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1、阻燃阻燃 ABSABS 及其合金的研制及其合金的研制作者：陈桂兰,刘波,汪凌,王龙 时间：2008-12-10 20:55:03 来源：中国塑料0 0 前言前言ABS 树脂是一种易燃的高分子材料,以 ABS 树脂制造的电子、电器配件、壳件会因短路而引起火灾,这一缺点限制了其进一步应用,因此 ABS 树脂的阻燃成为重要的研究课题1。本文以国产树脂为主要原料,采用十溴二苯醚和三氧化二锑作为阻燃剂并用加入到以氯化聚乙烯为增韧剂的 ABS/PVC 合金中,此体系的氧指数大于 30,并对其力学性能、加工性能、热性能进行了研究,最终得到了综合性能较佳的阻燃 ABS/PVC 合金配方。1 1 实验实验1.1
2、1.1 原料与助剂原料与助剂实验用原料与助剂见表 1。1.21.2 主要仪器设备主要仪器设备实验用仪器设备见表 2。1.31.3 测试标准测试标准氧指数测试按 GB/T204693;冲击性能测试按 GB/T104393;拉伸性能测试按 GB/T104293;弯曲性能测试按 GB104279;维卡软化点测试按 GB163379;熔体流动速率测定按 GB368283。1.41.4 工艺流程工艺流程模压工艺流程图如下1.51.5 工艺条件工艺条件塑炼温度 160170,塑炼时间 8min;干燥温度 40,干燥时间 3h;模压温度 185,模压时间 8min;模压压力 15MPa,保压时间 5min。
3、1.61.6 阻燃机理阻燃机理阻燃剂之所以具有阻燃作用,是因其在高聚物的燃烧过程中,能够阻止或抑制其物理的变化或氧化反应的速度。溴类阻燃剂主要在气相中发挥作用,溴化物分解产生的溴化氢气体是不燃气体,它覆盖在高聚物表面,可隔绝空气和热,起覆盖效应,更为重要的是,含溴阻燃剂遇火受热发生分解反应,生成溴离子,溴离子与高聚物反应生成溴化氢,溴化氢与很强的 OH反应,一方面使溴离子得以再生,一方面使 OH自由基的浓度减少,使燃烧的连锁反应受到抑制,燃烧速度减慢,直至停止燃烧。2 2 结果与讨论结果与讨论2.12.1 阻燃级阻燃级 ABSABS 的组成与确定的组成与确定2.1.12.1.1 主辅阻燃剂的选
4、择主辅阻燃剂的选择阻燃剂选择从很大程度上主要考虑阻燃效果、分解温度和与材料的相容性,对于 ABS 我们采用卤素阻燃剂十溴二苯醚。卤素阻燃剂主要在气相中发挥作用,因为卤化物分解产生的卤化氢气体是不燃性气体,有稀释效应,卤化氢能够抑制高聚物燃烧的连锁反应,同时加入辅助阻燃剂 Sb2O3,当 Sb2O3加入后与 HBr 反应得 SbBr3,相对密度很大,覆盖于聚合物表面,另外,生成的 SbBr3在高温下分解,产生固体小颗粒,分散于气相中,起到隔绝空气和热的作用,辐射带走大量热。2.1.22.1.2 主辅阻燃剂最佳配比优化主辅阻燃剂最佳配比优化由表 3 可知,当 DBDPO 增加到 8 份时,DBDP
5、O/Sb2O3为 21 时,氧指数4为 23.19,达到难燃,具有自熄性。加大 DBDPO 的用量,对氧指数影响不大。以下实验添加的复合阻燃剂均采用此配比。2.1.32.1.3 复合阻燃剂添加份数对复合阻燃剂添加份数对 ABSABS 树脂综合性能的影响树脂综合性能的影响通过上面的实验我们找到了主辅阻燃剂的最优配比,现在实验我们改变复合阻燃剂的添加份数,研究阻燃剂用量对力学性能、熔体流动速率的影响。由图 1 可知,ABS 树脂中的冲击强度随复合阻燃剂加入份数的增加而呈下降趋势,拉伸强度随复合阻燃剂加入量的增加而先上升后下降,弯曲强度则呈下降趋势。由图 2 可知,熔体流动速率和维卡软化点随复合阻燃
6、剂的增加呈下降趋势,这是由于复合阻燃剂加入量增大,动态粘度逐渐增大而导致加工性能下降。从表 4 中可知,氧指数5 随复合阻燃剂的增加而明显增加,在加至 15 到 21 份时基本达到阻燃的要求,并且有自熄性,要达到 UL94V - 0 级, 阻燃剂加入量必须超过 24 份,但随阻燃剂的增加,体系的冲击强度和熔体流动速率都有较大的下降,使材料的加工较为困难,应用范围受到限制。2.2ABS/PVC2.2ABS/PVC 阻燃合金的开发阻燃合金的开发2.2.1ABS/PVC2.2.1ABS/PVC 合金组分的确定合金组分的确定ABS/PVC 合金综合了 ABS 的抗冲击、耐低温、易于成型加工以及 PVC
7、 树脂阻燃性能好、刚性强、价格低、耐腐蚀的优点,在获得阻燃体系的同时,也降低了阻燃体系的成本。通过改变 ABS 及 PVC 树脂的配比,考查 ABS/PVC 合金的综合性能。从表 5 中的氧指数4可知,PVC 树脂可以有效地改善 ABS 聚合物的燃烧性能2,且随着PVC 树脂加入量的增加,合金的阻燃性能提高,但要达到材料的阻燃级别,需要掺混大量的PVC 树脂,这样就使体系的某些性能变差,所以兼顾阻燃性和其他性能,仅用 PVC 一种材料来改善 ABS 的阻燃性是不够的。由图 3 可见,合金体系的冲击强度随 PVC 树脂含量增加,其值先升后降,这是因为 PVC 为脆性材料且 PVC 在合金中为分散
8、相,它受到冲击时会在两相界面诱发大量银纹,吸收冲击能,同时 ABS 中的丁二烯橡胶组分也会诱发大量的银纹,吸收冲击能,银纹的相互干扰又导致银纹的终止,这样,ABS/PVC 合金在 ABS 含量较高时,合金的冲击强度随 PVC 含量的增加而上升,当ABS 的份数小于一定值时,ABS 中的橡胶相不足以及时终止 PVC 诱发的银纹,使 ABS/PVC 合金的冲击强度下降,拉伸强度则随着合金中的 PVC 含量增加而增大,因为 ABS/PVC 合金中两相界面分子为互锁状交织结构,使拉伸强度增大,弯曲强度随 PVC 含量的增加而增大,这与 PVC具有较高的弹性模量有关。从图 4 可见 ABS/PVC 合金
9、的熔体流动速率及维卡软化点都随着 PVC 加入量的增多而下降,这是由于在 ABS 与 PVC 的相界面的分子为互锁状交织结构,使体系的动态粘弹性增大,耐热性和流动性能有所下降。2.2.22.2.2 复合阻燃剂对合金综合性能的影响复合阻燃剂对合金综合性能的影响在合金体系中添加复合阻燃剂来改善 ABS/PVC 合金的阻燃性能,采用 ABS/PVC 为 80:20的体系,因该体系的综合性能较好。由图 5 可见,合金体系中加入复合阻燃剂后,冲击强度、弯曲强度随复合阻燃剂加入量的增加而下降,主要原因是复合阻燃剂加入后增加了相界面,减少了橡胶相的相对含量,相对终止和歧化银纹的能力降低,导致合金体系的力学性
10、能下降。由图 6 可知,合金体系的熔体流动速率和维卡软化点都随复合阻燃剂加入量的增加而下降,使得 ABS/PVC 合金的加工性能下降。从表 6 中的氧指数4来看,当添加到 9 份复合阻燃剂时就基本达到难燃的要求,再继续增加到 12 份时氧指数为 30.13,即少量加入复合阻燃剂就可达到满意的阻燃效果。2.2.32.2.3 冲击改性剂冲击改性剂 CPECPE 对对 ABS/PVCABS/PVC 合金体系性能的改善合金体系性能的改善采用 CPE 做冲击改性剂,并对加入不同份数 CPE 后的 ABS/PVC 阻燃体系的各项性能进行考查。由图 7 可知合金体系的力学性能随着 CPE 加入量的增加而增大
11、,当加入 5 份 CPE 后,体系的拉伸强度、弯曲强度均超过纯 ABS 树脂,同时冲击强度也提高了近 30%,这说明 CPE 对ABS/PVC 阻燃体系的力学性能有很好的改善作用。从图 8 可见,维卡软化点随着 CPE 的加入量的增加呈上升的趋势,这说明 CPE 能有效改善体系的耐热性能,同时含氯量为 35%的 CPE 为橡胶态,使体系的韧性增大,导致了体系的流动性能下降。从表 7 的氧指数来看,加入 CPE 后体系的阻燃性得到了改善。其作用原理为:CPE 是一种非结晶性饱和弹性体,有极性基团氯基,使材料的燃烧性能得到进一步抑制,因而,体系的阻燃性能随 CPE 加入量的增加而提高。综合考虑 C
12、PE 对 ABS/PVC 阻燃合金体系性能的影响,实验证明在该体系中加入 35 份CPE 可得到较好的综合性能。该实验的主要性能与有关资料中介绍的美国 GYGOLR-KJW(赛鸽阻燃 ABS)的比较见表 83。3 3 结论结论(1)当 DBDPO 与 Sb2O3 的配比为 2:1 时有着良好的阻燃协同效应。(2)在 ABS 树脂中加入 8 份 Sb2O3 和 16 份 DBDPO,可达到阻燃要求,但力学性能及加工性能变差。(3)PVC 与 ABS 共混可有效改善 ABS 的阻燃性、冲击强度和拉伸强度,但难以达到阻燃标准的要求,需适当加入阻燃剂。(4)CPE 可有效改善 ABS/PVC 合金体系的阻燃性能、力学性能和耐热性。(5)加入 35 份 CPE 可有效改善 ABS/PVC 合金体系的综合性能。参考文献参考文献1 揣成智,王建清,李树,韩永生.低烟阻燃 ABS 体系的研究.塑料工业,1998,(4):162 王旭,黄锐.ABS/PVC 合金的研究.工程塑料应用,1997,(1):863 蔡志权.电容器外壳阻燃 ABS 的研究.广东塑料,1991,(2):394 徐应麟.高聚物材料的实用阻燃技术.化学工业出版社,1987:3663805 周维祥主编.塑料测试技术.北京:化学工业出版社,1997:271288
