协效阻燃剂和增韧剂对无卤阻燃PC/ABS合金性能(2) - 硬质合金杂志社投稿

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协效阻燃剂和增韧剂对无卤阻燃PC/ABS合金性能(2)

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1．2 主要仪器与设备

同向双螺杆挤出机：SHJ-40型，南京广达化工装备有限公司；

注塑机：HMK880-F5型，宁波海明塑料机械有限公司；

万能电子拉力试验机：ETM503C，深圳万测试验机设备有限公司；

悬臂梁冲击试验仪：PIT550J-2型，深圳万测试验机设备有限公司；

熔体流动速率(MFR)仪：MFI-1211型，承德市金建检测仪器有限公司；

水平垂直燃烧测定仪：50W型，南京江宁分析仪器有限公司。

1．3 试样制备

将PC和ABS分别在100℃和80℃的鼓风干燥箱中干燥4 h，然后将PC，ABS和助剂以一定的配比在高速混合机中混合均匀，再加入双螺杆挤出机中挤出、冷却、切粒。挤出机各段温度分别为200，240，245，245，240，235，230，230，230℃，机头温度235℃，主机转速300 r/min，喂料速度70 kg/h，相对真空度-0.03 MPa。粒料经注塑机注射成标准试样，注塑温度245～255℃。

1．4 性能测试

拉伸性能按ISO 527-2012测试，拉伸速率10 mm/min；

悬臂梁缺口冲击强度按ISO 180-2000测试，选用A型缺口，缺口保留宽度8 mm，摆锤能量2.75 J；

MFR按ISO 1133-2011测试，测试条件为260℃，2.16 kg；

阻燃性能按ANSI/UL 94-2003 垂直燃烧法测试。

2 结果与讨论

2．1 协效阻燃剂对PC/ABS合金材料性能的影响

固定配方中PC 69份、ABS 13份、MBS-1 5份、磷酸酯阻燃剂13份、抗氧剂1010 0.2份、抗氧剂168 0.2份、润滑剂PETS 0.5份、PTFE 0.2份。采用的协效阻燃剂种类见表1，其中全氟丁基磺酸钾作为PC反应型协效阻燃剂，在较低的添加量时就具有良好的阻燃效果，过量添加反而会降低材料的阻燃性能，所以其添加量固定为0.15份，其它均为添加型阻燃剂，添加量固定为3份。

表1 协效阻燃剂种类试样编号协效阻燃剂种类1# 无2# 全氟丁基磺酸钾3# 有机硅阻燃剂4# 硼酸锌5# 氢氧化镁6# 三氧化二锑

图1是添加不同协效阻燃剂时PC/ABS合金材料的MFR。从图1可以发现协效阻燃剂的加入都会使材料的MFR降低。特别是有机硅阻燃剂，其对材料的MFR降低最为明显，从49 g/10 min降低至39 g/10 min。这是由于其含有类似于硅橡胶的结构，流动性差。硼酸锌和三氧化二锑在体系中相当于填料，限制了材料分子链的运动使得材料的流动性稍有降低。全氟丁基磺酸钾的添加量最低，仅为0.15份，所以其对应的材料MFR为48 g/10 min，相比于对照组1#仅降低1 g/10 min。

图1 不同协效阻燃剂下合金材料的MFR

图2是添加不同协效阻燃剂时PC/ABS合金材料的缺口冲击强度和断裂伸长率。由图2可以看出，未添加协效阻燃剂时，材料的缺口冲击强度为36 kJ/m2，断裂伸长率为21%。全氟丁基磺酸钾的添加量仅为0.15份，其对材料的韧性影响较小，材料的缺口冲击强度稍有降低，为28 kJ/m2，断裂伸长率为19%。有机硅阻燃剂中含有柔性链段，在基体中起到橡胶增韧的作用，所以加入3份有机硅阻燃剂之后，材料的缺口冲击强度和断裂伸长率都显著提高，分别达到45 kJ/m2和30%。其余三种无机阻燃剂在基体中均会引起应力集中，使得材料的韧性下降，从图2数据可以看出，添加三种无机阻燃剂的材料的缺口冲击强度均低于20 kJ/m2，其中添加三氧化二锑的材料的缺口冲击强度和断裂伸长率最低，分别为11 kJ/m2和11%。

图2 不同协效阻燃剂下合金材料的缺口冲击强度和断裂伸长率

图3是添加不同协效阻燃剂时PC/ABS合金材料的拉伸强度。从图3可以看出，未添加协效阻燃剂时材料的拉伸强度为53 MPa。有机硅阻燃剂由于含有柔性结构，增韧的同时使得材料的拉伸强度降低至48 MPa。其余的协效阻燃剂对材料的拉伸强度基本没有影响。

图3 不同协效阻燃剂下合金材料的拉伸强度

表2列出添加不同协效阻燃剂时PC/ABS合金材料的阻燃性能。从表2数据可以看出，全氟丁基磺酸钾和有机硅阻燃剂均可以提高材料的阻燃性能。磷酸酯阻燃剂的作用机理是在高温下,促进PC成炭从而抑制燃烧。全氟丁基磺酸钾在高温下可以促进PC的降解，同时使PC树脂发生异构化现象，从而进一步交联和炭化。所以全氟丁基磺酸钾增加了PC的成炭速度，和磷酸酯阻燃剂相互促进，提高了材料的阻燃性能，对应2#试样的阻燃等级(1.6 mm)从UL 94 V-1级提高至UL 94 V-0级。添加了有机硅阻燃剂后，当材料被引燃时聚硅氧烷会迁移至PC的表面从而形成包覆层，隔离热源和氧气从而抑制燃烧，这也是一种固相阻燃反应，与磷酸酯阻燃剂也具有协同效应使得3#试样的阻燃等级(1.6 mm)从UL 94 V-1级提高至UL 94 V-0级。

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