免噴涂材料是近年塑膠行業中客戶和材料開發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，來達到外觀具有美學效果，同時要改進生產制造工藝，通常其制造產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，與應用直接相關的問題是，這類材料性能如何，是否會和普通著色材料有明顯差異，物理機械性能是否能達到應用要求，生產成型效率是否會有所降低。這些問題也是客戶關心的問題，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材料常規機械性能的影響，并探討了這些影響的規律和導致這一現象的原因。

二.實驗部分

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，D50=11μm

鋁粉B，國產，D50=70μm

鋁粉C，國產，D50=140μm

珠光粉D，國產，D50=7μm，密度2.9g/cm3

珠光粉E，國產，D50=27μm，密度2.9g/cm3

珠光粉F，國產，D50=43μm，密度3.0g/cm3

2、主要儀器和設備

雙螺桿擠出機，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,廣州博創公司，鎖模力80T

萬能試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司

沖擊試驗機和熔融指數儀均為德國Zwick公司產品

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擠出造粒，粒料在80℃烘箱中干燥3小時，然后使用注塑機在220℃～230℃溫度，中等注射速度壓力條件下注塑，使用力學彎曲、拉伸、沖擊樣條標準模具成型，成為測試樣條，樣條在20℃條件下放置24小時，然后測試各項力學性能。

4、性能測試標準

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進行測試，條件220℃，載荷為10kg。

三.實驗結果與討論

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%，我們的實驗設計為分別添加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度的影響（單位：MPa）

圖1是不同效果顏料對拉伸強度的影響，從圖中可以看出，隨著添加量的增加，拉伸強度逐漸降低，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，不能得出統一的結論，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的。

2、 對彎曲性能的影響

表2 效果顏料添加量對彎曲強度的影響（單位：Mpa）

表2是隨著效果顏料添加量增加，測試得到的彎曲強度的變化規律，這所有的數據點都落在（70.04，72.51）的區間范圍內，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，這些數據都不能表現出來明確的變化規律，所以我們認為在2%添加量以內，彎曲強度沒有變化。

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象是，珠光粉的增強效果要略好于鋁粉。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律，無論其粒徑大小，均有輕微的增強效果。

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度的影響是很大的，下降幅度也較多，最大可達41%，從圖中可以觀察出以下規律：

對于任何一種效果顏料來說，添加量越大，沖擊強度下降越多；

鋁粉對沖擊強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的影響（單位：g/10min）

從表3看出，這些熔融指數大致的范圍在19.8-24.9g/10min，且沒有明顯的規律，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系不明顯。

5、珠光粉和鋁粉的比較

材料的各項機械性能指標中，影響最大的是缺口沖擊強度，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效果，同時相同質量的珠光粉比鋁粉導致材料密度增加得更多，這是一個有意思的現象。

從宏觀上說，兩者都是無機物，和樹脂體系完全不相容，而且密度相當，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，珠光粉比鋁粉應當會貢獻更大，因此模量稍高。

至于密度和缺口沖擊強度的解釋，筆者認為主要原因在于市售的商品化鋁粉由于考慮運輸儲運的安全，都有表面處理，添加了礦物油或者PE蠟，導致稱量的鋁粉實際含有的鋁不足，查看說明得知，這三種鋁粉均含有30%的載體，這樣2%的添加量實際對應的鋁為1.4%，含有2%鋁粉的免噴涂材料應當與含有1.5%珠光粉的免噴涂材料密度相當，這在表4中得到了證實。無機物在不相容的樹脂中會成為應力集中點，導致材料韌性下降，不再贅述，不過鋁粉能發生形變，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、結論和其他

通過上述討論，可得出以下結論：

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

2、珠光粉和鋁粉的添加對彎曲強度、斷裂伸長率、熔融指數無明顯影響；

3、相同質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，導致這一現象的重要原因是鋁粉的表面處理所含的載體；

4、常規性能的測試結果尚不能觀察出效果顏料粒徑大小對材料機械性能的影響。