ABS工程塑料应力开裂现象综合分析及表征

ABS工程塑料应力开裂现象综合分析及表征ABS塑料现实使用中经常出现应力开裂现象。为了解决此问题，本项目对有应力开裂的ABS试样和无应力开裂的ABS试样进行拉伸实验、冲击性能测试、红外光谱分析、热分解实验、扫描电镜和感偶等离子原子发射光谱分析。通过分析比较，找出开裂原因，指导材料的应用。试验结果表明：无应力开裂试样的拉伸强度是有应力开裂试样的约1／3，但断裂伸长率却是有应力开裂试样的约5.6倍；应力开裂试样的抗冲击强度下降了。无应力开裂的试样中无机填料量较少(质量分数约为3．07％)、颗粒较小、且分散均匀；而有应力开裂的试样无机填料质量分数约为5．29％。无应力开裂试样中Ti的质量分数24．33％，有应力开裂试样的Ti的质量分数35．77％，由于Ti的量增大，且颗粒较细，比表面积增大而不易分散均匀，出现团聚现象，形成应力集中。关键词：ABS塑料；应力开裂；裂纹；无机填料ABS是丙烯腈(A)、丁二烯(B)与苯乙烯(S)的三元共聚物。具有耐化学药品性、热稳定性、老化稳定性、柔韧性，高抗冲性、耐低温性、刚性、表面光洁性和易加工性等优良综合性能，因此ABS工程塑料得到广泛的应用。如采用ABS注射成型所制备的冰柜内衬具有良好的耐低温和抗冲击性能J。但是，冰柜内衬ABS的有些产品尽管主体原料为同一种牌号的ABS树脂，注射设备、模具相同，成型工艺相近，两批产品中的一批却在安装、灌装发泡聚氨酯时出现部分产品应力开裂现象。为此，选择无应力开裂批次的ABS试样和有应力开裂批次的ABS试样进行一系列物理力学性能测试和微观表征剖析，分析两者的细微区别，找出应力开裂的原因。1实验部分1．1ABS塑料拉伸实验测试标准：GB／T13022—1991。实验设备：CMT一6503型拉力试验机，深圳市新三思材料检测有限公司。1．2ABS塑料冲击性能测试实验设备：XJ一40A型摆锤式冲击试验机，吴忠材料试验机厂。1．3红外光图谱表征对无应力开裂试样和有应力开裂试样进行红外光谱表征。实验设备：605XB型红外吸收光谱机，美国NICOLET。1．4热分解实验分析在马弗炉中，500Y：下热分解，烧去有机物后，称取无机物的重量。实验设备：SX：一5—12型马弗炉，天津市中环实验电炉有限公司。1．5扫描电镜(SEM)实验设备：SX一40SEM13本AKASHISEI—SAKUSHOLTD。1．6感偶等离子原子发射光谱分析对经煅烧后的试样进行感偶等离子原子发射光谱分析。实验设备：感偶等离子体原子发射光谱仪，美国TE公司。2结果分析与讨论2．1ABS塑料拉伸实验对多组试样进行拉伸性能测试后平均值结果如表1所示。对比两个试样的拉伸性能测试结果，可以看出无应力开裂试样的拉伸强度是有应力开裂试样的约1／3，但断裂伸长率却是有应力开裂试样的约5．6倍。主要原因是：ABS塑料在应力作用下，产生了一定的单轴取向，使其抗张强度得到大幅度的提升。同时，由于开裂后裂纹体的存在，使其断裂伸长率下降。同时可以看出：有应力开裂试样曲线下方的面积明显小于无应力开裂的，说明有应力开裂试样的抗冲击强度下降了。2．2ABS塑料冲击实验在冲击实验中，有应力开裂试样与无应力开裂试样在40Kg最大冲击力的摆锤冲击下均未断裂开，说明两者在常温下的冲击相差不明显。2．3红外图谱分析由图3可知：两者均有归属于聚苯乙烯的峰700cm一’、761cm一、1602cm一、1494cm一’、3003cm一’、3027cm一、3062cm一’、3085cm一：归属于聚丁二烯的峰840cm～、911cm～、967cm一、l156cm一、1375cm一、1658cm一’、2850cm～、2919cm～；归属于聚丙烯腈的峰1452em～、1441cm～、2237cm～。归属于助剂的峰1726cm(酯类)、1030cm～、1074cm～、549cm～、445cm(硅氧类)。另出现归属于无机物TiO：、碳酸钙等的峰3442cm～、877cm～、1432cm～，其中1432cm一处与丙烯腈的1441cm峰重叠，形成宽峰。对比两张红外图谱，可以发现两者最明显的差别为：有应力开裂试样中无机填料较无应力开裂试样的多，可以说明无机填料是诱发应力开裂的原因之一。2．4热分解实验分析在马弗炉中，500~C下热分解，烧去有机物后，称取无机物的重量，结果表明：无应力开裂试样中无机填料质量分数约3．07％，有应力开裂试样中无机填料质量分数约5．29％。这进一步说明无机填料的增多可以影响试样的机械性能。2．5扫描电镜图分析图5有匝力开裂试样的电锈图片从图4、5中可以看出，无应力开裂的试样中无机填料量较少、颗粒较小、且分散均匀；而有应力开裂的试样出现添加剂团聚现象，形成应力集中，是造成应力开裂的原因。2．6感偶等离子原子发射光谱分析试样在马弗炉500~C下热分解煅烧后进行感偶等离子体原子发射光谱表征，结果如表2所示。从表2中可知，两者较大的区别是Ti的量相差较多。Ti的有效成分为TiO，作颜料用，颜色发白，增加塑料亮度，且具有抗紫外线老化的作用]。由于Ti的量增大，且颗粒较细，比表面积增大而不易分散均匀，故通过扫描电镜可知有团聚现象。其他元素可能是体系中加人的助剂，如颜料、稳定剂等，但用量较少，对应力开裂影响不明显。3结论(1)无应力开裂试样的拉伸强度是有应力开裂试样的约1／3，但断裂伸长率却是有应力开裂试样的约5．6倍；应力开裂试样的抗冲击强度下降了。(2)无应力开裂的试样中无机填料量较少(质量分数约为3．07％)、颗粒较小、且分散均匀而有应力开裂的试样无机填料质量分数约为5．29％，分散不均匀。(3)无应力开裂试样中Ti的质量分数24.33％，有应力开裂试样的Ti的质量分数35.77％，由于Ti的量增大，且颗粒较细，比表面积增大而不易分散均匀，出现团聚现象，形成应力集中。4建议基于以上结论，提出防止ABS塑料开裂的有效方法是：(1)产品成型后在70℃处理2—4小时，降低内应力；调整成型加工温度、模具冷却温度等；(2)降低ABS中无机填料的用量，对无机填料表面进行偶联处理；(3)采用耐环境应力开裂的ABS原料；应对ABS原料的物理力学性能、ABS三元组分相对比例、微观结构等进行控制；(4)调整ABS组分中丙烯腈含量，以提高耐化学品性能；(5)调整橡胶粒径的大小，改变裂纹形态；(6)将ABS与其他耐化学品弹性体或树脂共混；(7)研究产品安装时聚氨酯发泡剂对ABS配方体系的影响。