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题目：汽车仪表盘ABS/PVC材料的制备与性能研究 | ||||
1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述 | ||||
ABS树脂和PVC树脂作为五大通用塑料的两种，都有着十分广泛的应用。PVC树脂有着较好的初性，但阻燃效果较差；而PVC树脂的加入能够很好的提高ABS树脂的阻燃性能，但是，会使共混体系力学性能下降。[1]两者的结合可达到性能互补的效果。 杨宝俊[1]等几位科学家研究了铁酸锌对软PVC氧指数(OI)的影响，得出结果如下： 当铁酸锌添加量为0.5～2.5份时,试样的拉伸强度随着铁酸锌添加量的增加而上升,这是由于少量的铁酸锌对软PVC具有一定的补强作用;但当添加量大于2.5份时,拉伸强度急剧下降,这是由于随着铁酸锌添加量的增加,引起PVC的结晶性能急剧下降,从而影响试样的强度。 当铁酸锌添加量为0.5～ 1.5份时,随着铁酸锌添加量的增加,试样的断裂伸长率增大;当添加量大于1.5份时,随着铁酸锌添加量的增加,试样的断裂伸长率下降;当添加量为3份时,断裂伸长率明显低于空白试样。 1)铁酸锌阻燃剂的添加能明显提高软PVC试样的氧指数,较适宜的铁酸锌添加量为2. 5份,此条件下软PVC试样的氧指数为29.7%,提高了4.3%,阻燃效率为1.72。 (2)纳米铁酸锌的添加明显地改善了软PVC试样的热分解性能,促进了第1阶段脱除HCl,并大幅度提高了最终残炭量。这说明纳米铁酸锌对软PVC降解反应时形成的共轭烯烃分子链的立体结构有明显的促进作用,使环化反应形成芳香族小分子物质的量明显降低,容易交联成炭。 (3)铁酸锌添加量对软PVC试样的拉伸强度和断裂伸长率有明显的影响。当铁酸锌添加量为0.5～ 2.5份时,试样拉伸强度随铁酸锌添加量的增加而上升;但当添加量大于2.5份时,拉伸强度急剧下降。当铁酸锌添加量为0.5～1.5份时,试样的断裂伸长率随着铁酸锌添加量的增加而增大;但当添加量大于1.5份时,试样的断裂伸长率随着铁酸锌添加量增加反而下降,当添加量为3份时,断裂伸长率明显低于空白试样。 (4)铁酸锌合成方法简单,在添加量相对较少的情况下可达到较好的阻燃效果,成本相比较低,适宜的添加量对软PVC的加工和力学性能有所改善,因此,具有较好的应用推广值。[1] 范慧玲，何伟等几位科学家研究了硼酸根插层水滑石对软质PVC性能的影响,得出结论如下： 1) 以 Zn－Al 水滑石和 Zn－Mg－Al水滑石为前体，制备出硼酸根插层水滑石，硼酸根与水滑石板层结合地较好，并没有破坏水滑石的层状结构，其晶型完整。 2)在软质 PVC 燃烧过程中，硼酸根插层水滑石在 PVC 中脱水、脱 CO2及吸热来降低其温度，同时产生结炭覆盖在燃烧物表面，起到隔热与阻止氧气进入的作用，使软质 PVC 的阻燃性能得到改善。[2] 吴波震，夏琳等几位科学家研究了增塑剂 DOP 在软PVC和 PVC/ABS 共混物中的应用，得出结论如下： 当 DOP 用量大于 30%时,随着DOP用量的增加,在单纯的 PVC体系中,材料的加工性、断裂伸长率都有了明显的改善。这是由于当 DOP 的含量较高时, 高分子链间的相对运动能力增加, 高分子链的结晶性降低, 高分子材料的塑性提高, 从而致使断裂伸长率增加。但同时由于 DOP 的加入,增大了高分子链间的距离,削弱了它们之间的范德华力,从而使高聚物拉伸强度、撕裂强度和硬度明显下降。在 PVC/ABS 共混物中, 当 ABS 含量低( 0~50份) 时, ABS 材料本身的一些性能会对 PVC/ABS 共混物的相应性能造成一定的负面影响。主要表现为, 随着 ABS 的含量增加, 共混物拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率总体趋势下降, 硬度略微上升。[3] 巩宏光，张庆国，于莉几位科学家研究了ABS/PVC树脂共混改性国内研究进展，得出结论如下： 我国在ABS/PVC合金方面研制起步比较晚,虽然在科研院所内进行了一系列的研究开发,但是真正工业化的不多,而且产品品种单一,在质量上无法与国外产品竞争。随着我国民族汽车工业、电子电器行业的不断发展,对ABS/PVC合金的需求量越来越大,性能要求也越来越高。因此,我国必须加快ABS/PVC合金研究的开发速度,大力开展ABS/PVC合金的应用研究开发。[4] 陆波，王永齐，李鹏几位科学家研究了氯化聚乙烯对ABS/PVC合金性能的影响，得出结论如下： 1） 随着 PVC 用量的增加，ABS/PVC 合金的拉伸强度略有增加，弯曲强度基本不变，氧指数增加，维卡软化温度下降,MFR 增加，缺口冲击强度先略有增加，当PVC用量达到 40 份及以上时缺口冲击强度显著下降。 2） 随着 CPE 用量的增加，ABS/PVC 合金的拉伸强度、弯曲强度下降，缺口冲击强度增加，MFR增加，氧指数和维卡软化温度变化不大。[5] 郑晓晨研究了耐老化阻燃ABS/PVC合金,得出结论如下： 1.热氧老化方面，对ABS/PVC共混体系来说，放在90℃的老化试验箱中，毎过一段时间取出样品测定性能。在加入抗氧剂245后，792h后发生H级颜色变化，1000h后黄色指数变化AYI为9.7，40天后，拉伸强度从32.9/11>3下降至32.3/1化，拉伸强度保持率98.18%，弯曲强度从61.92/1化下降至57.82/1化，弯曲强度保持率93.38％，冲击强度从8.71KJ/m2，下降至6.91KJ/ｍ2冲击强度保持率79.33%。综合来看，各项性能均十分优秀。 2.光老化方面，对ABS/PVC共混体系来说，放置于日光下，毎过一段时间取出样品测定性能。加入紫外线吸收剂UV-327后，224天后发生三级颜色变化，1000h后黄色指数变化AYI为10.5，100天后，拉伸强度从33.17MPa降至29.02MPa，拉伸强度保持率87.49%，弯曲强度从63.02%MPa降至弯曲强度保持率89.3%，冲击强度从7.18KJ/m2降至6.21KJ/m2冲击强度保持率86.49％。综合来看，各项性能均十分优秀。 3.综上所述，综合考虑合金的各项性能指标，合金性能达到最好时应采用抗氧剂245及紫外线吸收剂UV-327。[6] 王莹麟，张明耀，任亮研究了ABS接枝共聚物对 PVC树脂的增韧改性，得出结论如下： 本文研究了PVC 摩尔质量对PVC/ABS共混物脆韧转变、形态结构以及动态力学性能的影响。得出低摩尔质量PVC共混物的脆韧转变点出现在低橡胶含量处，高摩尔质量PVC 共混物的脆韧转变点出现在较高橡胶含量处。并提出小分子增塑剂对 PVC 塑化程度的影响改善了PVC /ABS共混物的脆韧转变。过对透射电镜结果分析得出增塑剂的加入可以促使高摩尔质量PVC中未完全塑化的粒子全部塑化，使分子链在PVC初级粒子边界缠结，改善共混物的力学性能。动态力学性能结果表明PVC与SAN 部分相容，也可以保证PVC橡胶粒子在基体中的均匀分布。[7] 雷祖碧,马玫,麦伟宗研究了环保型低烟高阻燃ABS/PVC合金，得出结论如下： 1) 无机氢氧化合物/卤锌阻燃剂复合体系用于ABS/PVC合金中,具有较好的阻燃抑烟效果,达到V0阻燃级且氧指数显著提高,发烟量明显减少。但仍有少许黑烟或者略带黑色微粒 2) 八钼酸铵(AOM)与复合体系中的无机氢氧化合物/卤锌阻燃剂具有协同抑烟效应,有效抑制ABS/PVC合金燃烧的黑色漂浮物,烟气变稀、变淡,烟密度也控制在较低的一个单位值。 3) 增韧改性剂SBS可提高体系的冲击强度,与合金的相容性较好。但对材料的抑烟有不良响,应该控制好添加量。[8] 王旭，黄锐两位科学家做了ABS/PVC/阻燃剂体系的研究，得出结论如下： 1.阻燃剂对ABS/PVC/阻燃剂体系的冲击强度是不利的。 2.卤素阻燃剂和锑类阻燃剂存在着协同效应。阻燃剂可以大大降低反应速率常数,起到阻燃效果。 3.复合阻燃剂对ABS/PVC/阻燃剂体系的加工性能影响不大。[9] 乔巍巍,韩轶侠两位科学家做了关于PVC/ABS复合材料的力学性能研究，结论如下： 1)PVC/ABS复合材料是一个半相容体系,两聚合物之间显示出了高的接触粘合力和低的表面张力,由于它们相互之间存在有强烈的亲和力(但不像熔混时那么大),PVC/ABS复合材料具良好的力学性能。 (2)ABS的弹性区提供了一个球粒相和由交联导致的固定的直径,它可均匀地分散于PVC中,弹性区可提高PVC/ABS复合材料冲击强度,但它的存在也降低了拉伸性能。 (3)PVC和ABS复合时缩小了体系的自由体积或使结构致密,从而增加了二者之间的相互作用,提高了PVC/ABS复合材料的相容性,并导致了体系的冲击强度的提高。 (4)在PVC/ABS复合材料中网络结构的形成既有利于体系冲击性能的提高,又有利于拉伸性能的提高,因此,体系中有网络结构存在的区域内可获得理想的力学性能。[10] 马玫,胡行俊,雷祖碧,唐金桂做了关于ABS/PVC合金的热稳定性分析的研究，得出结论如下： PVC三种专用热稳定剂都对ABS的热老化不利;在铅盐稳定剂作用下,改变ABS与PVC的配比,以ABS/PVC比例为60/40的合金稳定性最好; CPE对ABS/PVC合金的热稳定性有一定的正面效应,但对非合金体系的ABS、PVC却不利; 在本实验的三种热稳定体系中,有机锡稳定剂对ABS/PVC (60/40)合金的热稳定效果最佳;但从经济角度出发,以添加4phr～ 5phr的稀土热稳定剂性价比较高。[11] 孔秀丽，张新华，王晶，张学明几位科学家研究了几种相容剂对PVC/ABS合金注塑料性能影响,研究结果如下： ａ）4种相容剂均会 降低 PVC/ABS 合金注塑料的弯曲性能和阻燃性。 ｂ）CPE作为相容剂，可以明显提高PVC/ABS合金注塑料的冲击强度，冲击效果仅次于MBS；对合金注塑料熔体流动性、耐热性、弯 曲性能的不利影响较小，综合性能较好，适合于对冲击性能要求较高的PVC/ABS合金注塑料。 ｃ）EVA作为相容剂，用量增加虽然对PVC/ABS合金注塑料冲击强度影响不大，但能够较大地提高PVC/ABS合金注塑料的耐热性和熔体流动性，有利于注塑料加工和使用。 ｄ）MBS作为相容剂，PVC/ABS合金注塑料的冲击强度优异，但熔体流动明显CPE改性的差，限制了其在PVC/ABS合金注塑料中的应用。 ｅ）NBR作为相容剂，对PVC/ABS合金注塑料的流动性、冲击性和弯曲性能等均有不利影响，基本不能改善合金注塑料的加工性和使用性。[12] 于杰，贺杰，郭建，罗筑，秦舒浩几位科学家做了关于相对分子质量对PVC/ABS合金结构及性能影响的研究，试验结果如下： (1)PVC相对分子质量的增大使PVC/ABS共混体系的表观黏度增大,使体系的塑化时间变长,平衡扭矩变大,共混体系流动性明显降低,使PVC/ABS熔体的可加工性变差; (2)对于相同组分的PVC/ABS合金,ABS的含量小于7份时,随着PVC相对分子质量的增加,合金的拉伸强度逐渐降低,断裂伸长率不断提高,当ABS的含量大于7份时,PVC相对分子质量对合金的拉伸强度影响不明显,PVC相对分子质量增大使PVC/ABS合金的断裂伸长率不断提高。[13] 麦伟宗,马玫,雷祖碧做了关于ABS/PVC合金耐候性能的研究，具体结果如下： (1)采用自然暴露的和人工加速老化试验,以外观颜色变化和悬臂梁缺口冲击强度保持率作评 价指标,把ABS/PVC合金与经稳定的ABS和ASA作对比,能有效评价这些材料的耐候性能差异。 (2)ABS/PVC合金的耐候性能比仅添加光稳定剂的ABS要高很多,表现在颜色稳定性和悬臂梁缺口冲击强度保持率上。 (3)以开炼工艺制成的ABS/PVC合金在颜色稳定性方面比ASA优越,但力学性能方面却不如ASA,而通过注塑工艺制成的ABS/PVC合金经过氙灯人工加速老化1000小时后,无论是颜色稳定性和悬臂梁缺口冲击强度保持率都非常优越,因此加工工艺对试件的稳定性及其老化性能都有相当大的影响。[14] 贺杰，秦舒浩，雷金锋，严伟，罗筑，于杰做了关于制备工艺对PVC/ABS合金聚集态结构与性能的影响的研究，结果如下： 1)通过分析比较Px、Py与Px互配及Py三种抗氧剂体系对于PC热稳定性的影响,发现单纯使用Py对于提高PC的热稳定性效果最佳,且最佳用量为0.6%～ 1%。 2)通过在氮气下对PC有水及无水样品进行TGA分析发现,抗氧剂Py对于抑制PC的水解降解 具有一定的作用 3)通过在空气下对PC有水及无水样品分析得出,抗氧剂Py对于PC热氧降解和水解降解具有较好的抑制作用。动力学分析结果与上述结论一致。[15] 皮红,陈深情,郭少云三位科学家做的强紫外光作用下PVC/增韧剂体系结构与性能的演变研究试验，试验结果如下： 在相同光老化和同等添加量的条件下,PVC/增韧改性剂体系的外观颜色和力学性能保持率的变化规律相似.随着老化时间的增加,性能逐渐劣化.但ACR和CPE对体系的色变有抑制作用,ABS的作用相反.体系冲击强度和断裂伸长率保持率从高到低的顺序为ACR体系>CPE体系>ABS体系.PVC/增韧改性剂体系的微观结构变化规律与空白样基本一致:主要的化学反应有:吸收光能后,产生脱HCl生成共轭双键的反应、生成羰基的氧化反应、交联反应和降解反应.变化趋势均为前期快,后期趋于平稳.ABS对上述反应有促进作用,而ACR和CPE对上述反应有抑制作用。[16] 于杰，贺杰，,郭建兵，罗筑秦，舒浩所做的相对分子质量对PVC/ABS合金结构及性能影响的研究，结果如下： (1)PVC相对分子质量的增大使PVC/ABS共混体系的表观黏度增大,使体系的塑化时间变长,平衡扭矩变大,共混体系流动性明显降低,使PVC/ABS熔体的可加工性变差; (2)对于相同组分的PVC/ABS合金,ABS的含量小于7份时,随着PVC相对分子质量的增加,合金的拉伸强度逐渐降低,断裂伸长率不断提高,当ABS的含量大于7份时,PVC相对分子质量对合金的拉伸强度影响不明显,PVC相对分子质量增大使PVC/ABS合金的断裂伸长率不断提高。[17] 谈敦礼，辛国萍，牛承祥，赵燕所做的ABS合金的改性研究的实验，实验结果如下： (1)不同胶含量的ABS接枝粉均对ABS/PVC合金有明显的增韧作用。而且不同胶含量的ABS接枝粉改性增韧作用差异不大。 (2)用ABS接枝粉直接改性PVC时,使用AS作增容剂既可以大幅度提高ABS/PVC合金的冲击性能,也可以增大合金的流动性,实现材料的实用化。 (3)添加(丙烯腈/苯乙烯/NPMI)三元共聚物后,ABS/PC合金的冲击性能明显增加,而且继续添加少量的增容剂后,ABS/PC合金的冲击性能得到进一步改善。[18] 巨安奇，高玉铃，葛彦侠所做的添加剂对PVCA/BS共混物热稳定性及力学性能的影响，具体结果如下： (l)热稳定剂的用量增加有利于提高PVCA/BS共混物的热稳定性,但却使共混物的力学性能下降,因此热稳定的用量不应超过5份;对于PVC/ABS共混物,二盐基亚磷酸铅、三盐基硫酸铅和丁基硫醇锡是较为理想的稳定剂。刚果红试纸法和热失重法研究表明,热稳定剂的加人能够影响ABS的热稳定性,但具体的作用机理还不清楚 (2)IXP的用量增加有利于提高PVC/ABS共混物的热稳定性,熔体流动速率测定和FEM分析表明这是因为DOP能够改善共混物的加工流动性、提高热稳定剂的分散性,从而提高热稳定剂的效率,延长共混物的热稳定时间,同时DOP的用量增加会引起共混物力学性能大幅下降,因此以DOP的用量不应超过15份。[19] 刘媛，王卫卫，邱桂学三位科学家所做的弹性体在车用仪表板表皮材料中的应用实验，结果如下： (1)PVC/ABS/CPE三元共混体系的拉伸强度,随CPE用量的增加而下降,其原因是CPE的强度低所致。三元共混体系的断裂伸长率随CPE用量增加而提高。CPE用量约在4份时,综合性能最好。 (2)PVC/ABS/CPE合金中NBR的用量在14份左右最适宜。 (3)通过DSC和SEM表征发现,第三组分(CPE、NBR等)的添加能够降低界面张力,增大界面面积,提高两相之间的粘合力。[20] 参考文献： [1] 杨宝俊，李辉，王保年等. 纳米铁酸锌在软PVC中的阻燃性能研究[J]，合肥工业大学学报，2011,34(1): 146-148. [2] 范惠琳，何伟，姜莹莹等. 硼酸根插层水滑石对软质PVC性能的影响[J]. 工程塑料应用. 2011，39(04): 10-13. [3] 吴波震，夏琳，邱桂学，增塑剂DOP 在软PVC和 PVC/ABS 共混物中的应用[J]，塑料助剂，2007，3，33-40. [4] 巩宏光，张庆国，于莉. ABS/PVC树脂共混改性国内研究进展[J]，石油化工应用，2007，2：1-7. [5] 陆波，王永齐，李鹏. 氯化聚乙烯对 ABS／PVC 合金性能的影响[J]，工程塑料应用，2012，40(7): 24-26. [6] 郑晓晨. 耐老化阻燃ABS/PVC合金的研究[D]，北京化工大学，2016. [7] 王莹麟，张明耀，任亮. ABS接枝共聚物对 PVC树脂的增韧改性[J]，塑料工业，2014，42(2): 39-42. [8] 雷祖碧，马玫，麦伟宗. 环保型低烟高阻燃ABS/PVC合金的研究[D]，广州合成材料研究院，2008，1：26-28. [9] 王旭，黄锐. ABS/PVC/阻燃剂体系的研究[J]，塑料工业：1996,86-98. [10] 乔巍巍,韩轶侠. PVC/ABS复合材料的力学性能研究[J]，工程与试验，2009，49(2): 15-29. [11] 马玫,胡行俊,雷祖碧等. ABS/PVC合金的热稳定性分析的研究[J]，合成材料的老化和应用，2005，34(1): 11-12. [12] 孔秀丽，张新华，王晶等.几种相容剂对PVC/ABS合金注塑料性能影响[J]，现代塑料加工应用，2012，24(5): 35-38. [13] 于杰，贺杰，郭建等. 相对分子质量对PVC/ABS合金结构及性能影响的研究[J]，中国塑料，2009，23(4): 25-27. [14] 麦伟宗,马玫,雷祖碧. ABS/PVC合金耐候性能的研究[J]，合成材料老化与应用，2007，36(4): 23-38. [15] 贺杰，秦舒浩，雷金锋等. 制备工艺对PVC/ABS合金聚集态结构与性能的影响[J]，塑料工业，2009，37(1): 30-33. [16] 皮红，陈深情，郭少云. 强紫外光作用下PVC/增韧剂体系结构与性能的演变[J]，高等学校化学学报，2009，30(5): 1029-1034. [17] 于杰，贺杰，,郭建兵. 相对分子质量对PVC/ABS合金结构及性能影响的研究[J]，中国塑料，2009，23(4): 25-27. [18] 谈敦礼，辛国萍，牛承祥等. ABS合金的改性研究的实验[J]，工程塑料应用，2009，37(10): 20-22. [19] 巨安奇，高玉铃，葛彦侠等. 添加剂对PVCA/BS共混物热稳定性及力学性能的影响[J]，中国塑料，2008，22(3): 73-77. [20] 刘媛，王卫卫，邱桂学. 弹性体在车用仪表板表皮材料中的应用[J]，2008，18(2): 57-61. | ||||
2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案 1) 选题依据 而对于我国，ABS树脂在这个三个范畴内的应用基本相当？但是，由于近年房地产业的不景气，使得ABS在家电行业的应用有下降趋势；而汽车行业的持续兴起，使得ABS树脂在汽车范時的使用持续上涨。 2) 主要研究内容 1.研究加工工芝，确定了合适的物料配比和工艺参数，这些工作对寻找ABS的高性能低成本替代产品具有重要意义，也对将来此种合金大规模生产提供了可靠的参考。 2.研究ABS和PVC的配比，对合金整体性能走向的控制，从而选择最优的配方。 3.在找到合适配方后，将其采用，并以此研究外加入阻燃剂三氧化二锑十溴联苯醚，对合金整体性能整体走向的控制，尤其是对阻燃效果的影响，而选择最优的配方 3) 研究思路及方案 实验原料： ABS ：PA–757K，镇江奇美化工有限公司 PVC ：S–700，中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司 SBS ：YH–792(1401)，中国石化集团巴陵石化分公司 CPE ：135A，临沂奥星化工有限公司 EVAC ：V6110M，扬子石化 – 巴斯夫有限责任公司 纳米 Ca CO3：上海华明高技术 ( 集团 ) 有限公司 抗氧剂 1010、复合热稳定剂、硬脂酸钙、PE 蜡：市售。 主要设备及仪器 高速混合机：GH–10 型，北京英特塑料机械总厂 双螺杆挤出机：CTE35 型，科倍隆科亚 ( 南京 )机械有限公司 注塑机：HTF86／TJ 型，海天塑机集团有限公司 悬臂梁冲击试验机：PTM7000–B1 型，深圳三思纵横科技股份有限公司 电子万能试验机：CMT4204 型，深圳市新三思材料检测有限公司 熔融指数仪：RL–11B1 型，上海思尔达科学仪器有限公司 自动氧指数测定仪：LCK–09 型，山东省纺织科学研究院 实验思路 通过调整PVC/ABS的配比 70/30 80/20 90/10 60/40 50/50等等，分成若干份，然后通过共混，挤出注塑处理 然后通过测定不同配比情况下产品的冲击强度，力学性质，熔融指数等一系列数据，然后通过软件进行数据分析，得出性能的曲线图。 结合数据和性能分析图，得出结论 | ||||
3. 工作进度及具体安排 | ||||
起止日期 | 工作内容 | |||
2017-11-07 | — | 2017-12-05 | 选题，下发课题任务书 | |
2017-12-06 | — | 2017-12-29 | 学生完成开题报告 | |
2018-03-05 | — | 2018-03-30 | 毕业实习 | |
2018-04-02 | — | 学生开始实验（设计），论文写作 | ||
2018-04-23 | — | 2018-04-27 | 中期检查，交中期报告 | |
— | 2018-05-25 | 交毕业设计（论文） | ||
2018-05-26 | — | 2018-06-01 | 论文评审，格式审查，诚信检测，答辩准备 | |
2018-06-07 | — | 2018-06-08 | 毕业答辩 | |
2018-06-09 | — | 2018-06-15 | 毕业设计（论文）资料整理、装订、上交 | |
4. 指导教师意见 | ||||
指导教师签名： 年 月 日 | ||||
