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影响ABS抗静电性能因素的研究 |
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作者：山东省塑料树脂工程技术研究中心 王少君 |
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摘要：本文主要介绍了影响ABS抗静电性能的各个因素，并对因素的作用机理进行了研究，得出抗静电ABS的配方设计规律。并对影响永久性抗静电剂使用的因素进行了探讨
关键词：ABS 阻燃剂抗静电剂CPE填料
前言
ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，产品为浅黄色粒状或珠状不透明或透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的抗冲击性、刚性、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，广泛应用于家电、机械工业、汽车工业、电子电器工业等。但正是由于其绝缘性优良、吸水率低，所以其抗静电性能很差，表面容易积聚灰尘、产生静电，从而对电器、家电等场合的使用带来很大危害和不便，需要进行专门的抗静电性改性。
1 实验部分
1.1 主要原料
1.2 主要设备与仪器
双螺杆挤出机30： 南京橡塑机械厂。
注塑机：SZ-160 宁波东方塑机。
电子拉伸试验机： 美国INSTRON
智能数显冲击试验机XJD 承德德胜试验机厂
熔体流动速率仪μPXRZ-400C 吉林大学科教仪器厂
维卡热变形温度测试仪 XRW-300MA 承德宝华
CZF-3水平垂直燃烧测定仪 南京江宁区分析仪器厂
ZC36型高阻计上海精科六厂
QJ83型数字直流电桥 上海正阳仪表厂
1.3 材料制造
将原辅材料按配方比例，准确称量，加入高速搅拌机，充分混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出、造粒。温度为185℃~200℃，螺杆转速为240r/min，将造好的粒料在烘箱中80℃烘干4h后按ISO标准注塑试样。注塑温度190℃~200℃。
1.4 性能测试
熔体流动速率按ISO/1133测试；拉伸性能按ISO/527测试；弯曲性能按ISO/178测试；简支梁缺口冲击强度按ISO/179测试；悬臂梁缺口冲击强度按ISO/180测试；热变形温度按ISO/ 75测试；表面电阻按GB/1410测试。
2 结果与讨论
2.1抗静电剂的选择[3]
抗静电剂一般都是表面活性剂，目前按结构分：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型和高分子型五类。按其使用方法分为外部涂层和内部添加用两大类。我们初步选择的抗静电剂主要有：190（汽巴）、80X、93P、EP-1000、G32等。其中190和93P都是阴离子型的抗静电剂，80X为阴离子和非离子的混合物。由于他们都是一些吸湿性的表面活性分子，当从体系中渗透出来和空气中的水分等其他物质结合，在材料表面形成导电通路，把材料表面积聚的电荷释放出去，这就是抗静电释放电荷的机理。实验结果如下：表1 不同抗静电剂对ABS性能影响
 从表1可以得知：在添加相同的量的情况下，190的表面电阻远远小于80X和93P的值。抗静电效果的好坏，关键是看抗静电剂从体系析出的能力的大小，190的析出能力远大于93P和80X。从三者比较，我们选择190。EP-1000和G32比较，在和190达到相同的抗静电效果的情况下，添加量比较大且热学性能和力学性能远远不如190的高。
2.1.1 抗静电剂的用量选择
确定了抗静电剂190后，为了获得最佳性价比，我们做了抗静电剂的用量的实验。实验结果如下：表2 抗静电剂的选择
 从表2中可以看出，随着抗静电剂用量的增加，表面电阻是逐渐降低的。这是由于随着抗静电剂的用量增加，抗静电剂在体系中的浓度提高，抗静电小分子向外扩散的能力逐渐提高，使得表面电阻逐渐下降。
抗静电剂的用量对其他力学性能的影响如下：
从图1、图2、图3可以看出，抗静电剂用量对拉伸、弯曲、冲击的影响比较明显。随着抗静电剂用量的增多，简支梁缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度基本呈现下降趋势。主要原因由于抗静电剂190是一些小分子物质，和基础树脂的亲和力比较差，随着抗静电剂用量的增加，使的材料在刚性和韧性上损失比较严重。
2.2 增韧剂的选择
单纯用抗静电剂，导致ABS材料各项力学性能急剧下降，尤以冲击下降最为严重，选择ABS粉、SBS1401，增加体系中的橡胶相含量，同时我们在该体系中引进了既能起到阻燃作用，又能起到增韧作用的CPE135A，并用ABS粉与CPE135A（1：1）按一定比例进行复配，以期能改进阻燃配方体系的韧性和阻燃性。实验结果如表六所示：表3 增韧剂对体系性能的影响
 由表3可知：加入SBS的体系抗静电效果要好于其他增韧剂，但 SBS无焰燃烧的时间比较长，对阻燃不好。而用ABS粉和CPE135A复配的增韧剂，抗静电效果差，增韧效果却十分明显。我们认为其原因是抗静电剂是通过ABS复杂相畴的界面薄弱处以及分子链缠结较不紧密处向表面迁移，极性的抗静电剂与ABS中AS相、CPE相有较强作用，不容易向外扩散，而对于SBS极性较低、相容性差的相，则会出于热力学动力因素的原因会加速扩散。由于CPE135A本身就是难燃的，所以阻燃效果较好，但是CPE135A存在一个缺点，那就是分解温度太低，如果加工温度太高，会使CPE135A分解 [3]。笔者通过额外加入一种稳定剂最终解决了这个问题。
2.3 填料的选择[4]
填料的添加，对于增加材料的弯曲强度、提高热变形和降低成本，有着不可低估的作用。但是由于ABS材料对于填料比较敏感，会使ABS冲击强度下降严重，所以要对填料进行必要的处理。初步选择处理填料为1250目滑石粉、1250目的云母、1250目碳酸钙和硅灰石、氯化钙。在增韧剂、抗静电剂、阻燃剂用量确定的情况下，添加8份填料进行实验。结果如下：表4 填料的选择[5]
 从表4可知：填料的加入使抗静电剂在体系中的分散更好，而且填料的加入，使抗静电剂更容易从填料与树脂结合界面向外迁移，使表面电阻大大下降。氯化钙填料本身就是极其容易吸潮的物质，所以使抗静电效果更好，但正是由于其较大的极性，因此与树脂相容性极差，所以对冲击劣化严重，实际使用要慎重。同时可以发现，片状云母由于其几何形状对抗静电剂的迁移起阻碍作用，因此，表面电阻相对要比碳酸钙和滑石粉大一些。
2.4影响永久性抗静电剂使用因素
永久性抗静电剂一般都是离子高聚物，是通过离子传导来达到导电目的。高聚物固体离子导电的两个先决条件是具有能定向移动的离子和具有对离子溶和的能力。即含有并允许体积相对较大的离子在其中“扩散运动”;聚合物对离子具有一定的“溶解作用”。如同玻璃等无机非晶态物质一样,非晶态的聚合物也有一个玻璃化转变温度。在玻璃化温度以下时,聚合物主要呈固体晶体性质,但在此温度以上,聚合物的物理性质发生了显著变化,类似于高粘度液体,有一定的流动性。因此,当聚合物中有小分子离子时,在电场的作用下,该离子受到一个定向力,可以在聚合物内发生一定程度的定向扩散运动,因此,具有导电性,呈现出电解质的性质。由于不依赖迁移表面活性剂在塑料表面吸潮导电，因此具有不依赖环境、永久抗静电的效果，并且在高温干燥环境下效果甚至更好。
我们选用了一种聚醚共聚型的永久抗静电剂作为实验对象，分别在ABS中添加10份增塑剂A和20分无机金属盐，分别观测添加前后材料电阻性能的变化。
通过实验结构发现，添加增塑剂和盐后，材料抗静电性能得到大幅提高，原因是由于大大降低了离子树脂和基体树脂分子Tg,提高了分子链段运动能力，有利于离子传导。同时加入的金属盐大大提高了离子交换速度，提高了导电能力。
3 结论
（1） 抗静电ABS在配方设计时要充分考虑抗静电剂作用机理和对材料性能影响，积极发挥配方中有利因素条件，避免负面因素对抗静电性能影响。
（2） 研制的永久阻燃抗静电ABS达到了目前国内的先进水平，具有良好的成型加工性和性价比，市场应用前景广泛。
参考文献
1 黄立本.ABS树脂及其应用.化学工业出版社.2001.41
2 欧育湘.阻燃高分子材料.国防工业出版社.2001.58
3 金国珍.工程塑料.化学工业出版社2001.614
4 潘祖人.高分子化学. 化学工业出版社.2003.219
5 王文广.塑料配方设计.化学工业出版社.1998.395
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(投稿)
(9/17/2010) |
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