曹琳，張光正，賀子芹，杜崇銘,，林湖彬,，朱建一，王玉海，林志丹

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；

2.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632；

3. 華南師范大學(xué)，廣東 廣州 510631）

碳材料改性ABS及其共混物的研究進(jìn)展*

Progress in carbon materials ABS and blends

曹琳2，張光正2，賀子芹2，杜崇銘1,2，林湖彬1,2，朱建一1，王玉海3，林志丹2

（1.惠州市昌億科技股份有限公司，廣東 惠州 516227；

2.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632；

3. 華南師范大學(xué)，廣東 廣州 510631）

ABS及其共混物，由于其性能的優(yōu)越，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在國內(nèi)外占重要地位。而近年來隨著更多新型碳材料的出現(xiàn)，利用碳材料改性高分子材料的研究也越來越多。本文將從碳材料改性ABS及其共混物的的力學(xué)、阻燃、電學(xué)、耐溫和雷達(dá)波吸收性能五個方面介紹一下改性技術(shù)的進(jìn)展。

碳材料；ABS；改性

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）樹脂是五大合成樹脂之一，是一種重要的熱塑性工程塑料[1~2]，因為其本身具有的沖擊強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易加工和回收等特點，得到了人們的關(guān)注，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域。最近3D打印產(chǎn)業(yè)迎來國家級發(fā)展推進(jìn)政策。工信部正式發(fā)布的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015-2016年）》中也提出了3D打印的發(fā)展目標(biāo)，而應(yīng)用最早、最廣泛的3D打印材料就是ABS。為了進(jìn)一步提高ABS的力學(xué)、導(dǎo)電、電磁屏蔽等性能,適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展要求，傳統(tǒng)方法是使用碳黑、碳纖維等纖維狀填料對ABS進(jìn)行強(qiáng)化。近年來隨著更多新型碳材料的出現(xiàn)，使用石墨烯、碳納米管等改性ABS及其共混物的力學(xué)、導(dǎo)電、吸波、熱解、阻燃等性能的研究也越來越多。

1 碳材料改性ABS及其共混物的力學(xué)性能

隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對薄壁材料的剛性、外觀、外形等有了進(jìn)一步的要求，相應(yīng)的也就對打印材料的力學(xué)性能有了進(jìn)一步的要求，雖然ABS的性能已經(jīng)非常優(yōu)異，但是進(jìn)一步提高ABS及其共混物的力學(xué)性能，已經(jīng)成為了當(dāng)今熱點。

M.L Shofner[3]等人通過將單壁碳納米管和氣相生長碳纖維分別與ABS共混，共混物的彈性模量分別提高了44%和93%。

王云峰[4]通過將ABS粒子經(jīng)過帶有經(jīng)典的石墨烯干粉噴涂改性，然后再將ABS粒子與其他組分共混擠出造粒，生產(chǎn)出了一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱的ABS母粒。

劉廣華[5]等人制備的ABS/碳納米管復(fù)合材料的力學(xué)性能測試表明，當(dāng)碳納米管含量為3wt%時力學(xué)性能得以大大提高，拉伸強(qiáng)度提高近48%，彈性模量提高近127%，彎曲強(qiáng)度提高近73%。

2 碳材料改性ABS及其共混物的阻燃性能

ABS是一種性能優(yōu)異的工程塑料，但是ABS樹脂的阻燃性能卻比較差，實際應(yīng)用中，很多人通過添加大量的阻燃劑來提高ABS的阻燃性能，但是在提高阻燃性的同時，卻降低了材料本身的性能。近年來很多研究者，采用添加碳材料，在不降低材料本身性能的前提下，提高ABS及其共混物的阻燃性能。

張麗[6]發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯加入量為5%時，石墨烯/ ABS復(fù)合體系的氧指數(shù)提高到了24.8%，比未加入時提高了3.8%。

3 碳材料改性ABS及其共混物的電學(xué)性能

ABS具有眾多優(yōu)異性能，但良好的絕緣性易產(chǎn)生靜電，易產(chǎn)生吸塵、電擊現(xiàn)象，限制了它的很多應(yīng)用。研究具有優(yōu)良抗靜電性能的ABS材料，對ABS的發(fā)展具有重要意義。一般來說，導(dǎo)電填料在基體中的有效濃度越高，材料的滲流閥值降低，導(dǎo)電性能提高。如果導(dǎo)電填料分布在分散相中，相當(dāng)于被孤立起來通常不導(dǎo)電，但是由于ABS具有復(fù)雜的相形態(tài)，則導(dǎo)電碳材料的分布受更多因素影響，因此研究碳材料改性ABS及其混合物的導(dǎo)電性能具有重要意義[7]。

宋永江[8]通過將碳纖維、碳納米管、炭黑等導(dǎo)電材料與ABS進(jìn)行混合，壓制形成導(dǎo)電復(fù)合材料雙極板后得到的雙極性鉛酸電池與傳統(tǒng)的單極電池相比，內(nèi)阻低了28%，以0.5 Ca放電，比能量15%左右。

陳杰[9]認(rèn)為當(dāng)CNTs分布在共混物界面處時，相較于分布在共混物一相中，更有利于改善材料的導(dǎo)電性能。值得一提的是，在他的實驗中得到的逾滲閾值（0.05wt%）是迄今為止共混物導(dǎo)電復(fù)合材料中得到最低的逾滲閾值，陳杰認(rèn)為這由于單獨以ABS-g-MA/ CNTs為母料可以使大量的CNTs成功地分布在共混物的界面處，降低了形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)所需CNTs的含量。

4 碳材料改性ABS及其共混物的耐溫性能

提高ABS的冷熱穩(wěn)定性，對于實際生產(chǎn)具有重大意義。劉廣華[5]采用熔融共混法將ABS與碳納米管復(fù)合，所得的復(fù)合材料的熱失重溫度提高了10 ℃。

徐春華[10]發(fā)現(xiàn)可以在ABS中添加碳納米管和其他耐熱劑等輔助劑，可以使得工程塑料不僅具有導(dǎo)電能力，還能使工程塑料的耐溫性降低，更有效的保證產(chǎn)品的安全。

郭文滿[11]將利用球磨剝離石墨微片成石墨烯并填充到復(fù)合材料中，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能得到了很好的改善。

5 碳材料改性ABS及其共混物的雷達(dá)波吸收性能

為提高國家軍事戰(zhàn)斗力，作為提高武器系統(tǒng)生存能力和突防能力的有效手段, 吸波材料已被當(dāng)今世界各國視為重點開發(fā)的軍事高新技術(shù)。2004年沈曾民[12]等人制備了碳納米管/ABS樹脂復(fù)合材料，結(jié)果表明，復(fù)合材料在5.39 ~7.19 GHz頻率范圍內(nèi)的反射率小于-5 dB，有吸收波的性能，為制造新型增強(qiáng)吸收波材料奠定了基礎(chǔ)。2008年南開大學(xué)[13]將單壁碳納米管與ABS樹脂復(fù)合形成的復(fù)合材料，屏蔽效果可以達(dá)到49 dB，雷達(dá)波吸收效果可達(dá)12 dB。

[1] 溫變英，葉志殷. ABS/Cu 粉導(dǎo)電復(fù)合材料性能研究[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2010（1）： 13~17.

[2] 朱雷，李仲謹(jǐn)，余麗麗，等. 碳納米管/聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展[J]. 化工科技， 2009， 17（1）： 71~75.

[3] Shofner M L，Rodriguez-Macias F J，Vaidyanathan R，et al. Single wall nanotube and vapor grown carbon fiber reinforced polymers processed by extrusion freeform fabrication[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing，2003，34（12）：1 207~1 217.

[4] 王云峰. 一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱ABS母粒及其制備方法 [P].專利：201410040989，2014-5-21.

[5] 劉廣華，宋國君，王立 . ABS/碳納米管復(fù)合材料性能的研 究 [J]. 科 技 信 息，2014，05期 . DOI:doi:10.3969/ j.issn.1001-9960.2014.05.035.

[6] 張麗. 石墨烯的制備及其對ABS樹脂阻燃性能的研究 [D].北京化工大學(xué)，2013.

[7] Sun Y, Guo Z X, Yu J. Effect of ABS rubber content on the localization of MWCNTs in PC/ABS blends and electrical resistivity of the composites[J]. Macromolecular Materials and Engineering, 2010, 295（3）： 263~268.

[8] 宋永江，羅云峰 . 復(fù)合材料雙極板配方優(yōu)化研究[J]. 電池，2015.

[9] 陳杰. 調(diào)控碳納米管分布制備共混物導(dǎo)電復(fù)合材料的研究[D]. 西南交通大學(xué)，2014.

[11] 郭文滿. 石墨烯導(dǎo)熱納米復(fù)合材料的研究[D]. 華僑大學(xué)，2013.

[12] 沈曾民，楊子芹，趙東林， 等. 碳納米管/ABS 樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能和雷達(dá)波吸收性能的研究[J]. 復(fù)合材料學(xué)報， 2003， 20（2）： 25~29.

[13] 功玉. 南開單壁碳納米管技術(shù)先進(jìn)[J]. 塑料科技，2008， 36（2）： 85~85.

(P-02)

TQ330

1009-797X (2015) 24-0036-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.012

徐春華. 一種耐低溫導(dǎo)電工程塑料配方. CN，doi:CN103265811 A[P]. 2013.

曹琳（1993-），女，畢業(yè)于暨南大學(xué)，研究生在讀，主要研究高分子材料。

2015-10-12

惠州市天鵝計劃（20131226120548921）；廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新攀登計劃（89015009）；國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（201510559009）。