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超细碳酸钙与ABS的共混改性研究

2024-01-16 14:457930钙帮
 1、引言
聚合物共混研究是材料科学的研究领域,与材料科学研究的整体发展十分密切。如今,聚合物的共混已经是高分子材料研发和加工中一个很重要的方法,普遍应用于塑料和橡胶材料的各种产品中,很多塑料和橡胶的品种都是用共混改性的技术开发出来的。因此,对现在已有的聚合物进行互相共混改性是一项极为重要的工作。
目前,有关采用无机粒子增韧、增强聚合物的研究已有较为深入的发展。碳酸钙改性使得聚合物的强度和韧性提高是目前材料领域研究的热点之一。
ABS材料由于其具有优良的硬度、化学稳定性、便于机械加工等物理、化学性能在现实中广泛应用。但是ABS也存在刚性较差、容易开裂等缺点,希望通过加入碳酸钙来改善ABS的一些缺点,最终制成一种性能更优良的新型材料并加以广泛利用。
本研究采用双螺杆挤出机熔融挤出共混的方法,考察了碳酸钙颗粒对ABS/CaCO3共混材料力学性能的影响,希望以此来提高ABS材料的冲击性能和拉伸性能。另外,碳酸钙作为改性剂,其成本比较低,使得整体材料工业化生产成本降低,进一步增加了ABS的附加值。
2、实验部分

实验中主要用到的仪器设备包括双螺杆挤出机,注塑成型机,微机电子万能试验机和简支梁摆锤式冲击试验机。

本实验中每组所称取的两种物料的总质量为300 g。用双螺杆挤出机进行共混得到碳酸钙质量分数分别为0%、5%、10%、15%、20%的共混物。用注塑机制备5组共混实验样条,每组至少5个样条。分别对共混物样条进行拉伸和冲击性能的测试。

碳酸钙质量分数为0%、5%、10%、15%、20%的ABS/CaCO3共混物的冲击实验数据如表1所示。
由下式计算出不同物料配比样条的冲击强度:an=Au/(t×bn)×103,式中:an代表试样吸收的冲击能,J;Au代表冲击强度,kJ/m2;t代表试样的厚度,mm,实验的样条缺口的厚度为4 mm;bn代表实验缺口底部的宽度,mm,实验样条缺口底部的宽度为10mm。根据表1中的数据,绘制冲击强度与碳酸钙质量分数的关系曲线图,如图1所示。
从图1可以看出添加不同碳酸钙质量分数的ABS数值冲击强度的变化情况。向ABS树脂中添加碳酸钙,可以在一定程度上提高ABS树脂的冲击强度,在碳酸钙质量分数为5%左右时,ABS树脂的冲击强度达到最大值,相比于没有添加碳酸钙提高了20%左右,随着碳酸钙质量分数的增高,ABS树脂的冲击强度有所降低,但全都高于纯的ABS树脂。可能的原因是碳酸钙微粒添加在ABS树脂中,以纳米级别均匀分散在共混物中,从而使ABS复合材料在断裂面处存在大量的滑移和褶皱,具有一定的吸收和分散机械力的作用。
由图2可以看出,添加了碳酸钙的ABS样条的拉伸强度都有一定的增加,体现了加入碳酸钙后材料变得强而脆。在碳酸钙的质量分数为5%左右时,ABS的拉伸强度最高,之后趋于平稳,略有下降。在较低的碳酸钙质量分数下,ABS树脂的拉伸性能可通过加入碳酸钙粒子而明显提高。推测其可能的原因是当粒子浓度不高时,粒子在共混物中的分布比较均匀;反之,如果加入的超微细粒子浓度过高,会在共混基体中产生积聚,力学强度便会降低,抗拉性能也随之下降。

3、结论

当碳酸钙的质量分数在5%左右时,各项性能都能达到最佳,冲击性能提高了将近20%,拉伸性能也略有提高。

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