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
A B S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 A B S 试样和无应力开裂的A B S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 ． 0 7 ％) 、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 ． 2 9 ％。

无应力开裂试样中T i 的质量分数 2 4 ． 3 3 ％，有应力开裂试样的T i 的质量分数 3 5 ． 7 7 ％，由于 T i 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：A B S塑料；应力开裂；裂纹；无机填料
A B S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 A B S工程塑料得到广泛的应用。

如采用 A B S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 A B S的有些产品尽管主体原料为同一种牌号的A B S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 A B S试样和有应力开裂批次的 A B S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 ． 1 A B S塑料拉伸实验
测试标准：G B ／ T 1 3 0 2 2—1 9 9 1 。

实验设备：C M T一 6 5 0 3型拉力试验机，深圳市新三思材料检测有限公司。

1 ．
2 A B S塑料冲击性能测试
实验设备：X J 一 4 0 A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：6 0 5 X B型红外吸收光谱机，美国NI COL ET。

1 ． 4 热分解实验分析
在马弗炉中，5 0 0 Y ：下热分解，烧去有机物后，称取无机物的重量。

实验设备：S X ：一 5—1 2型马弗炉，天津市中环实验电炉有限公司。

1 ． 5 扫描电镜 ( S E M)
实验设备：S X一4 0 S E M 1 3本 A K A S H I S E I —S AKUS HO L TD。

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 T E公司。

2 结果分析与讨论
2 ． 1 A B S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：A B S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 ． 2 A B S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4 0 K g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7 0 0c m 一’、7 61c m一、1 6 02 c m一、1494 c m一’、3 0 03 c m一’、3 0 2 7c m一、3 0 6 2 c m一’、 3 0 8 5c m一：归属于聚丁二烯的峰 8 4 0 c m～、9 1 1 c m～、9 6 7 cm 一、l 1 5 6 c m 一、1 3 7 5 c m一、 1 6 5 8 c m一’、 2 8 5 0 cm ～、 2 9 1 9 c m～；归属于聚丙烯腈的峰1 4 5 2 e m～、1 4 4 1 c m～、2 2 3 7 c m～。

归属于助剂的峰 1 7 2 6 c m ( 酯类) 、1 0 3 0 c m～、1 0 7 4 c m～、5 4 9 c m～、
4 4
5 c m ( 硅氧类) 。

另出现归属于无机物 T i O ：、碳酸钙等的峰 3 4 4 2
c m～、8 7 7 c m～、 1 4 3 2 c m～，其中 1 4 3 2 c m一处与丙烯腈的 1 4
41 c m 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，5 0 0 ~ 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 ． 0 7 ％，有应力开裂试样中无机填料质量分数约 5 ． 2 9 ％。

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5 0 0 ~ 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 T i 的量相差较多。

T i 的有效成分为 T i O ，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 T i 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 ． 0 7 ％) 、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 ． 2 9 ％，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 A B S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 A B S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A B S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 A B S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 A B S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 A B S配方体系的影响。