ABS塑料及其合金的特性及用

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1、ABS塑料及其合金的特性及应用 ABS树脂通常是指聚丁二烯橡胶与单体苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物，其中A代表丙烯腈，提供耐化学性和热稳定性，B代表丁二烯，提供韧性和抗冲性，S代表苯乙烯，赋予刚性和易加工性。但是，在聚丁二烯橡胶与苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚反应中，除了生成聚丁二烯橡胶与苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物外，单体苯乙烯和丙烯腈会发生共聚生成游离SAN(丙烯腈和苯乙烯共聚物)。所以，实际上得到的是聚丁二烯与苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物和游离SAN的混合物。商业上通常将这种混合物与其他SAN的掺混物称之为ABS树脂。ABS树脂具有复杂的二相结构。橡胶是分散相，SAN作为基体树脂是连续相。橡胶以颗粒状分

2、散在基体树脂中。由于橡胶颗粒的存在，使ABS树脂具有更优异的性能，尤其是抗冲击性能提高几倍甚至十几倍。ABS树脂具有抗冲击性、高刚性、耐油性、耐低温性、耐化学药品性，机械强度和电气性能优良；易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽性良好，容易涂装、着色，还可以进行喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，是一种用途极广泛的热塑性工程塑料，广泛应用于机械工业、汽车工业、电子电器工业、仪器仪表工业、纺织工业和建筑工业等。改变ABS树脂中3种组分之间的比例，可以在适当范围内调节其性能，以适应各种特殊应用。按其配料组成的不同，ABS树脂可分为通用型、中抗冲型、高抗冲型、耐低温抗冲型、耐热型、阻燃型、透明型

3、、耐候型等品种。1 ABS树脂的品种 1.1 概述 ABS系苯乙烯类热塑性树脂，属工程塑料之列，20世纪70年代开始获得广泛应用。普通的ABS树脂由苯乙烯、丙烯腈和丁二烯3种单体组成。近20年来，为了改进ABS的耐候性和透光性，人们又在分子链中引入了丙烯酸酯等其他单体，还以氯化聚乙烯、EPDM等替代聚丁二烯橡胶，从而形成了AAS、AES、ACS、MABS、MBS等系列特殊ABS品种。ABS树脂经共混改性，还形成了一系列与ABS相关的共混合金材料，使ABS树脂进一步高功能化和多功能化。为了满足普通ABS在不同应用领域对其性能的不同要求，人们通过调整聚合方式、工艺条件、单体配比以及橡胶相的结构参数

4、等因素，从而使ABS的品种多样化。根据冲击强度的不同，ABS树脂常可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型等品级；根据成型加工工艺的差异，又可分为注射、挤出、压延、真空、吹塑等品级；依据用途和性能的特点，还可进一步细分为通用、耐热、电镀、阻燃、透明、抗静电、挤板、管材等数十个品级。1.2 通用型ABS树脂 通用型ABS树脂一般是指无阻燃、抗静电等特殊功能，且市场容量较大的注射级ABS，可根据其抗冲击性的高低进一步细分。ABS的抗冲性能与树脂中含胶量的多少、粒子的大小、接枝率等因素有关。随着橡胶含量的增加，抗冲击强度提高；但其他性能，如耐热性、流动性、加工性、耐候性和拉伸强度均有不同程度的变化，通常

5、ABS树脂的橡胶含量以1030为宜。根据橡胶含量及相关因素的不同，以及由此引起的冲击强度的变化，通用型ABS树脂可分为以下几个级别。1.2.1 中冲型ABS树脂 通常冲击强度在100200J.m-1之间的ABS树脂归属这个级别，它是用途最广、用量最大的一类ABS树脂。它的冲击强度与制品的用途及加工方法密切相关。一般地说，高流动中冲型的强度比通用中冲型要低的多。各ABS生产厂均有相应的牌号供应市场，如我国兰州石化公司的101、102，台湾奇美的PA757，GE的DFAR等。此类ABS常代替HIPS用于电视机外壳、灯具、电话机、复印机、化妆品盒及各种杂品的制造。中冲型ABS树脂生产的关键技术是调节

6、ABS树脂相中的橡胶含量，当橡胶含量在814之间时，无论是本体还是乳液接枝法均可生产出中冲型ABS树脂。用小粒子(粒径0.14m0.05m)聚丁二烯橡胶胶乳进行接枝，也可制取中冲型ABS树脂，但其在工业上的应用主要面向需要高表面光泽的场合。1.2.2 高冲型ABS树脂 适当提高ABS组成中的橡胶含量，可使制得的ABS树脂冲击强度达到180300Jm-1之间，这一性能段上的ABS组合物称为高冲型ABS树脂。当ABS组合物的橡胶含量在1418之间，橡胶相粒径为0.250.40m时，ABS树脂就其韧性而言很容易达到这一级别的抗冲击性。此类树脂在各种机壳、部件、家用电器、灯具、家具等领域用途广泛，市场

7、用量与中冲型ABS不相上下，用途也大体一致，但制品质量优于中冲型ABS的制品。w高冲型ABS主要用于对冲击有一定要求的场合，当用户对刚性要求优先时，需选用中冲型ABS。1.2.3 超高冲型ABS树脂 超高冲型ABS树脂的冲击强度不应低于300Jm-1。一般来说，树脂对应的橡胶含量大多在18以上。但必须指出的是，冲击强度并非随橡胶含量及其粒径的增大而不断增加。如果橡胶相粒子很小，起不到增韧作用；但若橡胶粒子太大，由于本身分布很集中，同样也起不到吸收冲击能的作用。一般将橡胶粒径控制到0.20.5m范围内，橡胶量在25左右时，冲击强度达到最高值。据文献报道，使lm大颗粒橡胶和0.10.3m的小颗粒橡

8、胶混合，使ABS树脂中橡胶粒径形成双峰分布，更有利于冲击强度的提高。此外，有人在对SAN共聚物中丙烯腈含量对ABS抗冲击性能影响的基础上，提出当接枝SAN和游离SAN中丙烯腈和苯乙烯比接近1时，相容性最好，获得的冲击强度最大。现流行的超高冲型ABS树脂同高冲型ABS树脂相比，在保持冲击强度达到300500Jm1的同时，使刚性、拉伸强度也保持了较高的数值，综合性能得到较大改进。奇美的PA709、PA747，美国GE的GPM4700，日本JSR10、JSR12等都是具有超高冲击强度的ABS树脂，在机动车辆内部构件、体育防护用品、雪橇、冲浪板、鞋后跟等对韧性要求较高的场合广为使用。1.3 耐热型AB

9、S树酯 ABS树脂虽具有优良的综合性能，但对某些应用领域，也存在耐热度不足的问题，这就需要提高ABS树脂的耐热性，以适应国内汽车、家电、办公机械等行业发展的需要。耐热ABS的研究以美、日两国最为活跃，已建有万吨级工业生产装置。美国Borgwarner、Amco公司，日本触媒、化学工业、三菱人造丝、旭化成等公司在此领域的贡献世人瞩目。耐热ABS树脂早期的制备方法是通过减少橡胶含量，增加丙烯腈含量和提高分子量为主要手段。但其耐热度提高幅度不大。后来人们采用甲基苯乙烯替代部分或全部苯乙烯制备耐热ABS树脂，但其对耐热性的贡献也很有限。后来研究了马来酸酐系列耐热ABS树脂，取得了一定进展。“八五”期间

10、开发了一种新的耐热单体N苯基马来酰亚胺，以其为改性单体，推出了维卡软化温度分别为110及120两种工业化ABS树脂，商品名为N1，N-2。此法已成为目前生产耐热ABS树脂的主要方法。采用引入下述几种空间位阻大、具有刚性的分子制备耐热ABS树脂的过程是：首先利用共聚的方法，制备耐热组分，然后与普通ABS掺混制备耐热ABS树脂。下面，对几种耐热单体作一综合评价。(1)用甲基苯乙烯(SM)为耐热单体制备耐热ABS树脂。引入SM后，虽然提高了ABS树脂的耐热性，使最高热变形温度提高至110115C；但降低了流动性和冲击强度，制品发脆，表面光泽变差。(2)用马来酸酐共聚物(SMA)和马来酰亚胺共聚物(S

11、MI)为耐热组分制备耐热ABS树脂的效果较好。(3)由于用N-苯基马来酰亚胺(NPMI)共聚物制备的耐热ABS树脂，既保持了平面五元环的结构又增加了侧链的空间位阻。因而它的加入赋予树脂更高的耐热度和热稳定性。NPMI可共聚形成多种耐热改性组分，有效提高ABS的Tg，是目前提高ABS树脂耐热度的最佳方法之一。合金法及填充法也可改善ABS树脂的耐热性。国内长春应化所、北京化工研究院、华东理工大学等均推出了一些合金化耐热ABS树脂。1.4 透明型ABS树脂 透明型ABS树脂，日本合成橡胶公司于1962年首先开发成功，20世纪80年代获得了较大的发展。主要商品有：日本JSR53、Toyorak900，

12、BASF的KU5004R，美国腈化物公司XT、Borgwarner的GTM、DOW的CLR等，透光率达85以上。主要用作透明箱、顶盖、壳体、容器、塑料零件、配电盘、汽车附件、装饰品等。1.5 电镀型ABS树脂 ABS树脂易于电镀，是很好的非金属电镀材料。镀层与基层的粘结力比其他塑料要强，经过电镀工艺表面金属化处理赋予ABS良好的金属外观，常作为金属的代用品，广泛用于诸如汽车，无线电、商用机械、工艺美术、铭牌、装饰件等方面。电镀级ABS树脂的基本特点是：橡胶含量较高，性能上属高冲击甚至超高冲击级；橡胶相的粒径较大，且分布越窄越易电镀操作；表面容易均匀点蚀；镀层与基材粘结力强；热膨胀系数小，利于镀

13、层的附着；流动性一般高于对应的高冲级或超高冲级ABS树脂；适当提高ABS树脂的丙烯腈含量或者掺入一些高结合丙烯腈的SAN树脂可以改进镀层的特性。1.6 阻燃型ABS树脂 普通ABS树脂的氧指数仅为18.320，属于易燃材料。随着ABS树脂应用领域的不断扩展和人民生活质量的提高，对其阻燃性能要求愈来愈高。被推荐用在计算机、办公机器、电讯设备等场合的ABS树脂，其可燃性一般要求符合美国安全实验室标准UL-94的有关规定，才被允许使用。阻燃型ABS树脂是ABS的一个重要分类，它主要用于计算机显示器的外壳、汽车箱体及各种电器组件、设备。20世纪60年代，美国Marbon公司就开始生产自熄性ABS“Cy

14、colacKM”和“Cycolac 800”。国外近年开发的具有耐热、耐紫外光等阻燃品级，其阻燃性能大都达到了UL-94V0标准。在普通ABS中添加阻燃剂和阻燃增效剂是生产阻燃型ABS树脂的主要方法。在ABS中加入溴化物与三氧化二锑是达到阻燃目的的主要手段。ABS树脂阻燃化的途径主要有3种：添加小分子阻燃剂；与难燃聚合物共混；添加反应性阻燃剂。总体看来，第种方法使用方便，适应面广；第、种方法成本高，工艺略为复杂。因而，阻燃型ABS树脂生产以方法为主。阻燃型ABS的研究方向是多种阻燃剂复合体系的开发，改善阻燃剂与基体树脂的混容性以及开发多功能阻燃剂。多功能阻燃剂的开发成功将促使阻燃抗老化、阻燃抗

15、紫外、阻燃增强、阻燃低发泡、阻燃耐候、阻燃耐热等ABS树脂新品种的不断推出。ABS树脂常用的阻燃剂有：五溴或十溴联苯醚、三溴三苯基乙烷、卤化三苯基磷酸盐、四溴双酚A等。为了提高阻燃效果，在加入卤系阻燃剂的同时，还可加入三氧化二锑、氧化铋及磷酸盐之类的增效剂；在聚合物主链上直接引入卤原子或卤素化合物，如三或二溴苯乙烯，也可制取阻燃型ABS。满足UL-94V一0级要求的阻燃防滴落ABS树脂的制备则需要添加氯化聚乙烯、聚四氟乙烯等。与ABS共混的难燃聚合物通常是PVC，其次是CPE、PC等.1.7 抗静电及电磁屏蔽型ABS树脂 ABS树脂有优良的电绝缘性，当它与其他材料表面接触或相互摩擦时，产生静电

16、积累，电压可达数千伏，导致吸尘、电击电震，甚至火花放电，在生产和使用过程中产生很多麻烦和很大危害，因而限制了ABS树脂的应用。开发抗静电型ABS树脂实际上是一项拓展ABS应用领域的重要课题。制备抗静电型ABS树脂的基本方法是共混法，主要途径是：填充导电材料，即在生产ABS树脂的掺混阶段加入炭黑、金属粒子等导电材料，制备成永久性防静电树脂。添加低分子抗静电剂，即在ABS掺混阶段，直接加入0.53.0季铵盐、磷酸盐等低分子抗静电剂，然后挤出造粒。这种ABS的抗静电性是有时限的，效果随时间延长而衰减。添加抗静电母粒，即ABS粒料直接和抗静电母粒共混。该法在ABS制品厂家广泛采用，其抗静电效果有暂时的

17、，也有永久的，这与共混时所采用的母粒性质有关。与永久抗静电聚合物共混。该法与前三类比，聚合物用量较大，为低分子抗静电剂的5-15倍，常用的聚合物多为亲水性树脂或含极性基团的共聚物。值得一提的是，后一种方法是功能性高分子开发的一个方向。美国GE公司采用ABS树脂与导电聚合物合金化的方法，生产了两种永久性抗静电型ABS树脂，可在0.10.5s的时间内消散5000V的静电荷。DMS工程塑料公司生产的一种合金，能够消除用炭黑填料、抗静电剂、导电纤维制备的导电材料所存在的污染问题，并兼有ABS树脂的冲击强度和尺寸稳定性。静电衰减率小于2s(一般ABS大于99s)，表面电阻率为1011(一般ABS1013

18、)。将环氧乙烷嵌段缩合物与ABS树脂掺混或用其嵌段乙烯基为终端的单体，直接加入ABS中，可得到抗静电型ABS树脂。其消散电荷的机理是因为添加物基团上一般含有极性单元，如聚氨基甲酸酯、环氧氯丙烷、聚酯和聚酰胺酯等。它们增强了嵌段共聚物与ABS的相容性。在ABS与环氧乙烷嵌段缩合物的掺混中添加少量磺酸盐，抗静电效果进一步加强。在电子设备、家电、煤矿等领域广泛应用的ABS树脂中还有一种电磁屏蔽型ABS，与抗静电型ABS不同的是，它一般通过掺混不锈钢纤维达到电磁屏蔽目的。例如，日本钢化学公司在84的ABS树脂中加入16%含有8份不锈钢纤维的PE，制成了一种有优良电磁屏蔽性和机械性能的热塑性ABS树脂，其电场和磁场屏蔽效果分别达到49分贝和22分贝。美国LNP工程塑料公司用同样的方法生产一种牌号为EMIX的电磁屏蔽型ABS树脂，通过改善分散工艺，确保了钢纤维分散的均匀性，并且容易着色，制品变形很小，用于电子设备的外壳，有永久的电磁屏蔽效果。