近年来，塑料材料的应用范围越来越广泛，对于塑料材料的外观和质量的要求也越来越高。免喷涂材料是一种自带特殊色彩效果、无须涂装的热塑性材料，能够减少成本、控制污染[1-2]。金粉是一种由铜、锌、金等金属元素组成的金属合金粉体，与塑料基材复配后可以制备具有金色金属光泽的免喷涂材料。金粉能够反射掉一部分紫外线，减少紫外线对聚合物的照射量，还能够吸收一部分紫外线，将紫外线转化为热能释放出去，从而延缓聚合物的老化[3-4]。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)具有强度高、韧性好、易于加工成型、光泽透亮等优点，常作为汽车内外饰件使用[5-8]。但ABS中丁二烯结构聚合后产生C=C键，在光、热、氧等因素作用下产生老化[9]，需要添加抗氧剂体系延长使用寿命[10-11]。因此，选择金粉与ABS复配，可以改善ABS的耐紫外线老化性能，制备金色的免喷涂材料。而金属色粉与塑料基体相容性差，制品金粉分散不均，易团聚，限制了免喷涂材料的力学性能，需要针对金属色粉与塑料基体间的相容性进行改性处理。赵然等[12]利用硅烷偶联剂KH845-4对30 μm雾化球形铝镁合金粉进行表面改性，发现硅烷膜层仅隔离了活性铝镁合金粉与空气之间的接触，不改变铝镁合金粉的晶体结构，能够明显提高铝镁合金粉的抗氧化性。董前年等[13]利用不同偶联剂对铝粉进行改性，发现铝粉表面改性均能明显提高聚丙烯(PP)复合材料的光泽度、弯曲强度和冲击强度。辛长征等[14]将硅烷偶联剂K570、液体石蜡、PP、铜金粉通过螺杆挤出机共混造粒，发现随着铜金粉含量的增加，结晶度、拉伸强度和断裂伸长率均呈先增大后减小的趋势。张祺祺等[15]选用了正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂KH-550两种材料对铜锌合金粉进行表面改性，发现改性后铜锌合金粉红外消光能力下降，抗氧化性提高。本实验利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对金粉进行包覆改性，将改性金粉与ABS复配，制备ABS/改性金粉免喷涂材料，研究改性金粉与ABS/改性金粉免喷涂材料力学性能的关系。1实验过程1.1主要原料耐高温铜金粉，纯度98%，山东金钻石金属材料有限公司；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，A3000XC，东莞市弘途塑胶原料有限公司；硅烷偶联剂，KH-550，分析纯，南京罗恩硅材料有限公司；抗氧剂1010、抗氧剂168，工业级，市售。1.2仪器与设备双螺杆挤出机，SY-6217-AS，东莞市世研精密仪器有限公司；注射机，DR-7003，扬州德瑞仪器设备有限公司；近红外分光光度计，S430，浙江赛德仪器设备有限公司；扫描电子显微镜(SEM)，Quanta FEG 250，美国FEI公司；万能试验机，WDW-50，山东中仪仪器有限公司；悬臂梁摆锤冲击试验机(5.5 J)，ST-XBL-5.5D，厦门易仕特仪器有限公司；漆膜划痕试验仪，QHZ，深圳市三莉科技有限公司；便携式分光测色仪，WSF-3B，上海仪田精密仪器有限公司；紫外线老化试验箱，JK-QUV-1300，苏州江凯机械设备有限公司；电动铅笔硬度计，LX-QB100，东莞市力雄仪器有限公司；光泽度仪，CS-300S，彩谱科技（浙江）有限公司。1.3样品制备1.3.1改性金粉制备将50 g金粉分散于100 mL甲醇中，加入0.3 g硅烷偶联剂KH-550和0.05 mL去离子水，常温磁力搅拌处理2 h后过滤，在60 ℃下低温烘干，得到改性金粉。1.3.2样品制备过程ABS以100份计，分别将1~5份改性金粉、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168投入挤出机中，在220~230 ℃下挤出、造粒后，得改性金粉填充ABS材料。1.4性能测试与表征SEM表征：将面喷涂ABS置于液氮中脆断后喷金，观察扫描断面。表面性能分析：将复合材料制成100 mm×100 mm样板，用划痕仪划出间隔为2 mm的网格状划痕，用色差仪测试划痕处颜色发白程度，用ΔL表征耐刮擦性能。划痕仪划痕宽度为0.5 mm，划力为10 N。光泽度用光泽度仪测试。铅笔硬度用铅笔硬度计测试。力学性能分析：拉伸性能按GB/T 1040.2—2022进行测试，样品为标准哑铃形样条；冲击性能按GB/T 1843—2008进行测试，样品为100 mm×10 mm×4 mm，A型缺口。耐紫外线性能：将样品置于氙灯下照射2 000 h后取出，测试样品冲击性能，以表征耐紫外线性能。FTIR表征：测试范围为500~4 000 cm-1。2结果和讨论2.1FTIR测试图1为金粉改性前后FTIR谱图。从图1可以看出，KH-550改性后，金粉在3 472 cm-1处的吸收峰有所增强，对应KH-550中—NH2键的伸缩振动峰；在2 893 cm-1和2 851 cm-1处产生新吸收峰，对应KH-550中—CH2—弯曲振动峰；在1 590 cm-1处产生新吸收峰，对应N—H键弯曲振动峰。综合分析，能够证实改性金粉表面存在KH-550。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F001图1金粉改性前后FTIR谱图Fig.1FTIR spectra of gold powder before and after modification2.2SEM测试图2为改性前后金粉在ABS脆断面上的分散情况。从图2a可以看出，图中有明显金粉集中区和金粉较少的空洞区域，说明金粉在ABS中分散不好。从图2b可以看出，金粉在ABS中分散优于未改性金粉，金粉空洞区域少且颗粒较分散。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F002图2改性前后金粉在ABS中的分散情况Fig.2Dispersion of gold powder in ABS before and after modification2.3表面性能分析ABS复合材料的表面耐刮擦性能是评估其使用寿命和质量的重要指标之一。对比未改性金粉和改性金粉对ABS复合材料耐刮擦性能的影响，图3为测试结果。从图3可以看出，改性后ABS复合材料的表面耐刮擦性能明显优于未改性复合材料。改性后ABS复合材料的应力发白值平均降低了0.1~0.3，表明金粉表面改性可以显著提高塑料材料的耐刮擦性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F003图3改性前后金粉对ABS复合材料耐刮擦性能的影响Fig.3Effect of gold powder before and after modification on scratch resistance of ABS composites图4为改性前后金粉对ABS复合材料光泽度的影响。表1为改性前后金粉填充ABS的铅笔硬度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F004图4改性前后金粉对ABS复合材料光泽度的影响Fig.4Effect of gold powder before and after modification on glossiness of ABS composites10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.T001表1改性前后金粉填充ABS的铅笔硬度Tab.1The pencil hardness of ABS filled with gold powder before and after modification填料含量/份硬度填料含量/份硬度未改性金粉0HB改性金粉0HB1HB1HB2H2HB3H3H4H4H5H5H从图4和表1可以看出，随着未改性金粉含量的增加，金粉填充ABS材料光泽度先增加后降低，未改性金粉含量为2份时，ABS复合材料光泽度为86，说明金粉的填充有利于提高复合材料光泽度。而继续提高含量，由于金粉浮粉导致ABS表面不平整，因而降低了光泽度。但金粉也提高了ABS的表面硬度，金粉含量达到2份及以上，复合材料硬度能够从HB提高至H。由于相容性的改善，改性金粉填充后，金粉高含量下复合材料光泽度能够保持在86~88。当改性金粉含量达到3份，复合材料的铅笔硬度提高至H。金粉表面改性能够改善ABS的耐刮擦性能和表面光泽度，金粉含量较高时复合材料也能保持较好表面性能。2.4力学性能分析图5为改性前后金粉填充ABS的力学性能。从图5可以看出，随着改性前后金粉含量的增加，复合材料的拉伸强度、冲击强度和断裂标称应变均呈现下降趋势。当改性后金粉含量为5份，复合材料的拉伸强度从47.4 MPa降至45.2 MPa，断裂标称应变从67%降至56%，冲击强度从26.99 kJ/m2降至25.98 kJ/m2。使用KH550进行表面改性后，填充改性金粉的ABS复合材料的性能整体比填充未改性金粉的复合材料好。因为KH550能够在一定程度上增强金粉和材料之间的相互作用，从而提高了材料的强度、刚度和韧性。尽管随着金粉含量的增加，材料的断裂标称应变和冲击强度会降低，但相比于未改性材料，改性后材料仍然具有更好的性能。图5改性前后金粉填充ABS的力学性能Fig.5Mechanical properties of ABS filled with gold powder before and after modification10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F5a1(a)拉伸性能10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F5a2(b)冲击强度2.5抗老化性能分析ABS中含有C=C键，易受紫外线、热氧影响产生老化，可用氙灯对ABS耐老化性能进行表征[16]。用氙灯照射不同样品2 000 h，图6为不同含量金粉表面改性前后辐照处理后的冲击强度，用以表征不同材料的耐老化性能。从图6可以看出，改性金粉的填充ABS材料的冲击强度比未改性金粉的填充ABS材料的冲击强度高。改性金粉含量为5份时，冲击强度从14.65 kJ/m2提高至22.20 kJ/m2。表明改性金粉填充ABS材料经过长期的紫外线老化后，其冲击强度保持了较好的稳定性。但金粉含量过高时，复合材料的韧性逐渐降低，是由于高含量下金粉团聚。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.07.009.F006图6不同含量金粉表面改性前后辐照处理后的冲击强度Fig.6Impact strength of different content of gold powder before and after surface modification after irradiation treatment改性金粉填充ABS材料的耐紫外线性能更好，可能是由于KH550偶联剂能够增强金粉与ABS材料之间的相互作用力，使金粉更加稳定地分散在ABS材料中，从而扩大金粉对紫外线的反射面积所致。因此，KH550偶联剂表面改性后的金粉填充ABS材料具有较好的紫外线稳定性。3结论（1）随着改性前后金粉含量的提高，复合材料表面性能逐渐改善。当未改性金粉含量为5份，复合材料的ΔL值从纯ABS的2.4降至1.9。改性金粉含量为5份时，复合材料的ΔL值进一步降低至1.6。改性金粉填充后复合材料的光泽度下降不明显。改性金粉含量为3份时，使复合材料的铅笔硬度从HB提高至H等级。（2）随着未改性金粉含量的提高，复合材料的拉伸强度与弯曲强度变化不大。未改性金粉含量为5份时，复合材料的断裂标称应变和冲击强度分别从67%和26.99 kJ/m2降至47%和22.14 kJ/m2。改性金粉添加后，复合材料的拉伸强度与弯曲强度变化不大。改性金粉含量为5份时，复合材料的断裂标称应变和冲击强度分别从67%和26.99 kJ/m2降至56%和25.98 kJ/m2，改性金粉填充ABS材料韧性明显优于未改性金粉填充ABS材料。（3）2 000 h加速老化后，与纯ABS相比，填充未改性金粉和改性金粉的复合材料冲击强度增加40.68%和51.53%。改性金粉明显提升复合材料耐紫外线性能。