第４１卷第７期 ２０１３年７月 塑料工业 ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ・９５・
ＡＢＳ／石墨／ＮＢＲ导热复合材料性能的研究
傅伟宁，张云灿，韦亚兵，成敏
（南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京２１０００９）
摘要：采用熔融共混法制备丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物（ＡＢＳ）／石墨／丁腈橡胶（ＮＢＲ）导热复合材料，通 过热常数分析仪、同步热分析仪、扫描电子显微镜、力学性能测试等手段研究了ＮＢＲ、ＡＢＳ高胶粉及石墨（Ｇ）的添 加量对ＡＢＳ复合材料导热性能及力学性能的影响。结果表明，ＡＢＳ高胶粉和ＮＢＲ均能明显提高ＡＢＳ的热导率和缺口 冲击强度，但是丁腈胶粉的改性效果优于高胶粉。以ＮＢＲ作为ＡＢＳ复合材料的增韧剂，随着石墨含量的增大，增韧 效果下降，ＡＢＳ复合材料的热导率提高到纯ＡＢＳ的５倍，热分解温度提高４Ｏ℃左右，热膨胀系数下降。当ＡＢＳ／Ｇ／ ＮＢＲ复合材料的质量比为６０／１５／２５时，其热导率为纯ＡＢＳ的２倍，缺口冲击强度达２１．８ ｋＪ／ｍ ，明显高于纯ＡＢＳ
（２．６ ｋＪ／ｍ ）。 关键词：ＡＢＳ；石墨；丁腈橡胶；复合材料；热导率
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—５７７０．２０１３．０７．０２３
中图分类号：ＴＱ３２５．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—５７７０（２０１３）０７—００９５—０４
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ＡＢＳ／Ｇｒａｐｈｉｔｅ／ＮＢＲ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＦＵ Ｗｅｉ ｎｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎ。ｃａｎ，ＷＥＩ Ｙａ—ｂｉｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｍｉｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ＡＢＳ／ｇｒａｐｈｉｔｅ／ｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ（ＮＢＲ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ
ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｍｅｌｔ ｂｌｅｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＮＢＲ，ＡＢＳ ａｎｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＡＢＳ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎａｌｙｚｅｒ， ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅａｎｓ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ＡＢＳ ｈｉｇｈ ｇｌｕｅ ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ ＮＢＲ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｎｏｔｃｈｅｄ
ｉｍｐａｃｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＡＢＳ，ｂｕｔ ＮＢＲ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ａｓ ａ ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｆｏｒ ＡＢＳ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅ
ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＡＢＳ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ｆｉｖｅ ｔｉｍｅｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｒｅ ＡＢＳ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ａｂｏｕｔ ４０℃ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆａｉｌｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ
ＡＢＳ／Ｇ／ＮＢＲ ｗａｓ ６０／１５／２５．ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａ１ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｗａｓ ｔｗｏ ｔｉｍｅｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｕｒｅ ＡＢＳ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｗａｓ ｕｐ ｔｏ ２１．８ ｋＪ／ｍ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｕｒｅ ＡＢＳ（２．６ ｋＪ／ｍ ）．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＢＳ；Ｇｒａｐｈｉｔｅ；ＮＢＲ；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
ＡＢＳ树脂是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共
聚物，具有较高的冲击强度和化学稳定性，易于模塑
成型，制品富有光泽和较高的韧性等良好的综合性
能，可广泛用于电子电器、汽车工业、轻工、纺织和
建筑等领域的热塑性工程塑料ｎ一’］。随着电子信息
产业的迅速发展，对基板和封装材料的要求越来越
高，特别是要求具有优异的热性能，如高热导率、热
稳定性和低热膨胀系数等。ＡＢＳ为非晶型热塑性塑
料，其热导率很小 ．１８ ｗ／（ｍ・Ｋ），在保证其
优异的机械性能前提下，对提高ＡＢＳ导热性能进行 相关研究具有重有价值和必要性。
１ 实验部分
１．１主要原料
ＡＢＳ：ＰＡ－７５７Ｋ，镇江奇美化工有限公司；ＡＢＳ
高胶粉：ＨＲ１８１，韩国锦湖；丁腈橡胶粉末（ＮＢＲ）：
Ｐ８６Ｆ，上海信有实业有限公司；石墨（Ｇ）：平均颗
粒直径１．０ Ｉ．Ｌｍ，青岛市天和达石墨有限公司；钛酸
酯偶联剂：ＮＤＺ２０１，南京曙光化工厂；异丙醇：分
析纯，国药集团化学试剂有限公司。
作者简介：傅伟宁，女，１９６４年生，学士，工程师，从事高分子材料改性研究工作。ｗｅｉｎｉｎｇ＿
ｆ＠１６３．ｃｏｍ 塑料工业
１．２主要仪器及设备
双螺杆挤出机：ＴＥ。２０，西１．７ ｍｍ、Ｌ／Ｄ：３２，科
倍隆科亚（南京）机械有限公司；注塑机：
ＣＪ８ＯＭ３Ｖ，震德塑料机械厂有限公司；悬臂梁冲击试
验机：ｕＪ４，摆锤能量为４ Ｊ，承德试验机厂；微机
控制电子万能试验机：ＣＭＴ５２５４，深圳市新三思计量
技术有限公司；热常数分析仪：Ｈｏｔ ｄｉｓｋ ２５００Ｓ，瑞
典Ｈｏｔ ｄｉｓｋ ＡＢ公司；同步热分析仪：ＮＥＴＺＳＣＨ
ＳＴＡ４０９，德国耐驰仪器制造有限公司；ＰＣＹ型高温
卧式膨胀仪：湘潭湘仪仪器有限公司；扫描电子显微
镜（ＳＥＭ）：ＪＳＭ一５９００，日本电子公司。
１．３试样制备
石墨在烘箱内经１００ ｏＣ烘６ ｈ后，与质量分数
１．５％的ＮＤＺ２０１／异丙醇（质量１／１０）溶液于高速混
合机中混合均匀；混合物经６０℃干燥１ ｈ，使其中异
丙醇稀释剂等挥发后，再按一定比例与ＡＢＳ树脂或
ＡＢＳ／￣韧助剂相混合。
将处理后的石墨、ＡＢＳ树脂或ＡＢＳ／Ｙ￣韧助剂放
人高速混合机中混合均匀。采用双螺杆挤出机挤出共
混造粒，挤出温度设定为１８０～１９０℃，螺杆转速
２００～４００ ｒ／ｍｉｎ。所得共混物料经７０℃干燥，约１８５
℃下注塑制样，注射压力在１００ ＭＰａ左右，模具温度
４０～５０ ｃｃ，制成２ ｍｍ厚哑铃状拉伸试样、８０ ｍｍ ｘ
１０ ｍｍ×４ ｍｍ弯曲试样和６５ ｍｍ×１０ ｍｍ×４ ｍｍ冲
击试样。
１．４性能测试
拉伸强度按ＧＢ／Ｔ １０４０－－１９９２测试；弯曲强度按
ＧＢ／Ｔ １０４２－－１９７９测试；悬臂梁缺口冲击强度按ＧＢ／
Ｔ １０４３－－１９９３测试。
热导率采用热常数分析仪测试。
热膨胀系数测定：使用膨胀仪，样品为４０ ｍｍ×
１０ ｍｍ×４ ｍｍ的长方体。
热稳定性能分析：使用同步热分析仪，升温速率
为１０￣Ｃ／ｍｉｎ，试样质量为３～１０ ｍｇ。
微观形貌分析：试样用液氮脆断，断面喷金处理
后，使用ＳＥＭ观察断口的表面形貌。
２结果与讨论
２．１ ＡＢＳ高胶粉与丁腈胶粉对ＡＢＳ复合材料力学性
能的影响
根据溶解度相近原则，选择与ＡＢＳ溶解度参数
接近的弹性体Ｅ８］ＡＢＳ高胶粉和丁腈胶粉，改善ＡＢＳ
与弹性体的相容性和缺口冲击韧性。
从图１曲线可见，固定石墨质量分数为２０％， 随着ＡＢＳ胶粉或丁腈胶粉含量的增加，ＡＢＳ复合材
料的缺口冲击强度均呈上升趋势，且丁腈胶粉的增韧
效果明显优于ＡＢＳ高胶粉；另一方面，随着ＡＢＳ胶
粉或丁腈胶粉含量的增加，ＡＢＳ复合材料的拉伸强
度均呈下降趋势，而且加入丁腈胶粉时下降幅度
更大。
图１ 胶粉含量对ＡＢＳ复合材料冲击强度与拉伸强度的影响
Ｆｉｇ １ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＡＢＳ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２．２ ＡＢＳ高胶粉与丁腈胶粉对ＡＢＳ复合材料导热性
能的影响
备 鱼 ● 罨
羹
胶粉质量分数
图２胶粉含量对ＡＢＳ复合材料热导率的影响
Ｆｉｇ ２ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＡＢＳ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
图２是两种胶粉含量（固定石墨质量分数为
２０％）对ＡＢＳ复合材料热导率的影响。由图可见，
随着胶粉用量的增加，ＡＢＳ复合材料的热导率均呈
上升趋势。这是由于在不含胶粉的条件下，ＡＢＳ材
料的模量较高，材料成型时基体收缩应力较大，易在
ＡＢＳ／石墨界面处形成裂缝，导致材料的热导率较差；
加入胶粉后，由于明显降低了材料的力学模量，在材
料界面的收缩应力明显减弱，复合材料的界面缝隙明
显减小，故引起材料热导率随胶粉含量的增加而提
高。而且，丁腈胶粉的增韧效果较ＡＢＳ高胶粉好，
改性材料的模量下降更明显，材料界面缝隙也会更
小，故其热导率也优于高胶粉的改性效果。
上述结果表明，ＡＢＳ高胶粉、丁腈胶粉明显提
高ＡＢＳ的热导率和缺口冲击强度，这是由于ＡＢＳ高