ABS塑料及其合金的特性及用

1、ABS塑料及其合金的特性及應用,ABS樹脂通常是指聚丁二烯橡膠與單體苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物，其中A代表丙烯腈，提供耐化學性和熱穩(wěn)定性，B代表丁二烯，提供韌性和抗沖性，S代表苯乙烯，賦予剛性和易加工性。,但是，在聚丁二烯橡膠與苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚反應中，除了生成聚丁二烯橡膠與苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物外，單體苯乙烯和丙烯腈會發(fā)生共聚生成游離SAN(丙烯腈和苯乙烯共聚物)。,所以，實際上得到的是聚丁二烯與苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物和游離SAN的混合物。商業(yè)上通常將這種混合物與其他SAN的摻混物稱之為ABS樹脂。,ABS樹脂具有復雜的二相結構。橡膠是分散相，SAN作為基體樹脂是連續(xù)相。橡膠以顆

2、粒狀分散在基體樹脂中。由于橡膠顆粒的存在，使ABS樹脂具有更優(yōu)異的性能，尤其是抗沖擊性能提高幾倍甚至十幾倍。,ABS樹脂具有抗沖擊性、高剛性、耐油性、耐低溫性、耐化學藥品性，機械強度和電氣性能優(yōu)良；易于加工，加工尺寸穩(wěn)定性和表面光澤性良好，容易涂裝、著色，還可以進行噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，是一種用途極廣泛的熱塑性工程塑料，廣泛應用于機械工業(yè)、汽車工業(yè)、電子電器工業(yè)、儀器儀表工業(yè)、紡織工業(yè)和建筑工業(yè)等。,改變ABS樹脂中3種組分之間的比例，可以在適當范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其性能，以適應各種特殊應用。按其配料組成的不同，ABS樹脂可分為通用型、中抗沖型、高抗沖型、耐低溫抗沖型、耐熱型、阻燃

3、型、透明型、耐候型等品種。,1 ABS樹脂的品種,1.1 概述 ABS系苯乙烯類熱塑性樹脂，屬工程塑料之列，20世紀70年代開始獲得廣泛應用。普通的ABS樹脂由苯乙烯、丙烯腈和丁二烯3種單體組成。,近20年來，為了改進ABS的耐候性和透光性，人們又在分子鏈中引入了丙烯酸酯等其他單體，還以氯化聚乙烯、EPDM等替代聚丁二烯橡膠，從而形成了AAS、AES、ACS、MABS、MBS等系列特殊ABS品種。ABS樹脂經(jīng)共混改性，還形成了一系列與ABS相關的共混合金材料，使ABS樹脂進一步高功能化和多功能化。,為了滿足普通ABS在不同應用領域?qū)ζ湫阅艿牟煌?，人們通過調(diào)整聚合方式、工藝條件、單體配比以及

4、橡膠相的結構參數(shù)等因素，從而使ABS的品種多樣化。,根據(jù)沖擊強度的不同，ABS樹脂常可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型等品級；根據(jù)成型加工工藝的差異，又可分為注射、擠出、壓延、真空、吹塑等品級；依據(jù)用途和性能的特點，還可進一步細分為通用、耐熱、電鍍、阻燃、透明、抗靜電、擠板、管材等數(shù)十個品級。,1.2 通用型ABS樹脂,通用型ABS樹脂一般是指無阻燃、抗靜電等特殊功能，且市場容量較大的注射級ABS，可根據(jù)其抗沖擊性的高低進一步細分。,ABS的抗沖性能與樹脂中含膠量的多少、粒子的大小、接枝率等因素有關。隨著橡膠含量的增加，抗沖擊強度提高；但其他性能，如耐熱性、流動性、加工性、耐候性和拉伸強度均

5、有不同程度的變化，通常ABS樹脂的橡膠含量以1030為宜。根據(jù)橡膠含量及相關因素的不同，以及由此引起的沖擊強度的變化，通用型ABS樹脂可分為以下幾個級別。,1.2.1 中沖型ABS樹脂,通常沖擊強度在100200J.m-1之間的ABS樹脂歸屬這個級別，它是用途最廣、用量最大的一類ABS樹脂。它的沖擊強度與制品的用途及加工方法密切相關。,一般地說，高流動中沖型的強度比通用中沖型要低的多。各ABS生產(chǎn)廠均有相應的牌號供應市場，如我國蘭州石化公司的101、102，臺灣奇美的PA757，GE的DFAR等。此類ABS常代替HIPS用于電視機外殼、燈具、電話機、復印機、化妝品盒及各種雜品的制造。,中沖型A

6、BS樹脂生產(chǎn)的關鍵技術是調(diào)節(jié)ABS樹脂相中的橡膠含量，當橡膠含量在814之間時，無論是本體還是乳液接枝法均可生產(chǎn)出中沖型ABS樹脂。,用小粒子(粒徑0.14m0.05m)聚丁二烯橡膠膠乳進行接枝，也可制取中沖型ABS樹脂，但其在工業(yè)上的應用主要面向需要高表面光澤的場合。,1.2.2 高沖型ABS樹脂,適當提高ABS組成中的橡膠含量，可使制得的ABS樹脂沖擊強度達到180300Jm-1之間，這一性能段上的ABS組合物稱為高沖型ABS樹脂。,當ABS組合物的橡膠含量在1418之間，橡膠相粒徑為0.250.40m時，ABS樹脂就其韌性而言很容易達到這一級別的抗沖擊性。,此類樹脂在各種機殼、部件、家用

7、電器、燈具、家具等領域用途廣泛，市場用量與中沖型ABS不相上下，用途也大體一致，但制品質(zhì)量優(yōu)于中沖型ABS的制品。,高沖型ABS主要用于對沖擊有一定要求的場合，當用戶對剛性要求優(yōu)先時，需選用中沖型ABS。,1.2.3 超高沖型ABS樹脂,超高沖型ABS樹脂的沖擊強度不應低于300Jm-1。一般來說，樹脂對應的橡膠含量大多在18以上。但必須指出的是，沖擊強度并非隨橡膠含量及其粒徑的增大而不斷增加。,如果橡膠相粒子很小，起不到增韌作用；但若橡膠粒子太大，由于本身分布很集中，同樣也起不到吸收沖擊能的作用。一般將橡膠粒徑控制到0.20.5m范圍內(nèi)，橡膠量在25左右時，沖擊強度達到最高值。,據(jù)文獻報道，

8、使lm大顆粒橡膠和0.10.3m的小顆粒橡膠混合，使ABS樹脂中橡膠粒徑形成雙峰分布，更有利于沖擊強度的提高。,此外，有人在對SAN共聚物中丙烯腈含量對ABS抗沖擊性能影響的基礎上，提出當接枝SAN和游離SAN中丙烯腈和苯乙烯比接近1時，相容性最好，獲得的沖擊強度最大。,現(xiàn)流行的超高沖型ABS樹脂同高沖型ABS樹脂相比，在保持沖擊強度達到300500Jm1的同時，使剛性、拉伸強度也保持了較高的數(shù)值，綜合性能得到較大改進。,奇美的PA709、PA747，美國GE的GPM4700，日本JSR10、JSR12等都是具有超高沖擊強度的ABS樹脂，在機動車輛內(nèi)部構件、體育防護用品、雪橇、沖浪板、鞋后跟等

9、對韌性要求較高的場合廣為使用。,1.3 耐熱型ABS樹酯,ABS樹脂雖具有優(yōu)良的綜合性能，但對某些應用領域，也存在耐熱度不足的問題，這就需要提高ABS樹脂的耐熱性，以適應國內(nèi)汽車、家電、辦公機械等行業(yè)發(fā)展的需要。,耐熱ABS的研究以美、日兩國最為活躍，已建有萬噸級工業(yè)生產(chǎn)裝置。美國Borgwarner、Amco公司，日本觸媒、化學工業(yè)、三菱人造絲、旭化成等公司在此領域的貢獻世人矚目。,耐熱ABS樹脂早期的制備方法是通過減少橡膠含量，增加丙烯腈含量和提高分子量為主要手段。但其耐熱度提高幅度不大。后來人們采用甲基苯乙烯替代部分或全部苯乙烯制備耐熱ABS樹脂，但其對耐熱性的貢獻也很有限。,后來研究了

10、馬來酸酐系列耐熱ABS樹脂，取得了一定進展?！鞍宋濉逼陂g開發(fā)了一種新的耐熱單體N苯基馬來酰亞胺，以其為改性單體，推出了維卡軟化溫度分別為110及120兩種工業(yè)化ABS樹脂，商品名為N1，N-2。此法已成為目前生產(chǎn)耐熱ABS樹脂的主要方法。,采用引入下述幾種空間位阻大、具有剛性的分子制備耐熱ABS樹脂的過程是：首先利用共聚的方法，制備耐熱組分，然后與普通ABS摻混制備耐熱ABS樹脂。,下面，對幾種耐熱單體作一綜合評價。 (1)用甲基苯乙烯(SM)為耐熱單體制備耐熱ABS樹脂。引入SM后，雖然提高了ABS樹脂的耐熱性，使最高熱變形溫度提高至110115C；但降低了流動性和沖擊強度，制品發(fā)脆，表面光

11、澤變差。,(2)用馬來酸酐共聚物(SMA)和馬來酰亞胺共聚物(SMI)為耐熱組分制備耐熱ABS樹脂的效果較好。,(3)由于用N-苯基馬來酰亞胺(NPMI)共聚物制備的耐熱ABS樹脂，既保持了平面五元環(huán)的結構又增加了側(cè)鏈的空間位阻。因而它的加入賦予樹脂更高的耐熱度和熱穩(wěn)定性。NPMI可共聚形成多種耐熱改性組分，有效提高ABS的Tg，是目前提高ABS樹脂耐熱度的最佳方法之一。,合金法及填充法也可改善ABS樹脂的耐熱性。國內(nèi)長春應化所、北京化工研究院、華東理工大學等均推出了一些合金化耐熱ABS樹脂。,1.4 透明型ABS樹脂,透明型ABS樹脂，日本合成橡膠公司于1962年首先開發(fā)成功，20世紀80年

12、代獲得了較大的發(fā)展。,主要商品有：日本JSR53、Toyorak900，BASF的KU5004R，美國腈化物公司XT、Borgwarner的GTM、DOW的CLR等， 透光率達85以上。,主要用作透明箱、頂蓋、殼體、容器、塑料零件、配電盤、汽車附件、裝飾品等。,1.5 電鍍型ABS樹脂,ABS樹脂易于電鍍，是很好的非金屬電鍍材料。鍍層與基層的粘結力比其他塑料要強，經(jīng)過電鍍工藝表面金屬化處理賦予ABS良好的金屬外觀，常作為金屬的代用品，廣泛用于諸如汽車，無線電、商用機械、工藝美術、銘牌、裝飾件等方面。,電鍍級ABS樹脂的基本特點是：橡膠含量較高，性能上屬高沖擊甚至超高沖擊級；橡膠相的粒徑較大，且

13、分布越窄越易電鍍操作；表面容易均勻點蝕；,鍍層與基材粘結力強；熱膨脹系數(shù)小，利于鍍層的附著；流動性一般高于對應的高沖級或超高沖級ABS樹脂；適當提高ABS樹脂的丙烯腈含量或者摻入一些高結合丙烯腈的SAN樹脂可以改進鍍層的特性。,1.6 阻燃型ABS樹脂,普通ABS樹脂的氧指數(shù)僅為18.320，屬于易燃材料。隨著ABS樹脂應用領域的不斷擴展和人民生活質(zhì)量的提高，對其阻燃性能要求愈來愈高。被推薦用在計算機、辦公機器、電訊設備等場合的ABS樹脂，其可燃性一般要求符合美國安全實驗室標準UL-94的有關規(guī)定，才被允許使用。,阻燃型ABS樹脂是ABS的一個重要分類，它主要用于計算機顯示器的外殼、汽車箱體及

14、各種電器組件、設備。20世紀60年代，美國Marbon公司就開始生產(chǎn)自熄性ABS“CycolacKM”和“Cycolac 800”。國外近年開發(fā)的具有耐熱、耐紫外光等阻燃品級，其阻燃性能大都達到了UL-94V0標準。,在普通ABS中添加阻燃劑和阻燃增效劑是生產(chǎn)阻燃型ABS樹脂的主要方法。在ABS中加入溴化物與三氧化二銻是達到阻燃目的的主要手段。,ABS樹脂阻燃化的途徑主要有3種：添加小分子阻燃劑；與難燃聚合物共混；添加反應性阻燃劑。總體看來，第種方法使用方便，適應面廣；第、種方法成本高，工藝略為復雜。因而，阻燃型ABS樹脂生產(chǎn)以方法為主。,阻燃型ABS的研究方向是多種阻燃劑復合體系的開發(fā)，改善

15、阻燃劑與基體樹脂的混容性以及開發(fā)多功能阻燃劑。多功能阻燃劑的開發(fā)成功將促使阻燃抗老化、阻燃抗紫外、阻燃增強、阻燃低發(fā)泡、阻燃耐候、阻燃耐熱等ABS樹脂新品種的不斷推出。,ABS樹脂常用的阻燃劑有：五溴或十溴聯(lián)苯醚、三溴三苯基乙烷、鹵化三苯基磷酸鹽、四溴雙酚A等。為了提高阻燃效果，在加入鹵系阻燃劑的同時，還可加入三氧化二銻、氧化鉍及磷酸鹽之類的增效劑；在聚合物主鏈上直接引入鹵原子或鹵素化合物，如三或二溴苯乙烯，也可制取阻燃型ABS。,滿足UL-94V一0級要求的阻燃防滴落ABS樹脂的制備則需要添加氯化聚乙烯、聚四氟乙烯等。與ABS共混的難燃聚合物通常是PVC，其次是CPE、PC等.,1.7 抗靜

16、電及電磁屏蔽型ABS樹脂,ABS樹脂有優(yōu)良的電絕緣性，當它與其他材料表面接觸或相互摩擦時，產(chǎn)生靜電積累，電壓可達數(shù)千伏，導致吸塵、電擊電震，甚至火花放電，在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生很多麻煩和很大危害，因而限制了ABS樹脂的應用。開發(fā)抗靜電型ABS樹脂實際上是一項拓展ABS應用領域的重要課題。,制備抗靜電型ABS樹脂的基本方法是共混法，主要途徑是：填充導電材料，即在生產(chǎn)ABS樹脂的摻混階段加入炭黑、金屬粒子等導電材料，制備成永久性防靜電樹脂。,添加低分子抗靜電劑，即在ABS摻混階段，直接加入0.53.0季銨鹽、磷酸鹽等低分子抗靜電劑，然后擠出造粒。這種ABS的抗靜電性是有時限的，效果隨時間延長而衰減

17、。,添加抗靜電母粒，即ABS粒料直接和抗靜電母粒共混。該法在ABS制品廠家廣泛采用，其抗靜電效果有暫時的，也有永久的，這與共混時所采用的母粒性質(zhì)有關。,與永久抗靜電聚合物共混。該法與前三類比，聚合物用量較大，為低分子抗靜電劑的5-15倍，常用的聚合物多為親水性樹脂或含極性基團的共聚物。值得一提的是，后一種方法是功能性高分子開發(fā)的一個方向。,美國GE公司采用ABS樹脂與導電聚合物合金化的方法，生產(chǎn)了兩種永久性抗靜電型ABS樹脂，可在0.10.5s的時間內(nèi)消散5000V的靜電荷。,DMS工程塑料公司生產(chǎn)的一種合金，能夠消除用炭黑填料、抗靜電劑、導電纖維制備的導電材料所存在的污染問題，并兼有ABS樹脂的沖擊強度和尺寸穩(wěn)定性。靜電衰減率小于2s(一般ABS大于99s)，表面電阻率為1011(一般ABS1013)。,將環(huán)氧乙烷嵌段縮合物與ABS樹脂摻混或用其嵌段乙烯基為終端的單體，直接加入ABS中，可得到抗靜電型ABS樹脂。,其消散電荷的機理是因為添加物基團上一般含有極性單元，如聚氨基甲酸酯、環(huán)氧氯丙烷、聚酯和聚酰胺酯等。它們增強了嵌段共聚物與ABS的相容性。在ABS與環(huán)氧乙烷嵌段縮合物的摻混中添加少量磺酸鹽，