协效阻燃剂和增韧剂对无卤阻燃PC/ABS合金性能(3) - 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(3)

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表2 不同协效阻燃剂下合金材料的UL 94阻燃等级试样厚度/mm试样编号1# 2# 3# 4# 5# 6#3.2 V-0 V-0 V-0 V-0 V-1 HB 1.6 V-1 V-0 V-0 V-1 V-1 HB

硼酸锌的加入对材料的阻燃性能没有影响，氢氧化镁的加入使得材料的阻燃性能下降，5#试样厚度为3.2 mm时其阻燃等级由UL 94 V-0级降低至UL 94 V-1级。三氧化二锑和磷酸酯类阻燃剂具有明显的拮抗作用，加入三氧化二锑后材料失去原有的阻燃性能。

2．2 增韧剂对PC/ABS合金材料性能的影响

在磷酸酯阻燃剂阻燃PC/ABS合金材料中，磷酸酯主要针对PC基体，促进其在高温下迅速成炭从而提升阻燃性能，而对ABS相的阻燃作用较低，所以ABS含量的增加会降低材料的阻燃性能。但是ABS含量的增加会提高PC/ABS合金材料的加工流动性以及耐应力开裂性能，并且有利于成本的降低。协效阻燃剂实验中2#和3#试样的阻燃性能较好，但有机硅阻燃剂售价目前约为200元/kg，按3份的添加量计算1 t产品成本增加6 000元；全氟丁基磺酸钾的售价目前约为1 000元/kg，按0.15份的添加量计算1 t产品成本增加约1 500元，相比之下选择全氟丁基磺酸钾作为协效阻燃剂的性价比更高。所以在2#试样的基础上提高ABS含量，同时研究增韧剂种类对PC/ABS合金材料性能的影响。固定配方中PC 67份、ABS 15份、增韧剂5份、磷酸酯阻燃剂13份、全氟丁基磺酸钾0.15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，增韧剂的种类见表3。

表3 增韧剂种类试样编号增韧剂种类7# MBS-1 8# MBS-2 9# E-MA-GMA 10# POE-g-MAH 11# SEBS-g-MAH 12# 丙烯酸酯-有机硅共聚物

图4是添加不同增韧剂时PC/ABS合金材料的MFR。从图4可以发现，添加MBS的合金材料流动性最好，其中MBS-1中的丁二烯含量低于MBS-2的丁二烯含量，所以添加MBS-1合金材料的MFR为50 g/10 min，略高于添加MBS-2合金材料的45 g/10 min。12#试样所用的增韧剂结构和MBS相同，均为核-壳结构，其外层是丙烯酸酯，和PC的相容性好，内层是硅橡胶，流动性低于聚丁二烯，所以12#试样的MFR在三者中最低，其值为40 g/10 min。相比于核-壳结构的增韧剂，添加烯烃类增韧剂的材料流动性更差，特别是9#试样中加入E-MA-GMA后，其MFR仅为7#试样的1/2，在加工大型或者薄壁制件时可能会发生注塑困难的情况。

图4 不同增韧剂下合金材料的MFR

图5是添加不同增韧剂时PC/ABS合金材料的缺口冲击强度和断裂伸长率。从图5可以看出，烯烃类增韧剂对材料的缺口冲击强度和断裂伸长率的提升较为明显。增韧剂的增韧效率一方面与其本身的柔性相关，另一方面与其和基体树脂的相容性有关。9#试样中加入的E-MA-GMA增韧剂，其中甲基丙烯酸甲酯缩水甘油酯(GMA)基团的极性较大，和PC的相容性好，所以缺口冲击强度最高为40 kJ/m2。马来酸酐的极性虽然高于GMA基团，但是其在树脂基体上的接枝率一般为1%～2%，而E-MA-GMA中的GMA基团含量为8%，所以10#试样和11#试样的缺口冲击强度都低于9#试样。烯烃类增韧剂的增韧效果虽然较好，但是流动性较差，并且会影响PC/ABS合金的光泽度。所以在PC/ABS合金中常用的还是具有核-壳结构的增韧剂。从图5可以看出12#试样所用的增韧剂中含有硅橡胶内核，增韧效率高于内核为聚丁二烯的MBS增韧剂，材料的缺口冲击强度为35 kJ/m2。MBS-2中的橡胶相含量高于MBS-1，所以7#试样的缺口冲击强度最低，为26 kJ/m2。

图5 不同增韧剂下合金材料的缺口冲击强度和断裂伸长率

图6是添加不同增韧剂时PC/ABS合金材料的拉伸强度。从图6可以看出，MBS增韧的7#，8#试样的拉伸强度分别为52 MPa和50 MPa，高于丙烯酸酯-有机硅共聚物增韧的12#试样。烯烃类增韧剂对材料拉伸强度的不利影响更为明显，特别是SEBS-g-MAH，其对应材料的拉伸强度最低为44 MPa。

图6 不同增韧剂下合金材料的拉伸强度

表4列出添加不同增韧剂时PC/ABS合金材料的阻燃性能。增韧剂中含有大量的橡胶相，会对材料阻燃性能产生不利影响。从表4可以看出，9#，10#，11#试样所加的增韧剂本身就是弹性体，橡胶相含量高，材料基本丧失了阻燃性能。MBS中的橡胶相含量较少，所以7#，8#试样的阻燃性能比上述三个要好。其中MBS-2的丁二烯含量高于MBS-1，所以8#试样的阻燃等级(1.6 mm)仅能达到UL 94 V-2级，而7#试样的阻燃等级(1.6 mm)可以达到UL 94 V-1级。12#试样的阻燃性能最为优异，试样厚度为3.2 mm和1.6 mm时都能达到UL 94 V-0级，这是因为增韧剂丙烯酸酯-有机硅共聚物中存在硅橡胶相，而硅橡胶本身具有良好的阻燃性能，所以材料的阻燃性能较高。

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