免噴涂材料是近年塑膠行業(yè)中客戶和材料開(kāi)發(fā)商都很有興趣的一類材料,，他通過(guò)向樹(shù)脂中添加特殊效果顏料，如鋁粉、珠光粉，來(lái)達(dá)到外觀具有美學(xué)效果，同時(shí)要改進(jìn)生產(chǎn)制造工藝,，通常其制造產(chǎn)能低于普通塑膠材料。不過(guò)可適合多種樹(shù)脂,，常見(jiàn)的各種工程塑料和通用塑料均可以制造免噴涂材料,，與應(yīng)用直接相關(guān)的問(wèn)題是，這類材料性能如何,，是否會(huì)和普通著色材料有明顯差異,，物理機(jī)械性能是否能達(dá)到應(yīng)用要求，生產(chǎn)成型效率是否會(huì)有所降低,。這些問(wèn)題也是客戶關(guān)心的問(wèn)題,，本文選取了常用的不同粒徑大小的鋁粉和珠光粉，以常用的ABS樹(shù)脂為例,，考察不同種類的效果顏料的添加對(duì)于ABS材料常規(guī)機(jī)械性能的影響,，并探討了這些影響的規(guī)律和導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因。

二.實(shí)驗(yàn)部分

1,、原材料

ABS樹(shù)脂,，中國(guó)石油化工總公司上海高橋石油化工公司

鋁粉A，國(guó)產(chǎn),，D50=11μm

鋁粉B,，國(guó)產(chǎn)，D50=70μm

鋁粉C,，國(guó)產(chǎn),，D50=140μm

珠光粉D，國(guó)產(chǎn),，D50=7μm,，密度2.9g/cm3

珠光粉E,，國(guó)產(chǎn)，D50=27μm,，密度2.9g/cm3

珠光粉F，國(guó)產(chǎn),，D50=43μm,，密度3.0g/cm3

2、主要儀器和設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī),，克勞斯瑪菲巴爾斯托夫ZE25,，螺桿直徑25mm，長(zhǎng)徑比為40

BS80-III型注塑機(jī),廣州博創(chuàng)公司,，鎖模力80T

萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司

沖擊試驗(yàn)機(jī)和熔融指數(shù)儀均為德國(guó)Zwick公司產(chǎn)品

3、試樣制備方法

按照配方稱量物料,，用手搖勻,，然后在220℃～230℃溫度條件下于雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，粒料在80℃烘箱中干燥3小時(shí),，然后使用注塑機(jī)在220℃～230℃溫度,，中等注射速度壓力條件下注塑，使用力學(xué)彎曲,、拉伸,、沖擊樣條標(biāo)準(zhǔn)模具成型，成為測(cè)試樣條,，樣條在20℃條件下放置24小時(shí),，然后測(cè)試各項(xiàng)力學(xué)性能。

4,、性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

拉伸性能按照GB/T 1040-2006測(cè)試,，樣條截面10mm×4mm，拉伸速率為50mm/min,；

沖擊性能按照GB/T 1843-2008測(cè)試,，缺口樣條截面為8mm×4mm，擺錘為2.75J,；

彎曲性能按照GB/T 9341-2008測(cè)試,，速率為2mm/min，共5min,；

熔體流動(dòng)速率按照GB/T 3682-2000進(jìn)行測(cè)試,，條件220℃，載荷為10kg,。

三.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通常情形下鋁粉和珠光粉的價(jià)格比樹(shù)脂昂貴,，所以達(dá)到外觀要求后,，不會(huì)添加更多的效果顏料作為填充，常見(jiàn)的添加量不會(huì)超過(guò)2%,，我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為分別添加0.5%,，1%，1.5%,，2%,，比較含有效果顏料的材料和未添加效果顏料，僅僅采取同樣擠出加工造粒的樹(shù)脂,，兩者的性能差異,。

1、 對(duì)拉伸性能的影響

圖1 效果顏料添加量對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響（單位：MPa）

圖1是不同效果顏料對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響,，從圖中可以看出,，隨著添加量的增加，拉伸強(qiáng)度逐漸降低,，但是總體來(lái)看,，降低的幅度比較小，降低幅度最大也不超過(guò)10%,，這降低的效果與效果顏料的種類,、粒徑的關(guān)系不明顯。

表1 效果顏料添加量對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率的影響

表1是隨著各種效果顏料的添加量的增加,，材料斷裂伸長(zhǎng)率的影響,，由于斷裂伸長(zhǎng)率本身測(cè)量有一定的偏差，不大的偏差比較,，不能得出統(tǒng)一的結(jié)論,，可以看出在此種添加量情形下，添加多少對(duì)于伸長(zhǎng)率幾乎無(wú)影響,，差別很小,，這些材料的斷裂伸長(zhǎng)率大致是屬于同一范圍之內(nèi)的。

2,、 對(duì)彎曲性能的影響

表2 效果顏料添加量對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響（單位：Mpa）

表2是隨著效果顏料添加量增加,，測(cè)試得到的彎曲強(qiáng)度的變化規(guī)律，這所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在（70.04,，72.51）的區(qū)間范圍內(nèi),，相對(duì)于樹(shù)脂的差異在（-1.3%，+2.2%）之間,，無(wú)論是隨著添加量的增大,，還是隨著效果顏料種類的不同，這些數(shù)據(jù)都不能表現(xiàn)出來(lái)明確的變化規(guī)律,，所以我們認(rèn)為在2%添加量以內(nèi),，彎曲強(qiáng)度沒(méi)有變化,。

圖2 效果顏料添加量對(duì)彎曲模量的影響（單位：Mpa）

從圖2可以看出，隨著效果顏料添加量的增加,，所有的材料模量都增加了,，而且添加越多，模量增加得越多,，模量最高時(shí),，比樹(shù)脂提高了14%，另外一個(gè)有意思的現(xiàn)象是,，珠光粉的增強(qiáng)效果要略好于鋁粉。從圖上看不出來(lái)效果顏料的粒徑大小對(duì)材料模量影響較明顯的規(guī)律,，無(wú)論其粒徑大小,，均有輕微的增強(qiáng)效果。

3,、 對(duì)沖擊性能的影響

圖3 效果顏料添加量對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度的影響

盡管添加重量只有不超過(guò)2%,，但這些效果顏料對(duì)于材料的缺口沖擊強(qiáng)度的影響是很大的，下降幅度也較多,，最大可達(dá)41%,，從圖中可以觀察出以下規(guī)律：

對(duì)于任何一種效果顏料來(lái)說(shuō)，添加量越大,，沖擊強(qiáng)度下降越多,；

鋁粉對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響不如珠光粉來(lái)得大，相同添加量時(shí),，性能保持得更好,；

粒徑大小對(duì)于珠光粉或者鋁粉來(lái)說(shuō)，影響不顯著,，不能說(shuō)較大顆粒的效果顏料影響更大,，或者影響更小，其規(guī)律不明顯,。

4,、 對(duì)熔指和密度的影響

表3 效果顏料添加量對(duì)熔融指數(shù)的影響（單位：g/10min）

從表3看出，這些熔融指數(shù)大致的范圍在19.8-24.9g/10min,，且沒(méi)有明顯的規(guī)律,，與添加量多少、添加效果顏料種類,，以及效果顏料的粒徑均沒(méi)有明顯關(guān)系,。

表4 效果顏料添加量對(duì)密度的影響（單位：g/cm³）

從表4看出以下規(guī)律：

隨著添加量的增加，任何一款材料的密度也增加,；

珠光粉增加密度的效果比鋁粉好,，同等添加量時(shí),，含珠光粉材料的密度大于含鋁粉材料的密度；

密度與效果顏料的粒徑關(guān)系不明顯,。

5,、珠光粉和鋁粉的比較

材料的各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)中，影響最大的是缺口沖擊強(qiáng)度,，同樣重量的鋁粉比珠光粉對(duì)材料韌性的破壞顯得較小,，而從模量看，珠光粉比鋁粉有略好的增強(qiáng)效果,，同時(shí)相同質(zhì)量的珠光粉比鋁粉導(dǎo)致材料密度增加得更多,，這是一個(gè)有意思的現(xiàn)象。

從宏觀上說(shuō),，兩者都是無(wú)機(jī)物,，和樹(shù)脂體系完全不相容，而且密度相當(dāng),，鋁粉是金屬,，密度為2.7g/cm³，珠光粉是氧化物涂覆在云母或者玻璃基片上,，密度為2.9-3.0g/cm³,。材料的強(qiáng)度上看，云母和玻璃片是剛性材料,，鋁則很軟,，容易變形，在抵抗材料的彎曲形變上,，珠光粉比鋁粉應(yīng)當(dāng)會(huì)貢獻(xiàn)更大,，因此模量稍高。

至于密度和缺口沖擊強(qiáng)度的解釋,，筆者認(rèn)為主要原因在于市售的商品化鋁粉由于考慮運(yùn)輸儲(chǔ)運(yùn)的安全,，都有表面處理，添加了礦物油或者PE蠟,，導(dǎo)致稱量的鋁粉實(shí)際含有的鋁不足,，查看說(shuō)明得知，這三種鋁粉均含有30%的載體,，這樣2%的添加量實(shí)際對(duì)應(yīng)的鋁為1.4%,，含有2%鋁粉的免噴涂材料應(yīng)當(dāng)與含有1.5%珠光粉的免噴涂材料密度相當(dāng)，這在表4中得到了證實(shí),。無(wú)機(jī)物在不相容的樹(shù)脂中會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn),，導(dǎo)致材料韌性下降，不再贅述，不過(guò)鋁粉能發(fā)生形變,，所以能吸收一部分能量,，而珠光粉不能，所以即便是含有2%鋁粉的材料韌性也要稍好于1.5%珠光粉的材料,。

四,、結(jié)論和其他

通過(guò)上述討論，可得出以下結(jié)論：

1,、珠光粉和鋁粉的添加都會(huì)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度的輕微降低,，彎曲模量的輕微上升，缺口沖擊強(qiáng)度大幅下降和密度升高,，且添加越多,，拉伸強(qiáng)度降低越多，彎曲模量上升越多,，缺口沖擊強(qiáng)度下降越多,，密度增加越多；

2,、珠光粉和鋁粉的添加對(duì)彎曲強(qiáng)度,、斷裂伸長(zhǎng)率,、熔融指數(shù)無(wú)明顯影響,；

3、相同質(zhì)量的鋁粉比珠光粉對(duì)材料的韌性破壞要輕,，使材料密度增加的幅度要小,，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的重要原因是鋁粉的表面處理所含的載體；

4,、常規(guī)性能的測(cè)試結(jié)果尚不能觀察出效果顏料粒徑大小對(duì)材料機(jī)械性能的影響,。