碳材料改性ABS及其共混物的研究进展*

2015-02-24曹琳张光正贺子芹杜崇铭林湖彬朱建一王玉海林志丹

橡塑技术与装备 2015年24期

关键词：工程塑料阻燃性碳纳米管

曹琳，张光正，贺子芹，杜崇铭,，林湖彬,，朱建一，王玉海，林志丹

（1.惠州市昌亿科技股份有限公司，广东惠州 516227；

2.暨南大学，广东广州 510632；

3. 华南师范大学，广东广州 510631）

碳材料改性ABS及其共混物的研究进展*

Progress in carbon materials ABS and blends

曹琳2，张光正2，贺子芹2，杜崇铭1,2，林湖彬1,2，朱建一1，王玉海3，林志丹2

（1.惠州市昌亿科技股份有限公司，广东惠州 516227；

2.暨南大学，广东广州 510632；

3. 华南师范大学，广东广州 510631）

ABS及其共混物，由于其性能的优越，应用领域不断扩大，在国内外占重要地位。而近年来随着更多新型碳材料的出现，利用碳材料改性高分子材料的研究也越来越多。本文将从碳材料改性ABS及其共混物的的力学、阻燃、电学、耐温和雷达波吸收性能五个方面介绍一下改性技术的进展。

碳材料；ABS；改性

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂是五大合成树脂之一，是一种重要的热塑性工程塑料[1~2]，因为其本身具有的冲击强度高，导电性能好，化学性质稳定、易加工和回收等特点，得到了人们的关注，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域。最近3D打印产业迎来国家级发展推进政策。工信部正式发布的《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》中也提出了3D打印的发展目标，而应用最早、最广泛的3D打印材料就是ABS。为了进一步提高ABS的力学、导电、电磁屏蔽等性能,适应现代工业发展要求，传统方法是使用碳黑、碳纤维等纤维状填料对ABS进行强化。近年来随着更多新型碳材料的出现，使用石墨烯、碳纳米管等改性ABS及其共混物的力学、导电、吸波、热解、阻燃等性能的研究也越来越多。

1 碳材料改性ABS及其共混物的力学性能

随着3D打印技术的不断发展，人们对薄壁材料的刚性、外观、外形等有了进一步的要求，相应的也就对打印材料的力学性能有了进一步的要求，虽然ABS的性能已经非常优异，但是进一步提高ABS及其共混物的力学性能，已经成为了当今热点。

M.L Shofner[3]等人通过将单壁碳纳米管和气相生长碳纤维分别与ABS共混，共混物的弹性模量分别提高了44%和93%。

王云峰[4]通过将ABS粒子经过带有经典的石墨烯干粉喷涂改性，然后再将ABS粒子与其他组分共混挤出造粒，生产出了一种高强度、高导热的ABS母粒。

刘广华[5]等人制备的ABS/碳纳米管复合材料的力学性能测试表明，当碳纳米管含量为3wt%时力学性能得以大大提高，拉伸强度提高近48%，弹性模量提高近127%，弯曲强度提高近73%。

2 碳材料改性ABS及其共混物的阻燃性能

ABS是一种性能优异的工程塑料，但是ABS树脂的阻燃性能却比较差，实际应用中，很多人通过添加大量的阻燃剂来提高ABS的阻燃性能，但是在提高阻燃性的同时，却降低了材料本身的性能。近年来很多研究者，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。

张丽[6]发现当石墨烯加入量为5%时，石墨烯/ ABS复合体系的氧指数提高到了24.8%，比未加入时提高了3.8%。

3 碳材料改性ABS及其共混物的电学性能

ABS具有众多优异性能，但良好的绝缘性易产生静电，易产生吸尘、电击现象，限制了它的很多应用。研究具有优良抗静电性能的ABS材料，对ABS的发展具有重要意义。一般来说，导电填料在基体中的有效浓度越高，材料的渗流阀值降低，导电性能提高。如果导电填料分布在分散相中，相当于被孤立起来通常不导电，但是由于ABS具有复杂的相形态，则导电碳材料的分布受更多因素影响，因此研究碳材料改性ABS及其混合物的导电性能具有重要意义[7]。

宋永江[8]通过将碳纤维、碳纳米管、炭黑等导电材料与ABS进行混合，压制形成导电复合材料双极板后得到的双极性铅酸电池与传统的单极电池相比，内阻低了28%，以0.5 Ca放电，比能量15%左右。

陈杰[9]认为当CNTs分布在共混物界面处时，相较于分布在共混物一相中，更有利于改善材料的导电性能。值得一提的是，在他的实验中得到的逾渗阈值（0.05wt%）是迄今为止共混物导电复合材料中得到最低的逾渗阈值，陈杰认为这由于单独以ABS-g-MA/ CNTs为母料可以使大量的CNTs成功地分布在共混物的界面处，降低了形成导电网络所需CNTs的含量。

4 碳材料改性ABS及其共混物的耐温性能

提高ABS的冷热稳定性，对于实际生产具有重大意义。刘广华[5]采用熔融共混法将ABS与碳纳米管复合，所得的复合材料的热失重温度提高了10 ℃。

徐春华[10]发现可以在ABS中添加碳纳米管和其他耐热剂等辅助剂，可以使得工程塑料不仅具有导电能力，还能使工程塑料的耐温性降低，更有效的保证产品的安全。

郭文满[11]将利用球磨剥离石墨微片成石墨烯并填充到复合材料中，复合材料的导热性能得到了很好的改善。

5 碳材料改性ABS及其共混物的雷达波吸收性能

为提高国家军事战斗力，作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段, 吸波材料已被当今世界各国视为重点开发的军事高新技术。2004年沈曾民[12]等人制备了碳纳米管/ABS树脂复合材料，结果表明，复合材料在5.39 ~7.19 GHz频率范围内的反射率小于-5 dB，有吸收波的性能，为制造新型增强吸收波材料奠定了基础。2008年南开大学[13]将单壁碳纳米管与ABS树脂复合形成的复合材料，屏蔽效果可以达到49 dB，雷达波吸收效果可达12 dB。

[1] 温变英，叶志殷. ABS/Cu 粉导电复合材料性能研究[J]. 现代塑料加工应用，2010（1）： 13~17.

[2] 朱雷，李仲谨，余丽丽，等. 碳纳米管/聚合物复合材料研究进展[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. 一种高强度、高导热ABS母粒及其制备方法 [P].专利：201410040989，2014-5-21.

[5] 刘广华，宋国君，王立 . ABS/碳纳米管复合材料性能的研究 [J]. 科技信息，2014，05期 . DOI:doi:10.3969/ j.issn.1001-9960.2014.05.035.

[6] 张丽. 石墨烯的制备及其对ABS树脂阻燃性能的研究 [D].北京化工大学，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，罗云峰 . 复合材料双极板配方优化研究[J]. 电池，2015.

[9] 陈杰. 调控碳纳米管分布制备共混物导电复合材料的研究[D]. 西南交通大学，2014.

[11] 郭文满. 石墨烯导热纳米复合材料的研究[D]. 华侨大学，2013.

[12] 沈曾民，杨子芹，赵东林，等. 碳纳米管/ABS 树脂基复合材料的力学性能和雷达波吸收性能的研究[J]. 复合材料学报， 2003， 20（2）： 25~29.

[13] 功玉. 南开单壁碳纳米管技术先进[J]. 塑料科技，2008， 36（2）： 85~85.

(P-02)

TQ330

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

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.012

徐春华. 一种耐低温导电工程塑料配方. CN，doi:CN103265811 A[P]. 2013.

曹琳（1993-），女，毕业于暨南大学，研究生在读，主要研究高分子材料。

2015-10-12