掺混单元影响ABS树脂产品质量的因素分析

（天津大沽化工股份有限公司ABS事业部，天津300455）

1 引言

ABS树脂（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物），是一种热塑性工程塑料。ABS树脂兼有丙烯腈的刚性、丁二烯的韧性和苯乙烯的易加工性能，广泛应用在电子、电器、汽车、建筑及生活用品等方面[1]。

天津大沽化工40万t/aABS装置引进沙比克公司乳液接枝本体SAN掺混工艺专利技术，该装置由聚丁二烯乳胶（PBL）单元、高橡胶接枝（HRG）单元、苯乙烯-丙烯腈聚合（SAN）单元以和掺混单元组成。掺混单元共21条挤出线，可生产注塑、挤出、管材、阻燃、电镀五类共17种ABS树脂，其中包括4种高黑高亮产品。现阶段生产稳定，我们的工作重心转移到提高产品质量，影响ABS树脂质量的因素有很多，掺混单元的助剂添加量、挤出机筒节温度、挤出机螺杆转速及进料量配比、水浴温度和喂料器运行情况等对最终的产品质量影响很大，根据不同牌号控制合适的工艺参数是我们研究的重点。

2 ABS树脂的产品性能

ABS树脂由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3种原料组成，密度约为1.03～1.2g／cm3，具有优良的综合性能。丙烯腈赋予ABS树脂良好的耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀性质及表面硬度，丁二烯赋予ABS树脂低温延展性和韧性，但是过多的丁二烯会降低ABS树脂的硬度、光泽度及流动性，苯乙烯赋予ABS树脂硬度、加工流动性及产品表面光洁度。ABS树脂不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂，ABS树脂具有高光泽且吸水率低。ABS的热变形温度为93～118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS树脂在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40～100℃的温度范围内使用。ABS树脂同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。

ABS树脂的性能主要受如下因素影响：①三种原料的配比；②聚丁二烯的颗粒大小及分布情况；③高橡胶接枝粉的交联密度及化学性质；④SAN树脂的组成、相对分子质量及化学性质；⑤挤出机工艺参数设置。ABS树脂的冲击性能与树脂中橡胶含量多少、粒径大小和交联密度有关，随着橡胶含量的增加，冲击强度也增加，然而高的橡胶含量也使ABS树脂流动性、拉伸力、弯曲、硬度和热扭曲特性降低。SAN树脂中丙烯腈含量对ABS树脂的冲击性能也有影响，当两相中苯乙烯/丙烯腈比接近相等时，相容性最好，可获得最大的冲击强度。在橡胶含量恒定时，丙烯腈的含量对拉伸强度和流动性有一定影响，随着丙烯腈含量的增加，流动性降低，拉伸强度增大。

3 掺混单元影响ABS树脂产品质量的因素分析

3.1 助剂的影响

生产ABS树脂时，掺混单元根据不同牌号需要加入多种助剂，以改善产品最终性能，助剂过多或过少的加入对产品的最终性能影响也不同。

3.1.1 除酸剂的影响

除酸剂是与高橡胶接枝粉（HRG）中残存的酸反应的碱性物质，酸是在絮凝工艺中残存的硫酸和在PBL单元使用的硬脂酸，如果不中和掉，硫酸将引起挤出机、模具设备和模具的腐蚀问题。在挤出片材产品时，残留酸也能引起模头划线和其它表面问题。硬脂酸非常易挥发，它能在产品注塑时挥发出来。在生产过程中，除酸剂的加入偏差要控制在合理的范围内，过少加入会导致注塑时产生沉积，挤出时引起表面缺陷、腐蚀等风险，过多加入会导致产品冲击性能降低、热稳定性降低。

3.1.2 润滑和金属释放剂的影响

加入润滑剂是增强聚合物的流动性；加入金属释放剂可使热聚合物尽可能少的粘在金属表面，例如挤出机内壁、模具的热流道系统。像EBS蜡等一些助剂既有润滑作用又有金属释放作用，润滑和金属释放剂的加入偏差要控制好，过少加入会在下游客户那里发生工艺事故。查看一些资料得知，增加EBS蜡的分数，也可增加产品的流动性，对其它性能影响不大，以DG-417为实验料我们证实了这一理论，该实验仅调整EBS蜡的分数，其它参数都一样，见图。

图1

3.1.3 冲击增强剂（DSP）的影响

聚二甲基硅氧烷聚合物（DSP），是一种清澈的高黏度液体，是一种有效的冲击增强剂，但组分相容性不是最优的，过少加入会导致产品冲击性能偏低，电镀性能变差，过多加入会增加成本，包在热氧化剂表面而降低效率。2013年10月11日到13日掺混单元二期R#线生产DG-MG94分析数据如表1。

从表1分析结果来看，11日的冲击强度在17.5，12日突然降低到15.2，生产配方未做任何调整，各喂料器运行曲线未见异常，但DSP计量泵压力偏大，停车检查发现DSP进入挤出机筒节处的接头稍堵，导致DSP加入量不足，造成冲击强度明显降低，更换后重新开车，13日冲击强度又上升到15.9。

表1

3.1.4 稳定剂的影响

加入稳定剂是为了在生产过程中保护橡胶免于热氧化，并可保持产品长时间的物理特性。受阻酚是主要的抗氧剂，用来保护产品长时间的物理特性；稳定剂亚磷酸盐可保护产品的基色。

3.1.5 阻燃剂的影响

ABS本来不是阻燃的，为生成UL94V-0级的阻燃产品，需加入大量的卤代物。卤素助剂在高温降解可以生成像HBr能破坏燃烧工艺的产物，加入配合剂三氧化二锑可进一步加强燃烧过程的破坏，为减少火通过滴落融化的聚合物的蔓延，阻燃型ABS树脂中也要加入抗滴剂。由于卤素助剂在高温降解，生产阻燃型ABS树脂时要小心避免温度过高。过少加入阻燃剂产品将无法达到阻燃效果，过多加入将增加成本，使产品冲击性能降低，着色性能降低。2013年05月17日掺混单元一期1#线试产阻燃型DG-FR11 ABS树脂，②配方较①配方阻燃剂TBBPA分数降低0.72，抗氧剂AO分数降低0.4，分析结果如表2。

表2

很明显，阻燃剂降低对最终产品的阻燃效果影响很大。

3.1.6 色母料的影响

色母料染色使用方便，对环境影响小，对操作人员的身体健康影响不大，而且分散性好，产品颜色和化学性质稳定。色母料的稀释比一般为1：（20～100），仅考虑光泽度的前提下，选择稀释比为1:20～1:100做9组DG-MG94KF试产实验，分析结果如表3。

表3

为了满足客户对黑色ABS树脂光泽度的要求，同时节约生产成本，我们要选择合适的稀释比，即色母料的添加比例，我公司使用的是工业级TW-701色母料，色散度高、覆盖力强、稳定性好，而且掺混单元使用的科贝隆挤出机L/D较高，我们选择稀释比较高的，以1:50为宜。

3.2 挤出机转速及进料量配比的影响

合理的挤出机转速及进料量配比对产品的最终性能有较大影响，2012年10月12日，为了提高DG-MG29 ABS树脂的冲击性能，我们做了如下试验，两组试验的配方完全相同，挤出机进料量相同，只是挤出机转速不同，具体参数如下：

①转速：800RPM、进料量：60%、扭矩：73.2%、背压：53bar、压差：21bar、换网器单汽缸，3层网。

②转速：600RPM、进料量：60%、扭矩：89.1%、背压：63bar、压差：25bar、换网器单汽缸，3层网。

分析结果如表4。

表4

由此可见，合理的挤出机转速及进料量配比对产品的冲击性能影响较大，进料量相同的条件下，挤出机转速降低，扭矩背压增大，有利于增加产品冲击强度，但是扭矩的增加对生产也有影响，要将扭矩控制在合理范围内，以免扭矩过高造成不必要的停车。

3.3 挤出机筒节温度的影响

挤出机筒节温度要根据不同牌号设定合理的温度，温度过高或过低对产品性能有很大影响。DG-417KF是我公司研发的一种高黑高亮ABS树脂，为提高产品质量，将筒节温度做了如下调整，于2013年10月27日掺混单元一期3#线试产。

①保持进料量在60%，螺杆转速在750RPM，将所有筒节温度在条件卡基础上调低40℃，生产3h。

②保持进料量在60%，螺杆转速在750RPM，将所有筒节温度在条件卡基础上调低20℃，生产3h。

分析结果如表5。

表5

从分析结果来看，在①条件下生产的产品质量稍好，熔体流速和冲击强度均较高。

3.4 水浴温度对产品外观的影响

水浴是用于冷却拉条的，对产品的最终性能不产生影响，但会影响产品的外观质量。水浴温度过低，高温拉条进入水浴后迅速冷却使表面固化坚硬，内部物料随着冷却而体积变小，会造成颗粒内部出现空心；水浴温度过高会导致切粒时出现粘粘料，也会给切粒机压辊造成损害。图2为2014年02月25日掺混单元二期K#线90孔模头生产的DG-417 ABS树脂，由于模头孔偏大，拉条散热较多，水浴温度控制不好容易出现粘粘料。

图2

4 掺混单元影响产品色差偏大的因素分析

色差是指试样颜色与标准颜色在色度坐标中的几何距离之差，可用数据来表示，若2个色样样品都按L、a、b标定颜色，两者之间的总色差ΔE可用下列公式来计算：

明度差：ΔL*=L1*-L2*

色度差：Δa*=a1*-a2*（a为红/绿值）；Δb*=b1*-b2*（b为黄/蓝值）

总色差：ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2

+ΔL*=明亮的，-L*=较暗的

+Δa*=较红的（少绿的），-Δa*=较绿的（少红的）

+Δb*=较黄的（少蓝的），-Δb*=较蓝的（少黄的）

2014年02月19 日掺混单元包装7#线色差分析结果见表6。

表6

从表6分析结果来看，明度值整体都低于标准比色板的明度值；色度方面，a值和b值都略高于标准值，说明ABS树脂颜色偏红偏黄。

苯乙烯、丙烯腈、丁二烯原料入库前都经过严格的检验控制，因此基本可以排除原料的自身问题，同样质检仪器方面也可以肯定无问题，那么色差偏大的原因需要从生产工艺的角度进行逐一排查。而生产工艺方面，装置区内的各工段近期生产状况良好，并未调整生产工艺参数，也未更换生产设备，因此可以初步判断近期色差偏大的原因很可能是物料在某个生产环节上受到了污染。

本公司的生产技术是乳液接枝本体SAN掺混法，所有物料最终都要通过挤出机进行掺混挤出，因此控制好挤出线的生产情况，对产品的色差至关重要。

在掺混单元影响色差主要包括以下几个方面[2]：

1.模头更换周期偏长，模头内部降解的黑料积累过多；2.换网器换网周期偏长，过滤网上杂质过多，可能会污染产品；3.使用了色差偏大的返料；4.成品料仓、除铁器、输送管线等内壁上附着了部分氧化了的物料，随物料的输送一起进入到挤出机掺混挤出；5.挤出机上次停车或本次重新开车未做彻底的净空处理，导致降解的物料混入到新料中。

以上几处影响色差的因素，会导致某一时刻某一条挤出线色差出现波动，经过模头更换、换网器滤网更换等工作的处理，色差可恢复正常，详见表7。

2014年02月20 日掺混单元包装7#线色差分析结果[3]见表7。

表7

发现19日包装7#线色差偏大后我们立即对相应的挤出线进行处理，对比两次色差分析结果，20日包装7#线的色差明显降低，因此日常生产中要严格规范挤出机模头和换网器网子更换频率等日常维护工作。

5 结论

ABS树脂生产过程中，有多种因素影响着产品最终性能及质量，任何一个环节出现问题都会影响到产品的最终质量，因此日常生产中，要按工艺要求和规范制度严格把握好每一项工作，积极总结经验，才能提高ABS树脂产品质量，才能立足于市场。

[1]黄立本，张立基，赵旭涛.ABS树脂及其应用[M].北京：化学工业出版社，2001.196-198

[2]掺混单元操作手册[S].天津大沽化工股份有限公司ABS事业部.

[3]姜卫华，王俊琪.ABS注塑制品色差的研究[J].塑料工业，2009，37（5）：75-77.

[4]李辉，影响ABS质量因素及对策[C].ABS年会论文集