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1、环保阻燃增强PBT的研制王少君 李淑杰 郭运华米永存曹建芳（山东道恩集团公司，山东省塑料树脂工程技术研究中心，龙口 265703）刖言实验部分产品应用结论参考文献刖百聚对苯二甲酸丁二醇酯是一种结晶、线型饱和聚酯。它具有优异的力学、电学、耐化学腐蚀、易成型及吸 湿率低等特点，是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，被广泛用于汽车、电子电器制造业中，用于制造 机械强度要求较高的零件和耐热、耐冲击、耐磨擦的零件等，已经成为五大工程塑料中重要的一员。然而， 纯PBT也存在着阻然性不好（只能达到UL-94HB级），缺口冲击强度低，热变形温度不高等缺点，从而 限制其在某些领域的应用。而玻纤增强PBT能大幅度提
2、高材料的冲击强度和热变形温度。PBT的阻燃并 非是新的课题，其阻燃方法有多种，传统且成熟的方法有十漠二苯醚和三氧化二锑复配，阻燃效果非常好， 也是目前大部分阻燃PBT所采用的方法，但由于人们对环境污染和安全因素的日益重视，此类产品目刖 正面临挑战；虽然欧盟2005年10月已经停止了对十漠二苯醚的限制，允许其继续使用，不过每四年还 需对其进行评估，据预测待现在正进行的全部阻燃剂的危害性评估完成后，还有可能被限用或禁用，另外 一些发达国家出于技术壁垒和某种偏好，对十漠二苯醚阻燃剂存在一定偏见，因此，虽然欧盟ROHS指 令已排除了十漠二苯醚，但世界范围内对环保阻燃体系的研究一直十分火热。本文主要选择
3、了三种环保型 阻燃体系来做环保阻燃增强PBT，并对其性能进行比较。本文还围绕着该体系的增韧进行了一系列的实验。 使材料的性能满足那些做出口制件的客户的要求。1. 实验部分1.1实验原料PBT南通星辰合成材料有限公司十漠二苯乙烷寿光卫东化工有限公司Sb2O3常德辰州锑品有限责任公司漠化环氧树脂BEO-30PBT620接枝PEAX8900玻璃纤维2000#1.2主要实验仪器与设备10立升高速搅拌机双螺杆挤出机30注塑机：SZ-160电子拉伸试验机智能数显冲击试验机NA18JD熔体流动速率仪以PNA18RZ -400C维卡热变形温度测试仪NA18RW-300MA无锡迪爱生环氧有限公司Albemarl
4、e corporation市售市售市售张家港亿利机械有限公司南京橡塑机械厂宁波东方塑料机械有限公司美国 INSTRON承德德胜试验机厂吉林大学科教仪器厂承德宝华电器有限公司1.3性能检测及表征简支梁缺口冲击强度：按GB/T1043-93要求测试;拉伸强度：按GB/T1040-92要求测试；断裂伸长率：按GB/T1040-92要求测试；弯曲强度：按GB/T 9341-88要求测试；弯曲模量：按GB/T 9341-88要求测试；燃烧性能：按美国UL-94要求测试2.结果与讨论2.1三种环保阻燃剂的选择下表是三种阻燃剂作阻燃增强PBT时，1.6mm的阻燃样条达到UL-94 v-0时的用量及其性能:表
5、1：三种阻燃剂作环保阻燃增强PBT的配方及性能配方组成十漠二苯乙烷DBDPO漠化环氧树脂BEO-30漠化聚苯乙烯母粒PBT620十漠二苯醚体系DBDPEPBT545249玻纤303030十漠二苯乙烷10BEO-3012雅宝PBT62014Sb2O3444性能指标灰份30.129.430.928.6熔体流动速率g/10min26.538.121.4拉伸强度Mpa110.5100.7115110.4断裂伸长率2242弯曲强度Mpa174.5133178171.4弯曲模量Gpa8.247.69.17.92简支梁缺口冲击强度KJ/m28.37.913.59.0热变形温度。C1.82Mpa220.421
6、0.2220.3222.2阻然性1.6mmUL-94v-0v-0v-0v-0从上面图表可以看出，要达到UL-94 V-0级，以上三种阻燃剂的的用量分别是14份，16份，19份，从性能来看采用雅宝漠化聚苯乙烯母粒所制材料的综合性能最高，尤其是电气性能很高，这是因为雅宝漠 化聚苯乙烯分子量高，所含游离漠素、杂质低，产品热稳定性好，分解温度高，同时与基体树脂的相容性好，分散均匀，达到V0级所需实际阻燃剂份数最低；而如果阻燃剂中杂质含量高，分解温度低，处理不好， 与基料相容性差，加工过程造成的分解氧化，必然要影响到最终产品的力学、电气性能，采用十漠二苯乙 烷所做的材料除了缺口冲击强度差一些，其它性能居
7、中，采用漠化环氧树脂所做的材料流动性最高，适合 复杂、要求流动性高的制品需求。从阻燃剂的市场售价来看PBT620每公斤的价格在42元左右；漠化环 氧树脂的价格在35元左右；十漠二苯乙烷是最便宜的，每公斤价格在30元左右，其性能居中。基于性 价比的考虑，我们最终选择十漠二苯乙烷为环保阻燃增强PBT的主阻燃剂。400 盘300 程2 00 C 10ft不同阻殁体系坦W性鸵漏比1 .1 . -10PBT620660DBDFODPDFE阻52.2阻燃剂配比、用量的选择及其对性能的影响2.2.1阻燃剂最佳配比的选择固定阻燃剂的总添加量为13,变动十漠二苯乙烷和三氧化二锑之间的质量百分比，考察十漠二苯乙烷
8、和 三氧化二锑之间的配比对材料阻燃性能的影响。表2给出了环保阻燃增强PBT的配方及阻燃性能。表2?不同配比十漠二苯乙烷和三氧化二锑对材料阻燃性能的影响配方编号1#2#3#4#5#PBT5656565656玻纤3030303030十漠二苯乙烷1310987Sb2O33456性能指标阻然1.6mmv-14 根 v-0v-03 根 v-01 根 v-0性UL-941 根 v-12 根 v-14 根 v-1从表2还可以看出并不是任何比例的十漠二苯乙烷和三氧化二锑都会起到相同的阻燃效果，而是两者之间有一个最佳配比，上表中3#的阻燃效果最好，此时十漠二苯乙烷和三氧化二锑的比例大体是2.25： 1，这和一些
9、资料上报道的比例2.5： 1基本接近。2.2.2阻燃剂最佳用量的选择考虑到材料的成本，我们又做了阻燃剂的最佳量的实验，固定十漠二苯乙烷和三氧化二锑的比例为2.25：1，阻燃剂的总量分别为11份，12份，13份，14份，16份，其实验配方和性能见表3：阻燃剂用量11份12份13份14份16份PBT5756555453玻纤3030303030十漠二苯乙烷7.68.399.711.1Sb2O33.43.744.34.9其它助剂22222阻然 1.6mm性 UL-942 根 v-03 根 v-14 根 v-01 根 v-1v-0v-0v-0由表3可以看出当十漠二苯乙烷和三氧化二锑的比例为2.25： 1
10、时，阻燃剂的总量在13份以上都可以达到UL-94 V-0级的效果。2.2.3环保阻燃剂的用量对材料性能的影响阻燃剂的加入量除会影响阻然性能之外，对材料的力学性能也会产生一定的影响，下图给出了十漠二苯乙 烷和三氧化二锑的比例为2.25： 1，阻燃剂的添加量分别为11份、12份、13份、14份，16份时对材 料力学性能的影响。由下图我们可以看出随着阻燃剂含量的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度都是先呈上升趋势，在含量达到 13份或14份时又呈下降趋势；简支梁缺口冲击强度基本呈下降趋势，这是因为阻燃剂在一定程度上也起 到了填料的作用，填料是刚性的，所以拉伸强度和弯曲强度开始是提高的，但当阻燃剂达到一定量
11、的时候， 阻燃剂在PBT中的分散性和相容性存在的问题就显现出来，所以拉伸强度和弯曲强度又呈下降趋势，这也是需要进一步改善的地方。此外，填料在基体中起到应力集中点的作用，不能在受力时变形，也不能中 止裂纹和产生银纹，吸收冲击能量，因此脆性增加，导致冲击强度呈下降趋势。基于成本的考虑，我们在 实际应用中调节阻燃剂的用量，使其既能满足阻燃要求，又能保持材料的综合力学性能，所以最终确定阻 燃剂的含量在13份为最佳。司1曲碰的含更gg俾迥gS w割披剂的含段掬*畴度曜问旨3阻岫的含呈对郴筒j津映口神碰款官普此aE胃Fi2.3增韧剂对材料性能的影响2.3.1增韧剂对材料力学性能的影响图4、图5是我们所选的
12、两种增韧剂对材料的拉伸强度和弯曲强度的影响，由这两图可以看出，加入增韧 剂的环保阻燃增强PBT比不加增韧剂的环保阻燃增强PBT的拉伸强度和弯曲强度均有所降低，但采用 AX8900为增韧剂的材料比采用接枝PE的要好一些，AX8900是乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 的共聚物，所含GMA与很多化学基团都有高反应活性。AX8900所包含的活性官能团比接枝PE活性要大得多，因此与阻燃剂、玻纤的相界面结合力较接枝PE 的大，所以强度也较高一些。AX8900颗粒在PBT中比接枝PE分散的要更为均匀，Tg也比接枝PE低， 因此改善韧性也好于接枝PE，图6是两种增韧剂对材料冲击性能的影响，由图可见，加入
13、这两种增韧剂都可以提高材料的冲击强度，以AX8900为增韧剂的材料的冲击强度高一些。考虑到材料的刚韧平横以及成本，最终确定米用AX8900为增韧剂，添加量为2份。a 12 i 45增韧利的含堑阳T- KKPE魔口2.3.2增韧剂对材料阻燃性能的影响表4是增韧剂的用量对对材料阻燃性能的影响，增韧剂为AX8900,阻燃剂的总量为13份。由表4可以看 出当增韧剂的含量增加时，对材料的阻燃也是有影响的，当增韧剂的量超过3份的时候，就不能满足材料 的阻燃要求。表4增韧剂的用量对对材料阻燃性能的影响配方组成1#2#3#4#PBT55535250玻纤30303030十漠二苯乙烷9999Sb2O34444AX89000357阻然性1.6mmUL-94v-0v-04 根 v-01 根 v-13 根 v-02 根 v-12.4环保阻燃增强PBT的性能环保阻燃增强PBT与非环保阻燃增强PBT的性能对比材料名称测试项目环保阻燃增强PBT非环保阻燃增强PBT熔体流动速率g/10min27.221.4灰份30.529.6拉伸强度Mpa108.7110.4断裂伸长率22弯曲强度Mpa171.6171.4弯曲模量Gpa8.17.92简支梁缺口冲击强度KJ/m29.99.0热变形温度C(
