纳米MgO改性PC∕ABS合金耐刮擦性能研究.pdf

第4卷第4期
材料研究与应用
2010年12月
MATERIALS RESEARCH AND APPLICATION
Dec.2010
文童编号:1673-9981(2010)04-0651-04
纳米MgO改性PC/ABS合金耐刮擦性能研究
何晓红'2,廖正福,李冲2,张小伟',张烁锋',蔡金海',张坚伟',李杰鸿
(1.广东工业大学材料与能源学院,广东广州5100602.北京理工大学珠海学院,广东珠海510859)
摘要:探讨了纳米氧化镁粒子对PC/ABS合金力学性能和刮擦性能的影响.结果表明添加纳米MgO
粒子后,PC/ABS合金的拉伸、弯曲和缺口冲击强度及表面耐刮擦性能都得到了部分改善;当纳米MgO
添加量为7%时,PC/ABS合金的综合力学性能和耐刮擦性能最优,其中弯曲强度最大值比未加填料提
高10%,缺口冲击强度可提高7%.刮擦面电镜表明PC/ABS合金耐刮擦性能得到明显改善.
关键词:PC/ABS;纳米氧化镁;耐刮擦
中图分类号:TB383
文献标识码:A
关于PC/ABS合金的研究一直很受重视,应用1.2实验方法
领域不断扩大,特别是在汽车行业,包括制造仪表
将PC置于真空干燥箱中120℃干燥12h、
板、车身外板、汽车内外装饰件等,目前,关于改善ABS和其他原料在鼓风干燥箱中80C千燥6h以
PC/ABS合金的相容性、力学性能、阻燃性能等方面后,技照预定配比混料,在转矩流变仪挤出装置中挤
已取得不少成果们.抗刮擦性是仪表板、汽车内外装
饰件、耐用品和塑料制件外壳等的重要性能之一,愈出造粒,然后在平板硫化仪上压板成型,再按照相应
对PC/ABS合金耐刮擦性能的研究鲜有报道2
T9341-2000和GB/T16420-96标准进行拉伸强度、
本文探讨了用纳米MgO填充改性PC/ABS合金对
弯曲强度和缺口冲击强度测试.用自制刮擦仪刮擦
其力学性能、刮擦性能的影响.
试样,然后在扫描电子显微镜上观察刮痕的情况,研
究合金的耐刮擦性能
1实验部分
2结果与讨论
1.1主要原材料及设备
PC(广州广达工程塑料厂),ABS(台化15A1),2.1纳米氧化镁粒子对PC/ABS合金力学性能的
MBS(市售), ABSE-MAH(市售),纳米MgO(市
影响
售,用前经硅烷偶联剂改性)
图1反映了纳米MgO粒子添加量对PC/ABS
CMT5504徽机控制电子万能试验机(深圳市合金力学性能的影响.由图1可见,加人纳米MgO
新三思材料检测有限公司),XSS300转矩流变仪粒子后, ABS-G-MAH增容PC/ABS复合材料的拉
(上海科创橡塑机械设备有限公司),XU5冲击试验
伸强度有所下降,但随后会随着MgO纳米粒子质
机(上海研润光机科技有限公司),JSM630.A扫量分数的增加而逐渐增加,当w(MO)=7%时,拉
描电子显微镜(JEOL)
伸强度达到最大值,此后会随纳米粒子含量的增加
逐渐下降.这主要是因为纳米MgO粒径小,具有较
收日期:2010-10-10
基金项目:广东省高校人オ引进专项(厅人オ引进080118);广西科学基金(桂科自0679020)
作者简介:何晓红(1983~),女,福建人,助教,土
万方数据
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材料研究与应用
2010
大的比表面积,通过与聚合物发生物理化学相互作
耐刮擦性是指基材受到外力作用时,对外力的
用,纳米粒子在体系内起到应力集中点的效应,可阻抵抗能力和形变吸收能力.而当这种抵抗能力小及
止裂纹扩展,所以开始时拉伸强度有所上升.但由于这种形变吸收(产生塑性形变)不能恢复到原来状态
纳米Mg(属于刚性无机粒子,过少起不到交联作时,基材表面就被破坏,产生划痕.耐刮擦性能的研
用,填充量过高,纳米粒子不易分散,发生团聚,导致究是一个较复杂的问题,因为所涉及的因素很多,包
增强效应减小.因此,填充量过多或过少都会使拉伸括合金的物性(分子量、交联度、玻璃化转变温度、力
强度有所下降5]
学性能、厚度等),划痕条件(压头的形状、负荷、刮擦
速度)以及基板性能(弹性模量和硬度)等「7的
研究塑料制品表面刮痕的试验方法有多种,如
五指刮痕试验(在不同载荷刮擦后,根据经验比较刮
痕可见度);伊利其逊十字形切口试验(它检测的是
刮痕应力发白发生的颜色变化);美国德克萨斯
A&-M大学(TAMU)聚合物技术中心的刮痕联盟
65
50燃
口拉伸强度
?
冲击强度
已经开发出刮痕试验设备和新的试验方法,得到了
い55
一弯曲强度
美国材料试验协会(ASTM)的批准,标准号为
D7027-5.利用扫描电镜(SEM)、电子显微镜、光散
射、AFM等手段表征刮搽表面的形态特征,对比分
w(Mgo)/% 6
析聚合物表面耐刮擦性能29.本文采用自己组装
的刮擦仪刮擦试样,然后在扫描电子显微镜上观察
图1纳米粒子添加量对PC/ABS合金力学性能的影响刮痕的情况研究耐刮擦性能.图2和图3表示了添
加纳米粒子前后ABSg-MAH增容PC/ABS体系
从图1还可以看出,添加纳米MgO后弯曲强刮痕电镜情况
度随着纳米Mg()质量分数的增加而明显增加,在
从图3可以看出:当纳米粒子添加量过少或过
纳米MgO)的质量分数为7%时达到最高,弯曲强度多时,复合材料对外力的抵抗能力都较差,产生的刮
达到了8.2MPa,与添加填料前的PC/ABS合金痕较深,表面破坏明显,较多的合金料被剥离脱落
体系相比,弯曲强度提高了10%.另外,随着纳米只有添加适量的纳米粒子才能改善合金的耐刮擦性
MgO粒子加入量的增加,体系缺口冲击强度呈现上能,从而得到综合性能较好的复合材料.填料太少
升趋势.当u(MgO)=7%时,缺口冲击强度达到最时,单位体积内纳米粒子的含量少,增强效果不明
大值53.3kJ/m2,比添加前提高了7%.原因是纳米显,而添加量过多时,纳米粒子会发生团聚,导致分
粒子镶嵌在PC/ABS合金基体中,易形成应力集中散不均匀,而且表面的大团粒子占据了合金中塑料
点,在冲击力的作用下,纳米粒子将冲击的点应力分基体的位置,在刮擦中较易被刮走,因而耐刮擦性能
散成整个颗粒表面的面应力,引发颗粒周围树脂大也不好本实验的纳米Mg()最佳添加量为
面积微开裂,树脂基体吸收一定的变形功,使基体树(MgO)=7%(图3(d)),此时刮痕较浅、较小.比较
脂裂纹的扩展受阻和钝化,最终裂纹不致发展成为图2和图3可知,加入填料前划痕较深、较宽,添加
破坏性开裂.当纳米粒子的添加量达到某一临界值纳米微粒可提高材料的耐热变形能力,从而使材料
时,粒子之间由于分散性差,材料受到冲击时产生微在往复刮擦过程中能够保持较好的尺寸稳定性,表
裂纹和塑性变形太大,几乎发展成宏观应力开裂,从现出良好的耐刮擦性能.显然,加入纳米微粒后,由
而使冲击性能下降?.另外,当纳米粒子添加量为于其润滑和增强作用,合金的主要磨损机制转变为
%时,冲击强度明显降低,原因主要是纳米粒子量疲劳磨损,耐磨性能改善,而经过表面改性的纳米粒
太少,尚不足以体现分散冲击的效应
子填料同基体树脂之间的界面结合得以加强,因此
2.2纳米粒子对PC/ABS合金刮擦性能的影响
填充合金材料的耐刮擦性能得到改善门