免噴涂材料是近年塑膠行業(yè)中客戶和材料開發(fā)商都很有興趣的一類材料，他通過向樹脂中添加特殊效果顏料，如鋁粉、珠光粉，來達(dá)到外觀具有美學(xué)效果，同時要改進(jìn)生產(chǎn)制造工藝，通常其制造產(chǎn)能低于普通塑膠材料。不過可適合多種樹脂，常見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)的問題是，這類材料性能如何，是否會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)成型效率是否會有所降低。這些問題也是客戶關(guān)心的問題，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樹脂為例，考察不同種類的效果顏料的添加對于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樹脂，中國石油化工總公司上海高橋石油化工公司

鋁粉A，國產(chǎn)，D50=11μm

鋁粉B，國產(chǎn)，D50=70μm

鋁粉C，國產(chǎn)，D50=140μm

珠光粉D，國產(chǎn)，D50=7μm，密度2.9g/cm3

珠光粉E，國產(chǎn)，D50=27μm，密度2.9g/cm3

珠光粉F，國產(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，長徑比為40

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

萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測有限公司

沖擊試驗(yàn)機(jī)和熔融指數(shù)儀均為德國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，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，成為測試樣條，樣條在20℃條件下放置24小時，然后測試各項(xiàng)力學(xué)性能。

4、性能測試標(biāo)準(zhǔn)

拉伸性能按照GB/T 1040-2006測試，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測試，速率為2mm/min，共5min；

熔體流動速率按照GB/T 3682-2000進(jìn)行測試，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格比樹脂昂貴，所以達(dá)到外觀要求后，不會添加更多的效果顏料作為填充，常見的添加量不會超過2%，我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計為分別添加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脂，兩者的性能差異。

1、 對拉伸性能的影響

圖1 效果顏料添加量對拉伸強(qiáng)度的影響（單位：MPa）

圖1是不同效果顏料對拉伸強(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，但是總體來看，降低的幅度比較小，降低幅度最大也不超過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 效果顏料添加量對斷裂伸長率的影響

表1是隨著各種效果顏料的添加量的增加，材料斷裂伸長率的影響，由于斷裂伸長率本身測量有一定的偏差，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，添加多少對于伸長率幾乎無影響，差別很小，這些材料的斷裂伸長率大致是屬于同一范圍之內(nèi)的。

2、 對彎曲性能的影響

表2 效果顏料添加量對彎曲強(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)，相對于樹脂的差異在（-1.3%，+2.2%）之間，無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)度沒有變化。

圖2 效果顏料添加量對彎曲模量的影響（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，比樹脂提高了14%，另外一個有意思的現(xiàn)象是，珠光粉的增強(qiáng)效果要略好于鋁粉。從圖上看不出來效果顏料的粒徑大小對材料模量影響較明顯的規(guī)律，無論其粒徑大小，均有輕微的增強(qiáng)效果。

3、 對沖擊性能的影響

圖3 效果顏料添加量對缺口沖擊強(qiáng)度的影響

盡管添加重量只有不超過2%，但這些效果顏料對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：

對于任何一種效果顏料來說，添加量越大，沖擊強(qiáng)度下降越多；

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

粒徑大小對于珠光粉或者鋁粉來說，影響不顯著，不能說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、 對熔指和密度的影響

表3 效果顏料添加量對熔融指數(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有明顯關(guān)系。

表4 效果顏料添加量對密度的影響（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，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，這是一個有意思的現(xiàn)象。

從宏觀上說，兩者都是無機(jī)物，和樹脂體系完全不相容，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)。無機(jī)物在不相容的樹脂中會成為應(yīng)力集中點(diǎn)，導(dǎo)致材料韌性下降，不再贅述，不過鋁粉能發(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

通過上述討論，可得出以下結(jié)論：

1、珠光粉和鋁粉的添加都會導(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彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長率、熔融指數(shù)無明顯影響；

3、相同質(zhì)量的鋁粉比珠光粉對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)性能的測試結(jié)果尚不能觀察出效果顏料粒徑大小對材料機(jī)械性能的影響。