板材级ABS 树脂结构和性能对比研究

胡慧林 ，谢景伟 ，徐耀辉 ，陆书来 ，宋振彪 ，孔新越

(1.中国石油ABS 技术中心，吉林吉林 132021； 2.中国石油吉林石化公司合成树脂厂，吉林吉林 132021)

丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元共聚物，具有优异的抗冲击性能和耐低温性能、表面光泽性好、易加工成型、尺寸稳定等特点，是一种用途广泛的热塑性工程塑料[1–5]。板材级ABS 树脂主要应用于冰箱、空调、行李箱等领域，国内市场上主要牌号有台湾化学纤维公司AE–8000、镇江奇美公司PA–749SK、台湾奇美公司 PA–747S、沙特 SABIC 公司 EX–58F 等。作为一种用量大、技术含量较高的ABS 专用料产品，目前主要以进口或外资产品为主[6–8]。

笔者对比分析了吉林石化公司板材ABS 树脂ST–571 同国内市场上2 种典型板材ABS 树脂的结构和加工性能，为国内板材ABS 树脂加工应用企业提供参考。

1 实验部分

1．1 主要原材料

1#板材级 ABS 树脂：ST–571，吉林石化公司；

2#和3#板材级ABS 树脂：市售。

1．2 主要设备及仪器

冲击强度测试仪：CEAST9050 型，美国英斯特朗公司；

万能测试机：Z005 型，德国Zwick 公司；

熔体流动速率仪：mini2 型，德国Goettfert 公司；

缺口制样机：XQZH–1 型，德国 Zwick 公司；

熔 体 强 度 测 试 仪：Rhrotens71.91 型，德 国Goettfert 公司；

GPC 仪：1260 型，英国安捷伦公司。

1．3 性能测试

(1)熔体流动速率。

按照GB／T 3682–2000 标准进行测试，测试温度为220℃，砝码质量为10 kg。

(2)力学性能。

按照GB／T 1043–2008 测试样品的缺口冲击强度；按照GB／T 1040.2–2006 测试样品的拉伸强度，测试速度为50 mm／min；按照GB／T 9341–2008测试样品的弯曲强度，测试速度为1.3 mm／min；按照GB／T 3398.2–2008 测试样品的洛氏硬度。

(3) DSC 测试。

取样磨成粉末。取5 mg 粉末在氮气流速为50 mL／min、升温速率 20 ℃／min 的条件下，从30℃加热到150℃。

(4)熔体强度。

采用熔体强度仪直接测试聚合物的熔体强度，测试温度为200℃和240℃。

(5)维卡软化点温度。

按照GB／T 1633–2000 测试样品的维卡软化点温度，升温速率50℃／h。

(6)白度。

按照GB／T 2913–1982 测试样品的白度。

2 结果与讨论

2．1 力学性能分析

将三种板材级ABS 树脂注塑成标准测试样条，进行熔体流动速率、缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、维卡软化点温度等方面性能测试，所得结果见表1。从表1 可以看出，三种板材级ABS 产品性能存在细微的差异。在流动性能方面，2#样品流动性最好、1#样品其次、3#样品最差；在力学性能方面，1#和3#两种样品相当、2#样品略低一些；在白度方面，2#样品最高、1#样品其次、3#样品最差。

表1 三种板材级ABS 树脂性能测试结果

2．2 结构剖析

利用丙酮溶解三种ABS 树脂样品，收集未溶解的橡胶组分，干燥、称重，得到产品中的橡胶含量；将溶解于丙酮中的苯乙烯–丙烯腈共聚物(SAN)树脂进行烘干和收集，利用GPC 仪测试其进行分子量和分布，利用元素分析仪测试氮含量分析其结合丙烯腈含量，所得结果见表2。

表2 三种板材级ABS 树脂结构剖析结果

从表2 可以看出，三种板材ABS 树脂的橡胶含量位于18%～20%之间，其中1#和3#样品橡胶含量相当，比2#样品高1%；同时三种ABS 树脂中丙烯腈含量相差不大，均在28%～29%之间，1#样品SAN 树脂分子量分布宽。

2．3 DSC 分析

为研究三种ABS 树脂的玻璃化转变行为，对三种ABS 树脂进行DSC 升温测试，结果如图1 所示。

图1 三种板材级ABS 产品DSC 升温曲线

从图1 可以看出，三种板材级ABS 树脂的玻璃化转变温度均位于110℃左右，且各样品差异较小，其中1#样品玻璃化转变温度为109.79℃、3#样品玻璃化转变温度为110.21℃，2#样品玻璃化转变温度为111.00℃。

2．4 熔体强度测试

聚合物熔体强度反映聚合物熔体的抗延伸性及抗熔体下垂性，它是产品加工成型时一个非常重要的特性，尤其对于吹塑、挤出加工成型。材料熔体强度大，可以保证型坯在吹塑过程中不破裂、壁厚均匀一致[9–12]。为考察三种ABS 树脂的熔体强度，采用熔体强度测试仪，在200℃和240℃情况下，对三种ABS 树脂进行熔体强度升温测试，具体结果见图2 和图 3 所示。

图2 200℃时三种ABS 产品熔体强度

图3 240℃时三种ABS 产品熔体强度

从图2 和图3 能够看出，1#样品熔体强度最高、3#样品熔体强度略小一些、2#样品的熔体强度最低。相对于1#和3#样品，2#样品产品的熔体流动速率指数最大，因此熔体强度最小。

2．5 回用性能测试

在实际加工过程中，板材ABS 树脂会反复加工回用，因此，用户十分看重产品的回用性能[13–16]。为考察板材ABS 产品的回用性能情况，将1#，2#，3#样品分别反复加工3 次后，对比测试产品性能数据作图，如图4～图6 所示。

图4 三种ABS 树脂回用后冲击性能对比

图5 三种ABS 树脂回用后拉伸强度对比

图6 三种ABS 树脂回用后弯曲强度对比

从图4～图6 可以看出，三种ABS 产品的新料性能略有差异，但经三次回用后，产品的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等性能相当。就缺口冲击强度性能而言，2#样品经过三次回用后产品性能下降幅度较少，缺口冲击强度从38.7 kJ／m2下降到37.2 kJ／m2，下降幅度为3.87%；1#样品性能下降幅度次之，缺口冲击强度从39.5 kJ／m2下降到37.3 kJ／m2，下降幅度为5.56%；3#样品性能下降幅度最大，缺口冲击强度从40.7 kJ／m2下降到37.5 kJ／m2，下降幅度为 7.86%。

3 结论

(1)三种板材级ABS 产品性能相当，其中2#样品流动性和白度最好，1#和3#样品力学性能较好。

(2) 1#样品熔体强度最高。总体来看三种ABS树脂抗熔垂性较好，均可适用于生产板材。

(3)经三次回用后，三种ABS 产品的力学性能相当。