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白云母改性与填充ABS工程塑料的试验研究

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白云母改性与填充 ABS工程塑料的试验研究

  塑  料
2007年  36卷  第 4期

白云母改性与填充 ABS工程塑料的试验研究3

张凌燕 ,唐华伟 ,赖伟强
(武汉理工大学资源与环境工程学院 ,湖北 ,武汉  430070)
  摘要 :利用硅烷 WD 270对白云母进行表面改性处理 ,与丙烯腈 2丁二烯 2苯乙烯共聚物 (ABS)复合加 工制备复合材料 ,研究了白云母填料用量对 ABS复合材料的力学性能的影响 。结果表明 ,白云母以片 层状结构分布于 ABS中 ,可有效提高 ABS的刚度 ,在保持较好综合力学性能的基础上 ,能起到大大降低 成本的作用 。
关键词 :白云母 ; ABS;复合材料
中图分类号 : TQ325. 8 文献标识码 : A  文章编号 : 1001 - 9456 (2007) 04 - 0005 - 03

Eng ineer ing Pla stic of ABS F illed w ith M od if ied M uscov ite ZHANG L ing2yan, TANG Hua2wei, LA IW ei2qiang
(College of Resource and Environment Engineering,W uhan University of Technology,W uhan, Hubei 430070, China)
  Abstract:M uscovite was surface modified by silane WD 270 firstly and then used as filler for AB S to p re2 pare muscovite /ABS composite. The effects of muscovite loading on the p roperties of the AB S composite were investigated. The results showed that muscovite dispersed in AB S in the form of flake structure, effectively imp roved the rigidity of the composite, and could reduce the cost of p roducts greatly on the basis of maintaining the better combined mechanical p roperties.
Key words:m uscovite; AB S; composite

1  前言 工程塑料作为一种新型材料 ,已被广泛应用于汽
车 、通讯 、电子电气 、建筑等各个领域 ,在国民经济中所 占比重越来越大 ,并以每年 15% ~20%的速度迅猛发 展 。但与通用塑料相比 ,工程塑料的价格昂贵 ,限制了 它的使用 。在市场经济条件下降低成本是取得竞争主 动权的有效途径 ,因而利用相对低廉的工业矿物与工 程塑料复合出性能更高 、功能更强 、成本更低的材料 , 在满足各经济领域对塑料材料功能化与高性能化要求 的同时 ,实现塑料制品的增量是直接推动工业矿物与 工程塑料复合的发展动力 ,对带动材料工业的技术进 步和新材料的开发具有重要的意义 。利用白云母独特 的层片结构 ,对其超细微粉进行表面改性后填充复合 ABS工程塑料 ,以期获得价格低廉 、性能满足广泛用途 的复合物 。 2  试验研究

2. 1 白云母矿物晶体的特点和性质 白云母属于二维层片状结构硅酸盐矿物 ,亦称钾
云母 ,是云母族中分布最广的矿物 ,能在不同地质条件 下形成 ,其分子式为 KA l2 [A lSi3 O10 ] (OH ) 2 。
白云母一般呈鳞片状 、叶片状 、羽毛状或球状产 出 ;具有玻璃光泽 ,有时过渡为珍珠光泽或丝绢光泽 , 透明 ;颜色为无色 、淡棕色 、淡棕红色 、淡绿色和绿色 、 银白色 、银灰色等 ;密度为 217~218g / cm3 ,硬度为 2~ 2125,拉伸强度为 1700~3600M Pa,折光率为 11552 ~ 11624;具有隔热 、耐热 ,电绝缘性好 ,化学稳定性好 ,几 乎不吸水和不湿水等物理化学性质 。
2. 2 白云母微粉的改性研究 干燥的白云母微粉 d90 = 11120μm , d50 = 2100μm ,
白度为 8715,用 GH 210DY高速混合机搅拌 ,在温度升 至 70℃时加入一定量经蒸馏水稀释的氨水 ,并维持温 度在 70~80℃之间搅拌 5m in,然后升温至一定的改性

3 收稿日期 : 2006 - 11 - 27    作者简介 :张凌燕 (1963 - ) ,男 ,副教授 ,从事非金属矿物材料及其应用方面的研究 。

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  塑  料
2007年  36卷  第 4期

白云母改性与填充 ABS工程塑料的试验研究

温度 ,并在高速搅拌的同时加入一定量的经无水乙醇 稀释的硅烷偶联剂 ,再进行一定时间的高速搅拌 ,从而 获得改性微粉 。氨水的加入可保持改性体系呈弱碱

性 ,有利于硅烷的水解及增加对填料的表面改性效果 。 采用润湿接触角和活化指数对微粉的改性效果进行表 征 。改性试验流程 [ 1 ]见图 1。

  为了确定白云母微粉的最佳改性条件 ,试验采用 硅烷 WD 270 (γ2[甲基丙烯酰氧基 ]丙基三甲氧基硅 烷 )作为改性剂 ,在改性温度 120℃、改性时间 20m in、 氨水 ∶WD 270 = 1∶1,对白云母粉进行硅烷 WD 270的用 量确定单因素试验 。试验结果见表 1。

表 1 WD 270改性白云母微粉的条件及效果

WD 270用量 /%

试验条件

润湿接触角 /°

活化指数

0. 5

改性温度 : 120℃;

105

1. 0

改性时间 : 20m in;

133

1. 5

氨水 ∶WD 270 = 1∶1。 147

2. 0

145

0. 212 0. 405 0. 683 0. 647

  从表 1中可以看出 ,白云母改性微粉的润湿接触 角和活化指数均随着 WD 270 用量的增加基本呈递增 趋势 ,当 WD 270的用量达到 115%时润湿接触角变化 趋于*稳 。因此 ,确定 WD 270的最佳用量为 115% ,即 所确定的最佳改性条件为 : WD 270用量 115% ,改性温 度 120℃,改性时间 20m in,改性助剂氨水 ∶WD270 = 1∶1。 2. 3 改性白云母微粉与工程塑料 ABS的复合制备 2. 3. 1 组成与配比 [ 2 ]
改性白云母微粉与 ABS塑料复合配比见表 2。 ABS塑料为吉林石化生产 。

序号
1 2 3 4 5

表 2 白云母填充 ABS加药配方

填充矿物及含量

      配比条件

10%改性白云母微粉 20%改性白云母微粉 30%改性白云母微粉 40%改性白云母微粉 50%改性白云母微粉

改性白云母微粉 10份 , ABS90份 ,白油 ,硬脂酸锌 ,抗氧剂 改性白云母微粉 20份 , ABS80份 ,白油 ,硬脂酸锌 ,抗氧剂 改性白云母微粉 30份 , ABS70份 ,白油 ,硬脂酸锌 ,抗氧剂 改性白云母微粉 40份 , ABS60份 ,白油 ,硬脂酸锌 ,抗氧剂 改性白云母微粉 50份 , ABS50份 ,白油 ,硬脂酸锌 ,抗氧剂

2. 3. 2 复合加工工艺流程 将改性白云母粉经干燥后与 ABS按照不同配方
在 GH 210DY型高速混合机中混合均匀 ,然后将混料放

入 SJSH 230型双螺杆挤出机的给料斗中共混 、挤出 ,冷 却后 经 LQ 2100 型 冷 切 粒 机 切 粒 , 复 合 材 料 制 备 流 程 [ 3 ]见图 2。

2. 4 性能测试 将上述粒料经过干燥后用 CJ50E22型注射成型机
注射成测试样条 ,最后成型样条的性能测试按照 GB / T 1843280 (89)塑料悬臂梁冲击试验方法 、GB / T 10402

92塑料拉伸试验方法 、GB 9341288 塑料弯曲试验方 法 、GB / T 385421983纤维增强塑*褪 (巴柯尔 )硬度 试验方法进行 。复合材料性能测试结果见表 3。

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  塑  料
2007年  36卷  第 4期

表 3 纯 ABS及不同填充量白云母 /ABS复合材料性能测试结果

填充率 / % 弯曲强度 /M Pa

纯 ABS

64. 89

10

59. 88

20

62. 85

30

60. 37

40

58. 50

50

59. 54

弯曲模量 /M Pa
2. 26 3. 11 4. 00 5. 34 5. 67 5. 34

拉伸强度 /M Pa
46. 10 37. 20 39. 23 39. 52 38. 09 39. 39

断裂伸长率 / %
18. 08 15. 65 3. 05 1. 17
— —

缺口冲击强度 / ( kJ /m2 )
19. 05 3. 72 2. 34 1. 74 1. 39 1. 37

巴氏硬度
2. 63 5. 06 9. 27 14. 31 19. 13 15. 24

  从表 3中可以看出 ,随着白云母用量的增加 , ABS 复合材料的弯曲模量随之显著上升 ,当白云母的质量 分数为 30%时 ,材料的弯曲模量为纯 ABS的两倍多 , 但体系的缺口冲击强度却大幅度降低 ,这表明白云母 对于提高 ABS复合材料刚度的作用十分明显 ;而白云 母改性 ABS的弯曲强度和拉伸强度的变化规律相同 , 均随白云母用量的增加先提高 、后下降 ,但填充 ABS 复合材料的弯曲和拉伸强度均稍低于纯 ABS,此时白 云母对 ABS的增强作用小于 ABS的强度 ,可以用于汽 车零配件 、风扇 、空调器壳体等的制造 ;断裂伸长率随 着填充量的增加而呈现下降趋势 ,当填充量在 30%以 上时 ,断裂伸长率已趋于零 ,即复合材料的变形性质下 降 ,反映出硬度 、模量及脆性 、刚性明显增加 ;不同填充 量白云母复合材料的巴氏硬度均成倍大于纯 ABS硬 度 ,并且随着白云母填充量的增加而基本呈现递增趋 势 ,填充率达到 40%的巴氏硬度最大 ,比纯 ABS增加 了 7倍以上 ,可用于制造轻载齿轮 、各类容器 、管道 、电 器外壳等 。 2. 5 白云母 /ABS复合材料的拉伸断面的 SEM 照片
白云母 /ABS复合材料的拉伸断面的 SEM 照片见 图 3。
图 3 白云母 /ABS复合材料拉伸断面的 SEM 照片 ( ×5000倍 )
  在图 3中 ,从标示 A 处可以看出白云母在 ABS树

脂中分散均匀 ,无聚集现象 ;白云母嵌布于 ABS树脂 中 ,两者的界面粘接良好 ,无空洞现象 ,表明白云母表 面与 ABS之间的界面作用较强 ,对填充体系的力学性 能有贡献作用 ,这与试验性能测试结果相一致 。
3  结论
1)通过改性单因素试验 ,确定最佳的改性工艺条 件为 :甲基丙烯酰氧基硅烷 WD 270改性白云母用量为 115% ,改性温度 120℃,改性时间 20m in,改性助剂氨 水相对于 WD 270的用量之比为 1∶1。
2)白云母填充 ABS具有以较高比例填充改性降 低成本的优势 ,并可使 ABS的刚性 、耐磨性 、化学稳定 性有不同程度的提高 。以填充量 30%为例 ,与纯 ABS 相比 ,可使成本降低 20%左右 ;生产对性能要求不是 很高的产品时 ,可以实现更大量的填充 。因此 ,其在某 些领域中应用时 ,可避免使用纯 ABS而导致其性能过 剩 ,减少原料成本 ,提高经济效益 。
3)采用 SEM 研究复合材料的界面微观结构 ,结果 表明 :甲基丙烯酰氧基硅烷 WD 270改性的白云母填料 填充 ABS的界面粘接状态效果好 。 参考文献 :
[ 1 ]  郑水林. 粉体表面改性 [M ]. 北京 :中国建材工业出版社 ,    1995: 35 - 60. [ 2 ]  王文广 ,田雁晨 ,葛铁尔. 塑料配方设计 [M ]. 北京 :化学    工业出版社 , 2004: 110 - 131. [ 3 ]  段予忠. 塑料改性 [M ]. 北京 :科学技术出版社 , 1992: 100     - 127. [ 4 ]  余兰根 ,刘传炳. 改性针状硅灰石超细粉在工程塑料中的    应用 [ J ]. 化学建材 , 2001 (2) : 23 - 24. [ 5 ]  李祝 ,黄玉强 ,刘春阳. 云母填充改性聚乙烯的初步研究    [ J ]. 齐鲁石油化工 , 2000, 28 (3) : 172 - 174.
(本文编辑 W YD )

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