免喷涂材料是近年塑胶行业中客户和材料开发商都很有兴趣的一类材料，他通过向树脂中添加特殊效果颜料，如铝粉、珠光粉，来达到外观具有美学效果，同时要改进生产制造工艺，通常其制造产能低于普通塑胶材料。不过可适合多种树脂，常见的各种工程塑料和通用塑料均可以制造免喷涂材料，与应用直接相关的问题是，这类材料性能如何，是否会和普通着色材料有明显差异，物理机械性能是否能达到应用要求，生产成型效率是否会有所降低。这些问题也是客户关心的问题，本文选取了常用的不同粒径大小的铝粉和珠光粉，以常用的ABS树脂为例，考察不同种类的效果颜料的添加对于ABS材料常规机械性能的影响，并探讨了这些影响的规律和导致这一现象的原因。

二.实验部分

1、原材料

ABS树脂，中国石油化工总公司上海高桥石油化工公司

铝粉A，国产，D50=11μm

铝粉B，国产，D50=70μm

铝粉C，国产，D50=140μm

珠光粉D，国产，D50=7μm，密度2.9g/cm³

珠光粉E，国产，D50=27μm，密度2.9g/cm³

珠光粉F，国产，D50=43μm，密度3.0g/cm³

2、主要仪器和设备

双螺杆挤出机，克劳斯玛菲巴尔斯托夫ZE25，螺杆直径25mm，长径比为40

BS80-III型注塑机,广州博创公司，锁模力80T

万能试验机，深圳新三思材料检测有限公司

冲击试验机和熔融指数仪均为德国Zwick公司产品

3、试样制备方法

按照配方称量物料，用手摇匀，然后在220℃～230℃温度条件下于双螺杆挤出机挤出造粒，粒料在80℃烘箱中干燥3小时，然后使用注塑机在220℃～230℃温度，中等注射速度压力条件下注塑，使用力学弯曲、拉伸、冲击样条标准模具成型，成为测试样条，样条在20℃条件下放置24小时，然后测试各项力学性能。

4、性能测试标准

拉伸性能按照GB/T 1040-2006测试，样条截面10mm×4mm，拉伸速率为50mm/min；

冲击性能按照GB/T 1843-2008测试，缺口样条截面为8mm×4mm，摆锤为2.75J；

弯曲性能按照GB/T 9341-2008测试，速率为2mm/min，共5min；

熔体流动速率按照GB/T 3682-2000进行测试，条件220℃，载荷为10kg。

三.实验结果与讨论

通常情形下铝粉和珠光粉的价格比树脂昂贵，所以达到外观要求后，不会添加更多的效果颜料作为填充，常见的添加量不会超过2%，我们的实验设计为分别添加0.5%，1%，1.5%，2%，比较含有效果颜料的材料和未添加效果颜料，仅仅采取同样挤出加工造粒的树脂，两者的性能差异。

1、 对拉伸性能的影响

图1 效果颜料添加量对拉伸强度的影响（单位：MPa）

图1是不同效果颜料对拉伸强度的影响，从图中可以看出，随着添加量的增加，拉伸强度逐渐降低，但是总体来看，降低的幅度比较小，降低幅度最大也不超过10%，这降低的效果与效果颜料的种类、粒径的关系不明显。

表1 效果颜料添加量对断裂伸长率的影响

表1是随着各种效果颜料的添加量的增加，材料断裂伸长率的影响，由于断裂伸长率本身测量有一定的偏差，不大的偏差比较，不能得出统一的结论，可以看出在此种添加量情形下，添加多少对于伸长率几乎无影响，差别很小，这些材料的断裂伸长率大致是属于同一范围之内的。

2、 对弯曲性能的影响

表2 效果颜料添加量对弯曲强度的影响（单位：Mpa）

表2是随着效果颜料添加量增加，测试得到的弯曲强度的变化规律，这所有的数据点都落在（70.04，72.51）的区间范围内，相对于树脂的差异在（-1.3%，+2.2%）之间，无论是随着添加量的增大，还是随着效果颜料种类的不同，这些数据都不能表现出来明确的变化规律，所以我们认为在2%添加量以内，弯曲强度没有变化。

图2 效果颜料添加量对弯曲模量的影响（单位：Mpa）

从图2可以看出，随着效果颜料添加量的增加，所有的材料模量都增加了，而且添加越多，模量增加得越多，模量最高时，比树脂提高了14%，另外一个有意思的现象是，珠光粉的增强效果要略好于铝粉。从图上看不出来效果颜料的粒径大小对材料模量影响较明显的规律，无论其粒径大小，均有轻微的增强效果。

3、 对冲击性能的影响

图3 效果颜料添加量对缺口冲击强度的影响

尽管添加重量只有不超过2%，但这些效果颜料对于材料的缺口冲击强度的影响是很大的，下降幅度也较多，最大可达41%，从图中可以观察出以下规律：

对于任何一种效果颜料来说，添加量越大，冲击强度下降越多；

铝粉对冲击强度的影响不如珠光粉来得大，相同添加量时，性能保持得更好；

粒径大小对于珠光粉或者铝粉来说，影响不显著，不能说较大颗粒的效果颜料影响更大，或者影响更小，其规律不明显。

4、 对熔指和密度的影响

表3 效果颜料添加量对熔融指数的影响（单位：g/10min）

从表3看出，这些熔融指数大致的范围在19.8-24.9g/10min，且没有明显的规律，与添加量多少、添加效果颜料种类，以及效果颜料的粒径均没有明显关系。

表4 效果颜料添加量对密度的影响（单位：g/cm³）

从表4看出以下规律：

随着添加量的增加，任何一款材料的密度也增加；

珠光粉增加密度的效果比铝粉好，同等添加量时，含珠光粉材料的密度大于含铝粉材料的密度；

密度与效果颜料的粒径关系不明显。

5、珠光粉和铝粉的比较

材料的各项机械性能指标中，影响最大的是缺口冲击强度，同样重量的铝粉比珠光粉对材料韧性的破坏显得较小，而从模量看，珠光粉比铝粉有略好的增强效果，同时相同质量的珠光粉比铝粉导致材料密度增加得更多，这是一个有意思的现象。

从宏观上说，两者都是无机物，和树脂体系完全不相容，而且密度相当，铝粉是金属，密度为2.7g/cm³，珠光粉是氧化物涂覆在云母或者玻璃基片上，密度为2.9-3.0g/cm³。材料的强度上看，云母和玻璃片是刚性材料，铝则很软，容易变形，在抵抗材料的弯曲形变上，珠光粉比铝粉应当会贡献更大，因此模量稍高。

至于密度和缺口冲击强度的解释，笔者认为主要原因在于市售的商品化铝粉由于考虑运输储运的安全，都有表面处理，添加了矿物油或者PE蜡，导致称量的铝粉实际含有的铝不足，查看说明得知，这三种铝粉均含有30%的载体，这样2%的添加量实际对应的铝为1.4%，含有2%铝粉的免喷涂材料应当与含有1.5%珠光粉的免喷涂材料密度相当，这在表4中得到了证实。无机物在不相容的树脂中会成为应力集中点，导致材料韧性下降，不再赘述，不过铝粉能发生形变，所以能吸收一部分能量，而珠光粉不能，所以即便是含有2%铝粉的材料韧性也要稍好于1.5%珠光粉的材料。

四、结论和其他

通过上述讨论，可得出以下结论：

1、珠光粉和铝粉的添加都会导致拉伸强度的轻微降低，弯曲模量的轻微上升，缺口冲击强度大幅下降和密度升高，且添加越多，拉伸强度降低越多，弯曲模量上升越多，缺口冲击强度下降越多，密度增加越多；

2、珠光粉和铝粉的添加对弯曲强度、断裂伸长率、熔融指数无明显影响；

3、相同质量的铝粉比珠光粉对材料的韧性破坏要轻，使材料密度增加的幅度要小，导致这一现象的重要原因是铝粉的表面处理所含的载体；

4、常规性能的测试结果尚不能观察出效果颜料粒径大小对材料机械性能的影响。