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行业动态
ABS管材专用料的开发

摘要 以目前国内应用较好的进口ABS管材专用料为参比对象,以改进ABS材料的拉伸强度、冲击强度、加工性能为目标,通过调整ABS管材专用料配方与工艺,生产出用户满意的ABS管材专用料。
  ABS树脂在建材行业主要用于制作管材,如给水管、排水管等。按成型方式,又可分为实芯管、低发泡管。ABS给水管的优点是质地坚实而有韧性,外表美观;抗内压强度高,适用温度范围宽(-40~90℃)隔热保温性能优良;耐化学腐蚀性好,不生锈,不结垢;水阻小,供水节能约50%;噪音小,质量轻,运输及施工方便。据统计,ABS给水管综合造价低于镀锌管。ABS排水管主要用于住宅建筑物的污水排放,工业废水、废气排入,农田排灌和水利建设,地下导线管等。ABS发泡管采用三层共挤出工艺生产,不仅能节省原料、减轻自重、增加韧性,而且还提高隔音绝热性能,中间芯层可采用回收料,有利于资源的综合利用。与实芯相比,中间芯层的低发泡管价格可降低约25%。美国在非压力管领域中低发泡ABS管已经代替了50%的实芯管。
  近几年,国内一些塑料生产厂家看准了ABS管材的潜在竞争优势,在开发上做了许多有益的试验研究。兰州石化橡胶厂在从事ABS树脂研究生产40余年历史的基础上,对用户较为满意的进口ABS管材进行了组成剖析和物理力学性能测试等一系列研究工作,开发出了用户较为满意贩ABS管材专用料GC-01和GS-01型产品。
  1 实验部分
  1.1 主要原材料
  ABS粉料:RB型、RF型,胶含量52.5%,其中RB的特性粘度0.45~0.55Dl/g,接枝胶含量62%~71%;RF的特性粘度0.30~0.40Dl/G,接枝胶含量≥80%,自制。
  (苯乙烯/丙烯腈)共聚物(SAN):AP-H,珠料,特性粘度0.55~0.65Dl/G,自制;
  SAN:HH-C200,粒料,结合丙烯腈28%~30%,熔体流动速率1.8~2.3g/10min,拉伸强度≥70Mpa,冲击强度≥10J/m,自制;
  SAN:HH-C300,粒料,结合丙烯腈30%~32%,熔体流动速率1.2~1.8g/10min,拉伸强度≥72Mpa,冲击强度≥10J/m,自制。
  1.2 专用料制备
  按配方准确计量ABS粉料、SAN珠料、SAN粒料及助剂,加入到掺混器中,经充分掺混,装入缓冲料斗再次掺混,经架桥破碎机及螺杆喂料机,用双螺杆挤出机挤出造粒,制得专用料。
  1.3 测试标准
  常规力学性能如冲击强度、拉伸强度、弯典弹性模量、弯曲强度等按相应国家标准测试。
  熔体流动速率(MFR)按GB3682-1989测试;
  硬度按GB9342-88测试;
  耐静压性能按GB/T6111-85标准测试;
  蠕弯性能按GB11546-89标准测试。
  当材料用于制作给水管时,要做卫生试验,即将管材置于沸水中蒸煮之后测定有机物含量。具体测试方法按GB/T 17219-7998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》进行。
  2结果与讨论
  下般情况下,对管材的要求是:①拉抻强度要高。它影响管材的抗收缩性能。若拉伸强度低,长时间使用,管材易弯曲、变形。②静态弯曲强度要高。这一指标直接影响管道的长期耐静压性能和抗蠕变性能,决定着管道的使用安全性和使用寿命。③冲击强度要高。尤其用于废水、废气排放的非压力管材,都要求ABS有高的冲击强度,美国GE公司的高抗冲型ABS的冲击强度在400J/m以上。
  2.1 提高ABS管材的耐静压性能
  ABS管材的耐静压性能主要取决于原料的拉伸强度、添加剂含量和制品厚度,ABS管材生产厂家在选择材料时,都要求在满足一定的耐静压条件下,能更多地加入添加剂以减小制品厚度,降低成本,这就要求原料有较高的拉伸强度。在开发GC-01型ABS管材专用料上,笔者共设计了7个配方。表1列出不同原料配比对ABS管材拉伸强度的影响。

  表1 不同原料配比对ABS管材拉伸强度的影响
配方编号 质量分数/%      拉伸强度/MPa
EB+RF  AR-H AP-N HH-C200 HH-C300
1# 36   44 0 20 0 39.5
2#  36   24 0 20 20 42.2
3#  33    0 30 17 20 43.4
4#  32    0 31 17 20 43.2
5#  34    0 30 11 25 45.0
6#  34    0 36 0 30 45.5
7#  35   35 0 30 0
  由表1可以看出,用高分子量的AP-N代替AP-H可提高材料的拉伸强度;HH-C300与AP-N的共同作用使材料的拉伸强度提高明显。通过配方调整,使ABS管材的拉伸强度从39Mpa提高到45Mpa。
  表2列出ABS管材的耐静压性能。由表2可知,拉伸强度高的材料制作的管材耐静压能力也较强。

  表2 ABS管材的耐静压性能
    耐静压性能        配方编号
             1#      2#     3#
管径20mm,4.2Mpa    42min破裂  1 h不破裂  1 h不破裂
管径50mm,3.2Mpa,40℃  5min破裂   35min破裂 1 h不破裂
管径50mm,4.0Mpa,40℃  直接破裂   18min破裂 1 h不破裂

  2.2提高ABS管材的抗长期蠕变性能
  ABS管材本身就有较好的抗长期蠕变性能,用于压力管材的ABS要求有更好的抗蠕变能力,提高ABS管材的冲击强度和静态弯典强度能够改善ABS管材的抗蠕变性能。
  试验表明,降低RB+RF的加入量,使用高分子量的AP-N代替AP-H,对提高ABS管材的冲击强度有较好效果,而HH-C300和AP-N都有提高ABS管材静态弯曲强度的作用。表3列出不同原料配比对ABS管材弯曲强度和冲击强度的影响。

  表3 不同原料配比对管材ABS树脂的弯典强度和冲击强度的影响
  配方编号  质量分数/%       弯曲强度/Mpa 冲击强度/J.m-1(23℃)      RB-RF  AP-H AP-N HH-C200 HH-C300    
1#  36.0  44.0    20.0 66.7      322   
7#  35.0  35.0 30          67.8      320   
3#  33.0     30 17 20     68.7      366   
6#  34.0 36 30 70.4      364

  2.3 改善专用料的加工性能
  2.3.1 降低MFR
  ABS管材生产厂家对加工性能的要求与ABS在其它应用领域的情况相反,需要适当降低ABS专用料的MFR,笔者通过对配方的调整,达到了降低MFR的目的。表4列出不同原料配比对ABS管材的MFR的影响。

  表4 不同原料配比对ABS管材MFR的影响
配方编号 质量分数/%       MFR//g.(10min)-1
RB-RF  AP-H  AP-N  HH-C200  HH-C300
1#   36.0  44.0       20.0          1.5
7#   35.0  35.0       30           1.3
3#   33.0       30   17     20     0.8
6#   34.0       36         30     0.6

  2.3.2 改善ABS管材的重复加工性和抗老化性能
  为提高ABS管材的抗老化性能,兰州石化合成橡胶厂不仅加大了抗氧剂的加入量,而且重新选用性能优良的新型抗氧剂,其氧化诱导期为820S。选择新型抗氧剂使管材的抗老化性能和重复加工性能得到很大提高,见表5。由表5可能看出,采用新型抗氧剂后经多次加工后,其黄色指数降低,冲击强度有较大提高。

  表5 ABS管材重复加工性能的改善
  项目  黄色指数YI      冲击强度/J.m-1(23℃)
原抗氧剂 新型抗氧剂 原抗氧剂 新型抗氧剂
  1次造粒  26.6  21.4     355   360
  2次造粒  37.5  26.7     343   352
  3次造粒  44.3  32.6     316   345

  2.4 ABS管材专用料配方的确定和性能评价
  通过近50批的小试试验,3次工业的生产,选定两种ABS管材专用料的配方列于表6。按表6配方生产的管材专用料的技术指标见表7。生产的GC-01型ABS管材专用料的性能与进口产品的比较见表8。

表6 管材ABS专用料的配方


  牌号 RB+RF  AP-H  AP-N  HH-C200  HH-C300 抗氧剂
  GS-1  36.0  44.0      20.0         适量
  GC-1  34.0      36.0        30.0   适量
  表7 ABS管材专用技术指标
   牌号       GS-01  GC-01
  密度/g.cm-3     1.04  1.04
  MFR/g.(10min)-1   ≥1.2  0.5~0.9
  弯曲强度/Mpa≥    58   66
  洛氏硬度,R标尺≥  90   100
  抗折系数/GPa≥       2.3
  拉伸强度/MPa≥    36 45
  缺口冲击强度/J.m-1≥ 320 350
  3结论
  (1)兰州石化合成橡胶厂利用自己生产的ABS粉料、悬浮聚合法和连续本体聚合法生产的SAN及多种助剂,开发了ABS管材专用料GC-01和GS-01,其性能达到了进口同类材料的水平,已被多家用接受。
  (2)重庆和湘潭几家管材生产厂已经加工出批量产品,耐压试验,安全卫生试验结果满足要求。

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