)脂基體和玻璃纖維均趨向于老化破壞，并且ABS基體與增強(qiáng)相玻璃纖維之間的偶聯(lián)作用被削弱，兩相界面作用惡化，玻纖增強(qiáng)作用下降，因此拉伸強(qiáng)度下降。

表2 氙燈老化試驗(yàn)后玻纖增強(qiáng)ABS拉伸強(qiáng)度的變化對(duì)比Tabel 2 Tensile strength comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

另外，可以看出，未添加耐候劑的試樣拉伸強(qiáng)度保持率在78%，添加紫外光吸收劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑等耐候劑后，玻纖增強(qiáng)ABS的拉伸強(qiáng)度保持率在89%，耐候劑延緩了氙燈老化作用對(duì)該復(fù)合材料的破壞，提高了老化后玻纖增強(qiáng)ABS材料的拉伸強(qiáng)度保持率。

2.2 彎曲強(qiáng)度

表3是氙燈老化試驗(yàn)后玻纖增強(qiáng)ABS的彎曲強(qiáng)度對(duì)比，與拉伸強(qiáng)度的變化類似，氙燈老化1000h后，玻纖增強(qiáng)ABS的彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這主要是由于氙燈老化過(guò)程不僅破壞了ABS樹(shù)脂基體和玻璃纖維，還惡化了兩相界面的偶聯(lián)粘結(jié)作用，使得老化后的試樣在彎曲載荷作用下更容易斷裂失效，在性能上則體現(xiàn)為彎曲強(qiáng)度降低。

從表3還可以看出，氙燈老化試驗(yàn)后，兩組試樣的彎曲強(qiáng)度保持率都在90%以上，其中，添加耐候劑的試樣性能保持率達(dá)到了94%，耐候劑有利于玻纖增強(qiáng)ABS彎曲強(qiáng)度的保持。并且，相對(duì)于縱向的拉伸破壞，氙燈老化作用對(duì)玻纖增強(qiáng)ABS抵抗橫向彎曲破壞的影響比較有限。

表3 氙燈老化試驗(yàn)后玻纖增強(qiáng)ABS彎曲強(qiáng)度的變化對(duì)比Tabel 3 Flexural strength comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

2.3 彎曲模量

表4為氙燈老化后玻纖增強(qiáng)ABS的彎曲模量變化對(duì)比,從表4可以看出，氙燈老化后，玻纖增強(qiáng)ABS的彎曲模量略有升高，這主要是由于ABS樹(shù)脂在氙燈老化過(guò)程中，聚合物結(jié)構(gòu)中起到增韌作用的丁二烯橡膠相被氧化破壞，失去柔韌性和彈性，老化后的ABS分子鏈逐漸變成剛性的分子鏈，導(dǎo)致該復(fù)合材料體系變成更加硬而脆的體系，使得彎曲模量略有增加。另外，添加了耐候劑的試樣彎曲模量增加較少，這可能是因?yàn)槟秃騽┫鄬?duì)延緩了ABS樹(shù)脂分子鏈的老化降解過(guò)程，保留了部分ABS分子鏈的韌性而導(dǎo)致的。

表4 氙燈老化試驗(yàn)后玻纖增強(qiáng)ABS彎曲模量的變化對(duì)比Tabel 4 Flexural modulus comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

2.4 缺口沖擊強(qiáng)度

表5列出了氙燈老化試驗(yàn)后，玻纖增強(qiáng)ABS缺口沖擊強(qiáng)度的變化情況，可以看出，耐候劑對(duì)玻纖增強(qiáng)ABS的沖擊韌性有較好的保護(hù)作用。氙燈老化后，添加了耐候劑的試樣沖擊韌性仍然能保持93%左右，而沒(méi)有添加耐候劑的試樣，經(jīng)1000h的氙燈老化試驗(yàn)后，缺口沖擊強(qiáng)度只有原來(lái)的68%，下降了接近32%。

表5 玻纖增強(qiáng)ABS缺口沖擊強(qiáng)度的變化對(duì)比Tabel 5 Notch impact strength comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

2.5 色差變化

表6 為玻纖增強(qiáng)ABS氙燈老化1000h后的色差變化對(duì)比，與未增強(qiáng)的ABS氙燈老化后顏色變化［5］略有不同，經(jīng)1000h的老化試驗(yàn)后，玻纖增強(qiáng)ABS的顏色呈現(xiàn)變白、變綠、變黃的趨勢(shì)。這可能是由于本方案中的玻纖增強(qiáng)ABS體系中加有藍(lán)色的色粉，這些藍(lán)色色粉在氙燈老化后被稀釋而變淺，并且增強(qiáng)相玻璃纖維在老化過(guò)程中逐漸失去表面處理劑和水分而導(dǎo)致顏色變白，當(dāng)這兩方面的作用比基體ABS樹(shù)脂老化變暗［5］的作用更顯著時(shí)，復(fù)合材料最終就會(huì)顯示變白。

另外，從表6還可以看出，經(jīng)1000h的氙燈老化試驗(yàn)后，添加了耐候劑的試樣總色差為4.28，只有未添加耐候劑的試樣總色差的52%。因此，耐候劑對(duì)老化過(guò)程中玻纖增強(qiáng)ABS材料顏色的穩(wěn)定具有較好的保護(hù)作用。

表6 氙燈老化試驗(yàn)后玻纖增強(qiáng)ABS色差變化對(duì)比Tabel 6 The color change comparison of glass fiber reinforced ABS after xenon lamp aging

3 結(jié)論

（1）氙燈老化試驗(yàn)1000h后，玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料體系拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均降低。

（2）相對(duì)于縱向的拉伸破壞，氙燈老化作用對(duì)玻纖增強(qiáng)ABS抵抗橫向彎曲破壞的影響比較有限。老化后的玻纖增強(qiáng)ABS復(fù)合材料體系沖擊韌性下降，但彎曲模量略有升高。

（3）耐候劑的加入能夠有效地延緩玻纖增強(qiáng)ABS力學(xué)性能的衰減和顏色色差的變化。