聚甲基丙烯酸甲酯/ABS共混体系力学性能研究

2010-01-14

ABS树脂是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物,是一种综合性能优良的工程塑料。ABS工程塑料的最大优点在于成本低、成型加工和机械加工性能较好,冲击强度高,但缺点也很明显,比如质量大,导热性能差,染色性能差,也无法屏蔽电磁辐射等。PNNA俗称有机玻璃,是一种开发较早的重要热塑性塑料,具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性,易染色,外观优美,在建筑业中有着广泛的应用。但PMMA本身存在一些明显的缺陷,如表面硬度低、不耐刮擦,导致表面起雾、透明度下降,抗;中击性能低、成型流动性能差等。为获得综合性能优异的聚合物材料,聚合物共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径,近年来日益引起人们的兴趣和重视。本文是为了综合AB5PMMA两种树脂的优良性能,克服单一组分性能上的弱点,采用熔融共混的方法制备了PMMA/ABS合金,并对合金的力学性能进行了研究,以期对相关的研究提供一定的理论依据。实验

主要原料

ABS,吉林石化公司生产;PMMA,台湾美奇公司生产;抗氧化剂1010,瑞士汽巴公司生产。

实验设备

双螺杆挤出机,螺杆直径为35mm南京科亚塑料机械有限公司生产;

万能试验机,型号CN6104,深圳市新三思材料检测有限公司生产;

塑料注射成型机,型号,52-68,柳州塑料机械总厂;

悬臂粱冲击实验机,长春智能仪器厂生产。

实验过程

(1) PMMA/ABS合金的制备

ABS树脂和PNNA树脂在熔融共混前需要充分的干燥,防止受热时发生水解和降解。干燥的工艺:在85℃于烘箱中干燥12小时,以除去样品中的水分。

将干燥后的ABS树脂和PMMA树脂按100/095/590/1080/2070/3060/40的不同重量比称取,分别把称好的各比例的AB5PMMA及各种助剂放在高速混合机中混合均匀后,在烘箱中再进行干燥,然后采用长径比为401,螺杆直径25mm的双螺杆挤出机熔融共混制备PMMAABS合金切片样品。

(2)注射样条

注射制样前,先将各种比例的PMMA/ABS合金切片,切片分别放于干燥箱中在85℃温度下干燥12个小时。开启电脑控制注射机及模温机,调节并设定注射机的各段温度及其他参数,分别注射各合金样品,制备样条。经过现场分析,选定合适的注射温度为:1区温度195℃,2区温度210℃,3区温度220℃,4区温度220℃,5区温度210℃。

分析测试

(1)拉伸性能测试

采用深圳新三思生产的CMT6140型电子万能实验机对PMMA/ABS合金的拉伸性能进行测试。

先打开试验机,后开启计算机。进入试验软件,选择好联机方向,选择对应的传感器及引伸仪后联机。在试验软件内编辑实验方案,选择拉伸速度为50mm/min,拉伸样条的厚度、宽度和标距分别为4mm10mm50mm。测试性能包括拉伸强度、断裂伸长率等。夹持试样,夹具夹持试样时,要使试样纵轴与上、下夹具中心线相重合,并且要松紧适宜,以防止试样滑脱或断在夹具内。点击“运行”,开始自动试验,得到相关的数据和应力一应变曲线。重复拉伸试验操作,保存试验数据,对数据进行处理。

(2)缺口冲击性能的测试

使用悬臂粱;中击实验机测定改性PMMA/ABS合金材料的缺口冲击强度。冲击实验方法按照GBl043-93进行测试。标准样条宽6mm,厚4mm

结果与讨论

PMMA/ABS合金的制备工艺

采用长径比为40:1,螺杆直径25mm的双螺杆挤出机熔融共混制备PMMA/ABS合金切片样品,根据现场实际的生产情况调节温度,温度设定高,熔体细流断流,无法铸带;而温度设定低,挤出胀大明显,铸带不好。所以最后选择了合适的温度,即螺杆一、二、三、四、五温控区的温度分别控制为190210℃、220℃、230℃、225℃,熔体温度控制为225℃,铸带,然后切粒。从制备过程看,PMMA/ABS合金成型加工性能好,切粒情况好。这是ABS树脂的成型加工性能好对合金的性能上的贡献。

不同配比PMMA/ABS合金的力学性能

(1) PMMA含量对PMMA/ABS合全拉伸强度的影响

1PMMA含量不同的PMMA/ABS合金的拉伸强度实验数据,根据这些数据绘制出图l

由图1可以看出PMMA/ABS合金的拉伸性能随PMMA含量的变化关系,随着PMMA含量的增加,合金的拉伸强度增大,这说明PMMA的加入可以提高ABS的拉伸强度,即PMMA/ABS合金具有比单一的ABS树脂更高的拉伸强度。

(2)PMMA含量对PMMA/ABS合全断裂伸长半的影响

2PMMA含量不同的PMMA/ABS合金断裂伸长率的实验数据,根据这些数据绘制出图2

由图2可以看出,加入PMMA使ABS的断裂伸长率有明显的下降,当加入5%PMMA时,PMMA/ABS合金的断裂伸长率达到最低值,之后随着PMMA含量的增加,PMMA/ABS合金的断裂伸长率波动比较平稳。这是由于PMMA是脆性塑料,断裂伸长率很低,它的加入使合金的断裂伸长率降低。

(3)PMMA含量对PMMA/ABS全缺口冲击强度的影响

3PMMA含量不同的PMMA/ABS合金缺口冲击强度的实验数据,根据这些数据绘制出图3

由图3可以看出,PMMA/ABS合金的缺口冲击强度随着体系中PMMA含量增加而逐渐降低,并且在PMMA205含量为5%时,PMMA/ABS合金的冲击强度显著降低。

ABS较高的冲击性能与其他橡胶增韧塑料一样,都来自体系中的橡胶粒子,这些橡胶粒子可以引发银纹,也可以阻碍裂纹的增长,并且基体中的橡胶粒子密度也应足够大才能使每个橡胶粒子周围的应力集中区域与相邻粒子周围的应力集中区域相互重叠,才能起到阻碍裂纹进一步扩大的作用。由于PMMA/ABS合金中PMMA的加入量的增大,其效应相当于体系中的橡胶粒子密度降低,所以PMMA/ABS合金的冲击性能随着PMMA的加入量的增大而减小。另一方面,在PNMA/ABS合金中,由于一部分原来镶嵌在SAN基体中的大粒径的橡胶粒子迁移到了PMMA相中,所以在受到外力冲击时,SAN相不能吸收足够的冲击能,同时PMMA相中橡胶粒子的密度还达不到吸收足够的冲击能的密度,所以导致混合物的冲击强度随着体系中PMMA树脂的引入而骤然降低。

银纹是塑料(或其它玻璃态聚合物)在受到应力作用时产生的,银纹内部结构既有聚合物受到拉伸后形成的“细丝,也有空洞。橡胶增韧塑料所产生的银纹中的“细丝”主要是由塑料相拉伸取向而成。这样塑料相的分子量越大,大分子间的物理交联点就越多“细丝”的强度就越高,银纹就越稳定,而且分子量越大,大分子跨越银纹的几率就越大,所以欲使银纹进一步扩大成裂纹就需要断裂更多的化学键,破坏更多的分子链间的缠结点,因而需要更多的冲击能量。

结论

(1)采用长径比为40:1,直径为25mm的双螺杆挤出机,选择了合适的温度,即螺杆一、二、三、四、五温控区的温度分别控制为190℃、210℃、220℃、230℃、225℃,熔体温度控制为225℃,熔融共混制备出ABS/PMMA合金切片样品;从制备过程看,PMMA/ABS合金成型加工性能好,切粒情况好。

(2) PMMA/ABS合金材料的拉伸强度随着PMMA含量的增加而增大。

(3)PMMA/ABS合金材料的断裂伸长率随着PMMA含量的增加而减小。

(4)PMMA/ABS合金材料的缺口冲击强度随着PMMA含量的增加而减小。

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