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阻燃ABS及其合金的研制
06-17-2011, 05:42 PM
阻燃ABS及其合金的研制
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实验
1.1原料与助剂
  实验用原料与助剂见表1。





1.2主要仪器设备
  实验用仪器设备见表2。



1.3测试标准
  氧指数测试按GB/T2046—93;
  冲击性能测试按GB/T1043—93;
  拉伸性能测试按GB/T1042—93;
  弯曲性能测试按GB1042—79;
  维卡软化点测试按GB1633—79;
  熔体流动速率测定按GB3682—83。

1.4工艺流程
  模压工艺流程图如下



1.5工艺条件
  塑炼温度160~170℃,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。

1.6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结果与讨论
2.1阻燃级ABS的组成与确定
2.1.1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。

2.1.2主辅阻燃剂最佳配比优化


  由表3可知,当DBDPO增加到8份时,DBDPO/Sb2O3为2∶1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。

2.1.3复合阻燃剂添加份数对ABS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/PVC阻燃合金的开发
2.2.1ABS/PVC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。

2.2.2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。

2.2.3冲击改性剂CPE对ABS/PVC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,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CPE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3~5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8[3]。



3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3~5份CPE可有效改善ABS/PVC合金体系的综合性能。

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):16
2王旭,黄锐.ABS/PVC合金的研究.工程塑料应用,1997,(1):86
3蔡志权.电容器外壳阻燃ABS的研究.广东塑料,1991,(2):39
4徐应麟.高聚物材料的实用阻燃技术.化学工业出版社,1987:366~380
5周维祥主编.塑料测试技术.北京:化学工业出版社,1997:271~288


附件
.doc  阻燃ABS及其合金的研制.doc (大小: 715.5 KB / 下载: 5)
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