李 歆

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

摻混單元影響ABS樹脂產(chǎn)品質(zhì)量的因素分析

李 歆

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

ABS樹脂兼有丙烯腈的剛性、丁二烯的韌性和苯乙烯的易加工性能，廣泛應(yīng)用在電子、電器、汽車、建筑及生活用品等方面。論述了ABS樹脂的產(chǎn)品性能及生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的影響因素，分析了摻混過程中影響ABS樹脂產(chǎn)品質(zhì)量的各個(gè)因素，包括助劑的影響、擠出機(jī)參數(shù)調(diào)整、水浴溫度調(diào)整等，也分析了摻混過程中對產(chǎn)品色差的影響。

ABS樹脂 摻混單元 產(chǎn)品質(zhì)量 產(chǎn)品色差

0 引 言

ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，是一種熱塑性工程塑料。ABS樹脂兼有丙烯腈的剛性、丁二烯的韌性和苯乙烯的易加工性能，廣泛應(yīng)用在電子、電器、汽車、建筑及生活用品等方面。

天津大沽化工40萬t/a ABS裝置引進(jìn)沙比克公司乳液接枝本體 SAN摻混工藝專利技術(shù)，該裝置由聚丁二烯乳膠(PBL)單元、高橡膠接枝(HRG)單元、苯乙烯-丙烯腈聚合(SAN)單元和摻混單元組成。摻混單元共 21條擠出線，可生產(chǎn)注塑、擠出、管材、阻燃、電鍍5類共17種ABS樹脂，其中包括4種高黑高亮產(chǎn)品。影響 ABS樹脂質(zhì)量的因素有很多，摻混單元的助劑添加量、擠出機(jī)筒節(jié)溫度、擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速及進(jìn)料量配比、水浴溫度和喂料器運(yùn)行情況等對最終產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大，根據(jù)不同牌號控制合適的工藝參數(shù)是研究的重點(diǎn)。

1 ABS樹脂的產(chǎn)品性能

ABS樹脂由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3種原料組成，密度約為 1.03～1.2,g／cm3，具有優(yōu)良的綜合性能。丙烯腈賦予 ABS樹脂良好的耐熱性、耐酸堿鹽等化學(xué)腐蝕性質(zhì)及表面硬度，丁二烯賦予 ABS樹脂低溫延展性和韌性，但是過多的丁二烯會降低 ABS樹脂的硬度、光澤度及流動性，苯乙烯賦予 ABS樹脂硬度、加工流動性及產(chǎn)品表面光潔度。ABS樹脂不受水、無機(jī)鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產(chǎn)生應(yīng)力開裂；具有高光澤且吸水率低；熱變形溫度為 93～118,℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高 10,℃左右；-40,℃時(shí)仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40～100,℃的溫度范圍內(nèi)使用；同其他材料的結(jié)合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。

ABS樹脂的性能主要受如下因素影響：①3種原料的配比；②聚丁二烯的顆粒大小及分布情況；③高橡膠接枝粉的交聯(lián)密度及化學(xué)性質(zhì)；④SAN樹脂的組成、分子量及化學(xué)性質(zhì)；⑤擠出機(jī)工藝參數(shù)設(shè)置。ABS樹脂的沖擊性能與樹脂中橡膠含量多少、粒徑大小和交聯(lián)密度有關(guān)，隨著橡膠含量的增加，沖擊強(qiáng)度也增加，然而高橡膠含量也使 ABS樹脂流動性、拉伸力、彎曲、硬度和熱扭曲特性降低。SAN樹脂中丙烯腈含量對 ABS樹脂的沖擊性能也有影響，當(dāng)兩相中苯乙烯/丙烯腈比接近相等時(shí)相容性最好，可獲得最大的沖擊強(qiáng)度。在橡膠含量恒定時(shí)，丙烯腈的含量對拉伸強(qiáng)度和流動性有一定影響，隨著丙烯腈含量的增加，流動性降低，拉伸強(qiáng)度增大。

2 摻混單元影響 ABS樹脂產(chǎn)品質(zhì)量的因素分析

2.1 助劑的影響

生產(chǎn) ABS樹脂時(shí)，摻混單元根據(jù)不同牌號需要加入多種助劑，以改善產(chǎn)品最終性能，助劑過多或過少對產(chǎn)品的最終性能影響也不同。

2.1.1 除酸劑的影響

除酸劑是與高橡膠接枝粉(HRG)中殘存的酸反應(yīng)的堿性物質(zhì)，酸是在絮凝工藝中殘存的硫酸和在PBL單元使用的硬脂酸，如果不中和掉，會引起擠出機(jī)、模具設(shè)備和模具的腐蝕問題。在擠出片材產(chǎn)品時(shí)，殘留酸也能引起模頭劃線和其他表面問題。

2.1.2 潤滑和金屬釋放劑的影響

加入潤滑劑是增強(qiáng)聚合物的流動性；加入金屬釋放劑可使熱聚合物盡可能少地粘在金屬表面，例如擠出機(jī)內(nèi)壁、模具的熱流道系統(tǒng)。像 EBS蠟等一些助劑既有潤滑作用又有金屬釋放作用，潤滑和金屬釋放劑的加入偏差要控制好，過少加入會在下游客戶那里發(fā)生工藝事故。查資料得知，增加 EBS蠟的分?jǐn)?shù)，也可增加產(chǎn)品的流動性，對其他性能影響不大，以 DG-417為實(shí)驗(yàn)材料，我們證實(shí)了這一理論。該實(shí)驗(yàn)僅調(diào)整EBS蠟的分?jǐn)?shù)，其他參數(shù)均不變，見圖1。

圖1 DG-417實(shí)驗(yàn)Fig.1 DG-417 experiment

2.1.3 沖擊增強(qiáng)劑(DSP)的影響

聚二甲基硅氧烷聚合物(DSP)是一種清澈的高黏度液體和一種有效的沖擊增強(qiáng)劑，但組分相容性不是最優(yōu)的，過少加入會導(dǎo)致產(chǎn)品沖擊性能偏低，電鍍性能變差，過多加入會增加成本，包在熱氧化劑表面而降低效率。2013年10月11～13日，摻混單元二期R#線生產(chǎn)DG-MG94分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 摻混單元二期R#線生產(chǎn)DG-MG94分析Tab.1 Analysis on DG-MG94 production by phase II R# line compounding unit

從分析結(jié)果來看，11日的沖擊強(qiáng)度在17.5，12日突然降低到 15.2，生產(chǎn)配方未做任何調(diào)整，各喂料器運(yùn)行曲線未見異常，但DSP計(jì)量泵壓力偏大，停車檢查發(fā)現(xiàn) DSP進(jìn)入擠出機(jī)筒節(jié)處的接頭稍堵，導(dǎo)致DSP加入量不足，造成沖擊強(qiáng)度明顯降低，更換后重新開車，13日沖擊強(qiáng)度又上升到15.9。

2.1.4 穩(wěn)定劑的影響

加入穩(wěn)定劑是為了在生產(chǎn)過程中保護(hù)橡膠免于熱氧化，并可保持產(chǎn)品長時(shí)間的物理特性。受阻酚是主要的抗氧劑，用來保護(hù)產(chǎn)品長時(shí)間的物理特性；穩(wěn)定劑亞磷酸鹽可保護(hù)產(chǎn)品的基色。

2.1.5 阻燃劑的影響

ABS本來不是阻燃的，為生成 UL94V-0級的阻燃產(chǎn)品，需加入大量的鹵代物。鹵素助劑在高溫降解可以生成諸如 HBr能破壞燃燒工藝的產(chǎn)物，加入配合劑三氧化二銻可進(jìn)一步加強(qiáng)燃燒過程的破壞，為減少火通過滴落融化的聚合物的蔓延，阻燃型 ABS樹脂中也要加入抗滴劑。由于鹵素助劑在高溫降解，生產(chǎn)阻燃型 ABS樹脂時(shí)要小心避免溫度過高。過少加入阻燃劑產(chǎn)品將無法達(dá)到阻燃效果，過多加入將增加成本，使產(chǎn)品沖擊性能降低，著色性能降低。2013年5月 17日摻混單元一期 1#線試產(chǎn)阻燃型 DG-FR11 ABS樹脂，②配方較①配方阻燃劑TBBPA分?jǐn)?shù)降低0.72，抗氧劑AO分?jǐn)?shù)降低0.4，分析結(jié)果見表2。

表2 摻混單元一期1#線試產(chǎn)阻燃型DG-FR11 ABS樹脂分析Tab.2 Analysis on trail-production of DG-FR11 flame-retarded ABS resin by phase I 1# line compounding unit

很明顯，阻燃劑降低對最終產(chǎn)品的阻燃效果影響很大。

2.1.6 母料的影響

色母料染色使用方便，對環(huán)境影響小，對操作人員的身體健康影響不大，而且分散性好，產(chǎn)品顏色和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。色母料的稀釋比一般為 1∶(20～100)，僅考慮光澤度的前提下，選擇稀釋比為 1∶20～1∶100做 9組 DG-MG94KF試產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果見表3。

表3 9組DG-MG94KF試產(chǎn)實(shí)驗(yàn)Tab.3 List of 9 groups of DG-MG94KF trail-production experiment

為了滿足客戶對黑色 ABS樹脂光澤度的要求，同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)成本，我們要選擇合適的稀釋比，即色母料的添加比例。我公司使用的是工業(yè)級TW-701色母料，色散度高、覆蓋力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，摻混單元使用的科貝隆擠出機(jī) L/D較高，選擇稀釋比較高，以 1∶50為宜的母料。

2.2 擠出機(jī)轉(zhuǎn)速及進(jìn)料量配比的影響

合理的擠出機(jī)轉(zhuǎn)速及進(jìn)料量配比對產(chǎn)品的最終性能有較大影響，2012年10月12日，為了提高DGMG29 ABS樹脂的沖擊性能，我們做了如下試驗(yàn)，兩組試驗(yàn)的配方完全相同，擠出機(jī)進(jìn)料量相同，只是擠出機(jī)轉(zhuǎn)速不同，具體參數(shù)包括：①轉(zhuǎn)速 800,rpm，進(jìn)料量 60%，扭矩 73.2%，背壓 53,bar，壓差 21,bar，換網(wǎng)器單汽缸，3層網(wǎng)。②轉(zhuǎn)速 600,rpm，進(jìn)料量 60%，扭矩 89.1%，背壓 63,bar，壓差 25,bar，換網(wǎng)器單汽缸，3層網(wǎng)。分析結(jié)果如表4所示。

表4 DG-MG29 ABS樹脂沖擊性能提高試驗(yàn)Tab.4 Impact property enhancing tests for DG-MG29 ABS resin

由此可見，合理的擠出機(jī)轉(zhuǎn)速及進(jìn)料量配比對產(chǎn)品的沖擊性能影響較大。進(jìn)料量相同的條件下，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速降低，扭矩背壓增大，有利于增加產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度，但是扭矩的增加對生產(chǎn)也有影響，要將扭矩控制在合理范圍內(nèi)，以免造成不必要的停車。

2.3 擠出機(jī)筒節(jié)溫度的影響

擠出機(jī)筒節(jié)溫度要根據(jù)不同牌號設(shè)定合理的溫度，溫度過高或過低對產(chǎn)品性能有很大影響。DG-417,KF是我公司研發(fā)的一種高黑高亮ABS樹脂，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，將筒節(jié)溫度做了如下調(diào)整，于 2013年 10月 27日開展摻混單元一期 3#線試產(chǎn)，具體參數(shù)包括：①保持進(jìn)料量在60%，螺桿轉(zhuǎn)速在750,rpm，將所有筒節(jié)溫度在條件卡基礎(chǔ)上調(diào)低 40,℃，生產(chǎn)3,h；②保持進(jìn)料量在 60%，螺桿轉(zhuǎn)速在 750,rpm，將所有筒節(jié)溫度在條件卡基礎(chǔ)上調(diào)低 20,℃，生產(chǎn) 3,h。分析結(jié)果如表5所示。

從分析結(jié)果來看，在①條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量稍好，熔體流速和沖擊強(qiáng)度均較高。

表5 DG-417,KF ABS樹脂摻混單元一期3#線試產(chǎn)分析Tab.5 Analysis on trial-production of DG-417,KF ABS resin by phase I 3# line compounding unit

2.4 水浴溫度對產(chǎn)品外觀的影響

水浴是用于冷卻拉條的，對產(chǎn)品的最終性能不產(chǎn)生影響，但會影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。水浴溫度過低，高溫拉條進(jìn)入水浴后迅速冷卻使表面固化堅(jiān)硬，內(nèi)部物料隨著冷卻而體積變小，會造成顆粒內(nèi)部出現(xiàn)空心；水浴溫度過高會導(dǎo)致切粒時(shí)出現(xiàn)粘料，也會給切粒機(jī)壓輥造成損害。2014年2月25日摻混單元二期K#線90孔模頭生產(chǎn)的DG-417 ABS樹脂，由于模頭孔偏大，拉條散熱較多，水浴溫度控制不好容易出現(xiàn)粘料。

3 摻混單元使產(chǎn)品色差偏大的因素分析

色差是指試樣顏色與標(biāo)準(zhǔn)顏色在色度坐標(biāo)中的幾何距離之差，可用數(shù)據(jù)來表示，若 2個(gè)色樣樣品都按 L、a、b標(biāo)定顏色，兩者之間的總色差 ΔE可用下列公式來計(jì)算：

明度差：ΔL*＝L1*-L2*

色度差：Δa*＝a1*-a2*(a 為紅/綠值)；Δb*＝b1*-b2*(b為黃/藍(lán)值)

總色差：ΔE＝[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2

+ΔL*＝明亮的，-ΔL*＝較暗的

+Δa*＝較紅的(少綠的)，-Δa*＝較綠的(少紅的)

+Δb*＝較黃的(少藍(lán)的)，-Δb*＝較藍(lán)的(少黃的)

表6為2014年02月 19日摻混單元包裝7#線色差分析結(jié)果。

從分析結(jié)果看，明度值整體都低于標(biāo)準(zhǔn)比色板的明度值；色度方面，a值和b值都略高于標(biāo)準(zhǔn)值，說明ABS樹脂顏色偏紅偏黃。

本公司的生產(chǎn)技術(shù)是乳液接枝本體 SAN摻混法，所有物料最終都要通過擠出機(jī)進(jìn)行摻混擠出，因此控制好擠出線的生產(chǎn)情況，對產(chǎn)品的色差至關(guān)重要。

在摻混單元影響色差主要包括以下幾個(gè)方面：①模頭更換周期偏長，模頭內(nèi)部降解的黑料積累過多；②換網(wǎng)器換網(wǎng)周期偏長，過濾網(wǎng)上雜質(zhì)過多，可能會污染產(chǎn)品；③使用了色差偏大的返料；④成品料倉、除鐵器、輸送管線等內(nèi)壁上附著了部分氧化了的物料，隨物料的輸送一起進(jìn)入到擠出機(jī)摻混擠出；⑤擠出機(jī)上次停車或本次重新開車未做徹底的凈空處理，導(dǎo)致降解的物料混入到新料中。

表6 摻混單元包裝7#線色差分析(2014年2月19日)Tab.6 Color difference analysis on packing 7# line compounding unit on Feb. 19, 2014

以上幾處影響色差的因素，會導(dǎo)致某一時(shí)刻某一條擠出線色差出現(xiàn)波動，經(jīng)過模頭更換、換網(wǎng)器濾網(wǎng)更換等工作的處理，色差可恢復(fù)正常。2014年 02月20日摻混單元包裝7#線色差分析結(jié)果見表7。

表7 摻混單元包裝7#線色差分析(2014年2月20日)Tab.7 color difference analysis on packing 7# line compounding unit on Feb. 20, 2014

發(fā)現(xiàn)19日包裝7#線色差偏大后，我們立即對相應(yīng)的擠出線進(jìn)行處理，對比兩次色差分析結(jié)果，20日包裝 7#線的色差明顯降低，因此日常生產(chǎn)中要嚴(yán)格規(guī)范擠出機(jī)模頭和換網(wǎng)器網(wǎng)子更換頻率等日常維護(hù)工作。

4 結(jié) 論

ABS樹脂生產(chǎn)過程中，多種因素影響產(chǎn)品最終性能及質(zhì)量，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。因此日常生產(chǎn)中，要按工藝要求和規(guī)范制度嚴(yán)格把控每一項(xiàng)工作，積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能提高ABS樹脂產(chǎn)品質(zhì)量，立足于市場。

［1］黃立本，張立基，趙旭濤. ABS樹脂及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：196-198.

［2］姜衛(wèi)華，王俊琪. ABS注塑制品色差的研究[J]. 塑料工業(yè)，2009，37(5)：75-77.

［3］李輝. 影響 ABS質(zhì)量因素及對策[C]. ABS年會論文集，2005.

［4］天津大沽化工股份有限公司ABS事業(yè)部. 摻混單元操作手冊[Z].

Analysis on ABS Resin Product Quality in Compounding Units

LI Xin
(ABS Plant of Tianjin Dagu Chemical Industry Co.，Ltd.，Tianjin 300455，China)

ABS resins have the characteristics of acrylonitrile’s rigidity，butadiene’s toughness and styrene’s easyprocessability and have been widely applied in electronics，electrical appliances，automobiles，buildings and articles of daily use. Product performance and production influence factors of ABS resins were discussed. Each factor that influences ABS product quality in compounding units，such as impact of additives，parameter adjustment of extruder and bath temperature adjustment was analyzed and the influence of color difference was discussed.

ABS resin；compounding unit；product quality；color difference

TB303

A

1006-8945(2014)10-0086-04

2014-09-09