挤出工艺对玻纤增强ABS材料性能的影响

邵禹通 沈晓洁 卢军

（南京聚隆科技股份有限公司，江苏 南京，210032）

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）具有良好的加工性能和力学性能，长期以来在电子电器、汽车等领域得到了广泛应用［1-3］。为了满足终端客户对制件高强度的需求，玻璃纤维（GF）增强ABS材料也越来越受到欢迎。对于GF增强材料而言，GF的加入可以很大程度上提高材料的刚性，但其韧性也会受到较大影响［4］。

聚合物基复合材料性能的好坏，一方面与共混挤出机的螺杆组合有很大的关联［5-7］，另一方面与挤出工艺的关联也很大。以下在双螺杆挤出机螺杆组合不变的情况下，研究了不同挤出工艺对GF增强ABS材料力学性能的影响，同时研究了多次挤出对GF增强ABS材料GF长度和力学性能的影响。

1 试验部分

1．1 主要原料

ABS，8391，熔 体 流 动 速 率26．5 g／10 min（220℃，10 kg），中国石化上海高桥石油化工有限公司；高胶粉，HR181，韩国锦湖石油化学株式会社；GF，ECS13-03-510，纤维直径13μm，短切长度3 mm，巨石集团有限公司；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物（EMA），1330AC，丙烯酸甲酯质量分数30%，钛白粉（TiO2），R105，金红石型，TiO2质量分数不小于93%，均为美国杜邦公司。

1．2 主要仪器与设备

双螺杆挤出机，CTE-35，长径比42∶1，科倍隆科亚（南京）机械有限公司；注塑机，EM150，香港震雄工业有限公司；悬臂梁冲击试验机，ZBC1400-1，深圳市新三思材料检测有限公司；万能电子试验机，ETM501B，深圳万测试验设备有限公司；二次元影像仪，JTVMS-1510，昆山瑞视仪器设备有限公司；马弗炉，SX2-4-10A，上海一恒科学仪器有限公司。

1．3 样品制备

将高胶粉和GF分别按照质量分数10%和20%与ABS混合，按照表1中不同挤出工艺（编号为工艺1～工艺6）进行共混挤出，并在注塑机上注塑标准样条以测试力学性能。

表1 挤出工艺

将高胶粉、钛白粉、EMA、GF与ABS一起混合后进行多次挤出，材料配方及喂料方式如表2所示。

表2 多次挤出的材料配方及喂料方式

1．4 性能测试及表征

GF长度测试：将共混挤出样品粒子在马弗炉中750℃下焚烧，使用二次元影像仪对焚烧残留物进行二次元分析，放大倍数为270。

拉伸强度按照GB／T 1040．2—2006测试，拉伸速率50 mm／min；弯曲强度按照GB／T 9341—2000测试，速率2 mm／min；缺口冲击强度按照GB／T 1843—2008测试，缺口深度2 mm。

2 结果与讨论

2．1 挤出工艺对ABS材料GF长度影响

图1是不同挤出工艺下GF的二次元影像。

表3是不同挤出工艺下ABS材料中GF长度。结合表1、图1和表3可以看出：相同GF喂料量和螺杆转速下，挤出温度越高，ABS材料中的GF越长；相同螺杆转速和挤出温度下，GF喂料量越少，ABS材料中的GF越长；相同挤出温度和GF喂料量下，螺杆转速越快，ABS材料中的GF越长。

表3 不同挤出工艺下ABS材料中GF长度

2．2 挤出工艺对ABS材料力学性能影响

表4为不同挤出工艺下GF增强ABS材料的力学性能。从表4可以看出，共混挤出ABS材料中的GF越长，材料的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量总体均越高。

表4 不同挤出工艺对GF增强ABS材料力学性能的影响

2．3 多次挤出对ABS材料中GF长度影响

图2和表5分别是多次挤出后ABS材料中GF的二次元影像和长度。结合图2、表2和表5可以看出：与主喂喂料方式相比，侧喂喂料方式制备的GF增强ABS材料中GF较长；钛白粉对GF的磨碎效果明显，GF长度降低较大；随着挤出次数增加，ABS材料中的GF越来越短，7次挤出后，GF长度从配方C的232μm降低至配方F的132μm。

表5 多次挤出后ABS材料中的GF长度

2．4 多次挤出对ABS材料力学性能的影响

表6是多次挤出后ABS材料的力学性能。从表6可以看出：与主喂喂料方式相比，侧喂喂料方式制备的ABS材料力学性能较好；钛白粉的加入对GF有磨碎作用，材料的力学性能下降；随着挤出次数增多，GF变短，材料的力学性能下降。

表6 多次挤出后GF增强ABS材料的力学性能

3 结论

a） 与主喂喂料方式相比，侧喂喂料方式制备的GF增强ABS材料中GF较长；相同GF喂料量和螺杆转速下，挤出温度越高，ABS材料中的GF越长；相同螺杆转速和挤出温度下，GF喂料量越少，ABS材料中的GF越长；相同挤出温度和GF喂料量下，螺杆转速越快，ABS 材料中的GF越长。

b） GF越长，GF增强ABS材料的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均越高。

c） 钛白粉的加入对GF有磨碎作用，导致GF增强ABS材料的力学性能下降；随着挤出次数增多，GF变短，GF增强ABS材料的力学性能下降。