合金组分对ASA机械性能及耐候性能的影响

广东化工 2019年第5期· 74 · 第46卷总第391期合金组分对ASA机械性能及耐候性能的影响
范聪成
(上海金发科技发展有限公司产品研发中心，上海工程塑料功能化工程技术研究中心，上海 201714)
[摘要]采用双螺杆挤出机熔融共混制备了ASA/PMMA、ASA/PC合金，研究了不同PMMA、PC含量对于合金力学性能的影响，对比了上述合金材料与ASA树脂的抗紫外光老化性能。

PMMA的引入改善了材料的表面硬度和光泽度，同时对材料的耐候性能有大幅提升；PC的引入提高了合金的韧性和耐热性能，但使材料的耐候性略有降低。

对比了不同合金组分对ASA合金耐候性能的影响，发现中性PMMA及弱碱性PA 可以提高材料耐候性能，而弱酸性PC、PBT会使合金耐候性降低。

[关键词]ASA；合金；耐候
[中图分类号]TQ325.2 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)05-0074-02
Effects of Compounding Resins on Mechanical Properties and Weather Resistance
of ASA Alloys
Fan Congcheng
(Shanghai Kingfa Sci. & Tech. Dvpt. Co., Ltd., R&D Center, Shanghai Engineering Research Center of Functionalizing Engineering Plastics,
Shanghai 201714, China)
Abstract: ASA/PMMA and ASA/PC alloys were prepared using a twin-screw extruder. Effects of different proportions of PMMA and PC on the mechanical properties and weather resistance were investigated. The surface hardness and gloss were improved when alloying with PMMA, exhibiting better weatherability than ASA itself. ASA/PC alloy exhibited high impact strength and high-heat resistance, while the weatherability was a little poorer. Different resins were applied for the alloy preparation and UV-light accelerated ageing performed, showing high weather resistance of PMMA and PA alloy while poor weatherability of PC and PBT alloy with ASA.
Keywords: ASA；alloy；weather resistance
丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(Acrylonitrile-Styrene-Acrylate, ASA)，是一种与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene, ABS)结构相似的多相接枝共聚物，具有与ABS相似的良好的力学性能、热稳定性、易于加工等特点。

ASA树脂用丙烯酸酯橡胶(PBA)代替了ABS中的丁二烯橡胶(PB)，橡胶组分不含双键，其耐候性能有了大幅提高，可以达到ABS的10倍以上。

因此，ASA树脂及其合金在汽车、家电、户外建材等领域都有广泛的应用。

[1-4]ASA和ABS一样可以和PMMA、PC、PBT、PA等众多树脂形成高性能合金，使ASA 在耐刮擦、抗冲击、耐药性等方面得到进一步改善和提升。

合金组分的加入，赋予材料功能化性能的同时，对材料的机械性能及耐候性能有不同程度的影响。

[5-8]本文研究了不同的合金组分对ASA合金材料的机械性能及耐候性的影响，并对影响耐候的机理做了简要分析。

1 实验部分
1.1 主要原料
ASA：DH-210，山东东海塑业公司；SAN：NF2200，台化(宁波)公司；PMMA：CM-207，台湾奇美公司；PC：A1900，日本出光公司；PBT：L08XM，江苏和时利；PA6：HY-2500，江苏海阳化纤公司；抗氧剂、光稳定剂及其他助剂，市售。

1.2 主要仪器及设备
同向双螺杆挤出机，南京瑞亚高聚物装备有限公司；注塑机，南京瑞亚高聚物装备有限公司；熔体流动速率仪，美斯特工业系统(中国)有限公司；万能材料试验机、弯曲试验机，德国Zwick；冲击试验机，美国Tinius Olsen；紫外老化箱，美国Q-Lab公司。

1.3 样品制备
将干燥后的SAN树脂、ASA胶粉、PMMA/PC/PBT/PA6树脂和其他小料助剂按一定的质量比例在高混机中充分混合均匀，然后在同向双螺杆挤出机上挤出造粒(主机螺杆转速为350 rpm，各区温度分别为170 ℃、190 ℃、200 ℃、210 ℃、220 ℃、220 ℃、220 ℃、210 ℃、210 ℃)。

挤出粒料经过充分干燥后，在210~230 ℃的温度下注塑成标准测试样条和色板待用。

1.4 性能测试
拉伸性能测试：按ISO 527标准测试，试验速率为50 mm/min；弯曲性能测试：按ISO 178标准测试，试验速率为2 mm/min；悬臂梁缺口冲击性能测试：按ISO 180标准测试；熔体流动速率：按ISO 1133标准测试，测试条件220 ℃，10 kg；密度：按ISO 1183标准测试；紫外老化性能：按ASTM G154标准进行，UV A，0.89 W/m2@340 nm，BPT@60±3 ℃，光照8 h/黑暗高湿4 h。

2 结果与讨论
2.1 PMMA含量对ASA合金性能的影响
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种具有高表面硬度的透明材料，其还拥有十分优异的耐候性能，被用于建筑型材共挤和覆膜来提高材料的表面硬度和耐候。

ASA/PMMA合金相比于纯ASA 树脂具有更好的光泽度、更高的表面硬度，同时耐候性能也能得到进一步的提升。

[9]随着PMMA含量的增加，ASA/PMMA的强度随之增大，而悬臂梁缺口冲击强度随之略有降低。

当PMMA含量大于35 %时，材料的铅笔硬度由HB提高了H。

图1是不同含量PMMA的ASA/PMMA合金在紫外光加速老化1000小时的色差(delta E、delta b)对比，PMMA的加入使ASA的耐候性能有了大幅提高；当PMMA含量在35 %时，老化1000小时后的色差由2.6减小到了0.76。

表1 不同PMMA含量对ASA/PMMA合金机械性能的影响
Tab.1 Effects of PMMA content on the mechanical properties of ASA/PMMA alloys
PMMA含量/% 拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 悬臂梁缺口冲击强度/(kJ·m-2)熔体流动速率/(g·10 min-1) 密度/(g·cm-3)
0 38.4 57.1 10.2 11.4 1.09
10 38.9 60.8 10.0 12.1 1.10
20 39.3 60.5 9.3 11.3 1.11
35 41.4 63.2 8.0 10.2 1.12 [收稿日期] 2019-01-31
2019年第5期广东化工
第46卷总第391期 · 75 ·
图1 ASA/PMMA合金紫外光加速老化1000 h色差曲线
Fig.1 Delta E (a) and delta b (b) of ASA/PMMA alloys after 1000 h of UV-light accelerated ageing
2.2 PC含量对ASA合金性能的影响
聚碳酸酯(PC)是一种抗冲击性能优异、耐热、透明的工程树脂，被大量应用于仪表、汽车、家电、电子电气等行业。

PC/ASA 合金克服了ASA树脂缺口冲击强度和耐热性不高的问题，如表2性能数据所示，PC份数的增加，合金强度、韧性、耐热温度等得到了大幅度的提高。

这些性能的提升可以使该类材料的应用范围得以拓展，适用于韧性和耐热要求较高的领域，如电子电气、汽车等。

[10]耐候性能是ASA系列材料最为关注的性能之一，如图2所示为不同PC含量ASA合金紫外光加速老化的结果。

ASA/PC 合金的短期(250 h)紫外老化色差较小，且与ASA、ASA/PMMA 合金相近；当老化时间延长，PC合金的色差明显增大，1000小时后的色差大于8。

表2 不同PC含量对ASA/PC合金机械性能的影响
Tab.2 Effects of PC content on the mechanical properties of ASA/PC alloys
PC含量/% 拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 悬臂梁缺口冲击强度/(kJ·m-2)熔体流动速率/(g·10 min-1)密度/(g·cm-3) 维卡软化温度/℃
0 38.4 57.1 10.2 11.4 1.09 88
30 47.2 70.9 41.2 15.2 1.11 104
55 56.9 88.5 54.8 18.0 1.14 115
70 59.4 92.9 56.6 14.8 1.16 123
图2 ASA/PC合金紫外光加速老化1000 h色差曲线
Fig.2 Delta E (a) and delta b (b) of ASA/PC alloys after 1000 h of UV-light accelerated ageing
2.3 不同合金组分对ASA合金耐候性能影响
ASA/PMMA合金、ASA/PC合金作为最常用的两种合金，具有明显的特点，PMMA合金耐候性能和耐刮擦性能优异，但冲击性能稍差；而PC合金具有优异的抗冲击性能和耐热性能，但耐候性能不如前者。

这些特点也决定了两种合金在不同的领域及不同要求的场合得到差异化应用。

此外，PBT、PA也常被用来制备与ABS及ASA的合金，如图3展示了不同合金组分对ASA耐候性能的影响。

其中PC、PBT合金老化后色差明显大于ASA树脂，1000小时后色差分别达到了8.4和10.8；而PMMA、PA合金的色差则小于ASA，老化1000小时后的色差仅为1.5和0.7。

ASA 及其与PMMA、PA的合金更加适用于高耐候要求的应用，而PC、PBT合金则更适用于高韧性、高耐药环境的应用。

图3 ASA及其合金紫外光加速老化1000 h色差曲线
Fig.3 Delta E (a) and delta b (b) of ASA and its alloys after 1000 h of UV-light accelerated ageing
(下转第90页)
广东化工 2019年第5期· 90 · 第46卷总第391期
Fig.2 The compressive strength of the cement development at 1.85
g/cm3, 155 ℃, 7 d
4 现场应用
海上某区块的油气储层大多为致密的砂岩和泥岩，井深多在4000 m以上，封固地层气层显示段多，井底静止温度高于150 ℃，其中某井的井底最高温度达到了170 ℃，对固井水泥浆的抗高温和防气窜性能提出挑战。

增韧防气窜水泥浆在海上10余口高温低孔渗探井的φ244.475mm套管和φ177.8mm尾管进行应用，设计水泥浆密度1.85 g/cm3，稠化时间200~350 min，API失水＜50 mL，自由水为零，24 hr抗压强度＞3000 psi，弹性模量＜6000 MPa，塑性粘度180 cp，动切力20 lbf/100 ft2，固井施工过程安全顺利，固井后进行固井质量测井，结果显示封固质量全优。

5 结论
(1)增韧防气窜水泥浆能够缩短水泥浆从液态向固态转变的时间，降低水泥浆失重状态下气窜发生的可能性。

(2)增韧水泥石弹性模量低于6000 MPa，能够有效地抵抗井内温度和压力变化引起的水泥环应力破坏，延长水泥环的封隔寿命。

(3)海上十几口井作业实践表明，增韧防气窜水泥浆适用于海上“低孔低渗”气井固井作业。

参考文献
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(上接第75页)
塑料的抗光老化性能改性，除了采用高耐候的树脂本身，通常还会添加紫外光吸收剂、受阻胺等光稳定剂。

紫外光吸收剂起到吸收屏蔽辐射光中的高能量紫外线，以阻止光致自由基的产生；而受阻胺则是一种自由基捕捉剂，通过自身参与反应阻止光氧化链式反应的进行，从而起到保护树脂基材的效果。

[11]由于受阻胺是弱碱性的助剂，如果材料或配方中含有酸性基团或分子，会扼制受阻胺捕获自由基，材料的耐候性能就会变差。

上述对比的几种合金树脂组分，PMMA是一种中性的树脂且本身具有很好的耐候性，PA树脂呈现弱碱性与受阻胺光稳定剂产生一定的协同作用，因此PMMA、PA合金表现出更好的耐候性；而PC、PBT同属于聚酯类，树脂本身为弱酸性，抑制了受阻胺光稳定剂发挥应有的作用，因此这两种合金的耐候性要弱于ASA树脂本身。

3 结论
(1)ASA/PMMA合金随着PMMA含量的增加，材料的拉伸强度和表面硬度有较大提高，而缺口冲击强度呈下降趋势；抗光老化性能由于PMMA的加入有了大幅度的提升。

(2)ASA/PC合金具有高韧性和高耐热的优点，30 %的PC含量就可以使合金缺口冲击强度达到40 kJ·m-2以上；其耐候性能较ASA树脂本身略有下降。

(3)ASA和不同树脂形成合金表现出不同性能，其耐候性顺序为ASA/PA＞ASA/PMMA＞ASA＞ASA/PC＞ASA/PBT。

PA树脂本身具有弱碱性，与受阻胺光稳定剂有一定协同作用，而PC、PBT 具有弱酸性，抑制了受阻胺的作用。

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