硅灰石改性及填充工程塑料ABS的研究

 

 

   张凌燕  赖伟强  唐华伟  郑光军

    （武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉430070）

    摘要对硅灰石粉的表面改性效果及填充ABS塑料力学性能的研究表明，不同的改性剂改性剂用量、改性时间等工艺条件对硅灰石的改性效果有重要影响。经γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷改性后的硅灰石填充工程塑料ABS，增强了复合材料的刚性和熔体流动性，其他力学性能虽有小幅下降，但不影响其在工程上的使用；同时降低了ABS塑料使用的成本，在填充量为20%时，可降低成本15%。

    关键词硅灰石改性填充ABS

    硅灰石属于链状偏硅酸盐，化学分子式为CaSiO3，粉碎后，颗粒呈纤维状或针状。硅灰石无毒，具有低吸油性、低吸水性、热稳定性和化学稳定性，白度高，并有独特的粉体纤维，应用广泛。而改性硅灰石粉体，因其表面性能得到改善，提高了其疏水亲油的能力，应用于塑料、橡胶基体材料中，能更均匀地分散，并与基体材料有很强的亲和性能，可改善塑料、橡胶制品的力学性能和抗老化性能。工程塑料是指可作为结构性材料使用的塑料，可在较宽的温度范围和较长的时间内保持优异性能，并能承受较高机械应力和在较为苛刻的化学物理环境中长期使用[1]。但与通用塑料相比，工程塑料因价格昂贵，使用受到限制。本试验对硅灰石进行表面改性，分析了改性条件对改性效果的影响，并对改性硅灰石填充ABS的性能进行了研究。

    1试验

    1.1主要原料、设备及仪器

    树脂基材为ABS(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物)，中国石油吉林石化分公司；硅灰石微粉，原矿来自青海都兰县海寺，硅灰石矿物含量为＞90%，CaO41.74%；SiO251.25%，d90为13.81μm，长径比为11，白度80；硅烷偶联剂，γ-氨丙基三乙氧基硅烷(WD-50)、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲基硅烷(WD-60)、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(WD-70)，武汉大学有机硅新材料股份有限公司。改性助剂氨水(分析纯)，市售；塑料助剂，有增塑剂(DEP)、抗氧剂(1010)、分散剂(石蜡)、润滑剂(硬脂酸钙)等。

    实验室用高速捏合机，GH-10DY型，北京英特塑料机械总厂；双螺杆配混挤出机，SJSH-30型，南京橡塑机械厂；冷切粒机，LQ-100，南京橡塑机械厂；注射成型机，CJ50E-2型，震德塑机厂；静滴接触角测量仪，JC2000A，上海中晨数字技术设备有限公司；扫描电镜，日本JEOL公司；电子拉力试验机，RGD-5，深圳市瑞格尔仪器有限公司；巴氏硬度计，HBa-1型，无锡市计量科学研究所；熔体流动速率仪，ZRZ-40型，深圳新三思材料检测有限公司。

    1.2硅灰石微粉表面改性由于硅灰石微粉具有亲水疏油性，与ABS的兼容性差，为提高它与ABS的兼容性，须对它进行表面改性，从而改善它在聚合物体系中的分散性。硅灰石微粉采用GH-10DY型高速捏合机进行表面改性，搅拌速度1250r/min，改性助剂氨水用量为1%，氨水用蒸馏水以2∶1的比例稀释，改性工艺流程见图1[2,5]。

    1.3改性效果测试

    1.3.1润湿接触角：取改性硅灰石微粉压片，用静滴接触角测量仪测量其润湿接触角，测试溶液为水。

 

图1

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    1.3.2活化指数：取一定量的改性硅灰石微粉加到烧杯中，加入蒸馏水，经剧烈搅拌，静止分层后，分别取出上浮物M1和下沉物M2，干燥后，称其质量，活化率为M1/(M1+M2)。

    1.4ABS/硅灰石复合材料制备一次的试样总量为600g；塑料助剂用量：DEP2%、10100.5%、石蜡0.5%、硬脂酸钙0.2%。挤出造粒工艺参数：挤出温度170~185℃，螺杆转速140~160r/min。注射成型工艺参数：温度190~220℃，注射时间6s，保压时间14s。ABS/硅灰石复合材料制备工艺流程[3,5]：(改性硅灰石微粉，ABS和助剂)→混料→挤出复合→造粒→注射成型→后处理→性能测试。

    1.5复合材料性能测试方法拉伸性能，GB/T1040-1992；弯曲性能，GB9341-88；冲击性能，GB/T1843-80(89)；巴氏硬度，GB/T9342-1988；熔体流动速率，GB3682-83。