阻燃母粒体系的研究

阻燃母粒体系的研究

abs树脂具有高表面硬度高、强度高、低温性能好、适应性好、尺寸稳定性好、形状收缩率小等优点，在军事、汽车、电子制造等领域得到了高的应用。同时塑料母粒助剂可以简化工艺,提高混炼质量,减少粉尘飞扬。但ABS树脂的氧指数仅为18.3～20.0(小于21),属于易燃材料,因此限制了它的应用。为解决这一问题,本研究采用DBDPO/Sb2O3复合阻燃体系,以ABS、CPE、EVA3种不同树脂为载体,制得各种母粒,通过与ABS混合并进行性能对比研究,制得了以CPE为载体树脂、阻燃性及其他性能优良的阻燃ABS母粒。1测试1.1美国艾达化学试剂ABS树脂,9715A,吉化集团;CPE树脂,含卤量35%,潍坊亚星化工集团;EVA树脂,含VA量20%,韩国;十溴二苯醚(DBDPO),工业级,美国;三氧化二锑(Sb2O3),分析纯,上海亨达化学试剂厂;硬脂酸锌(ZnSt),工业级,青岛红旗化工厂。1.2仪器和检测SK-160B型双辊开炼机,上海橡胶机械厂;MPXRZ-400C型熔体流动速率仪,吉林大学科教仪器厂;PW-3型维卡测定仪,河北承德实验机厂;350×350型平板硫化机,烟台橡胶机械厂;ZHY-W型万能制样机,河北承德实验机厂;CPJ-25型冲片机,河北承德实验机厂;WDS-10型电子万能拉力机,济南试验机厂;XCJ-40J型冲击试验机,河北承德试验机厂;ZRS-30型灼热丝实验台,青岛科通商务公司。1.3母粒生产分步工艺母粒制作工艺流程见图1。1.4工艺条件塑炼温度160～170℃,塑炼时间8min;模压温度170℃,模压时间5min;模压压力15MPa,保压时间5min。1.5试验样品的测定采用国际标准IEC695-2-1(1980年)评定试验结果。除了有关标准规定,试验样品符合下列两种情况之一可以认为经受住灼热丝试验。(1)无火焰或不灼热;(2)如果试验样品周围的零件或下面的铺底层产生燃烧或灼热,但在灼热丝移去后30s内熄灭,而周围零件或下面的铺底层又未完全烧着。2结果与讨论2.1abs抗胆碱剂的开发2.1.1主阻燃剂dbdpo用量将复合阻燃剂加入到各种载体中制得阻燃母粒,然后再将阻燃母粒加入到ABS树脂中测试各项性能。固定载体树脂为100份(质量份,下同),改变阻燃剂的用量,以主阻燃剂DBDPO占载体树脂的50%、60%、70%、80%(质量分数)4种含量为研究对象,主辅阻燃剂配比为2∶1和3∶1,其配方见表1、表2。在上述配比基础上,经过双辊混炼、造粒制得各种母粒,然后分别加入5、10、15、20份母粒,制得试样进行性能测试。2.1.2dbdpo/sb2o3复合体系的构建DBDPO和Sb2O3是常用阻燃剂,由于它们之间存在协同效应,所以实验采用DBDPO/Sb2O3复合体系。研究表明,随阻燃剂加入量的不同,阻燃温度也随之变化,且在一般情况下,DBDPO/Sb2O3为3∶1时要好于2∶1时的阻燃性能(在以下的试验中均使用此配方)。2.1.3阻燃剂含量的影响在确定了主辅阻燃剂的最佳配比后,将此种配比的母粒添加到ABS树脂中,从力学性能、热性能、加工性能和阻燃性能方面综合考虑来选择阻燃剂的最佳用量。图2为DBDPO添加量对阻燃性能的影响。由图2可见,随阻燃剂含量的增加,阻燃性能逐渐变好,其开始燃烧的温度增高,当主阻燃剂DBDPO含量达到70份时,阻燃温度大于620℃,难燃,且具有自熄性。如果从燃烧的情况看,DBDPO的含量为50份和60份时,试样通常经过很短的时间就开始燃烧,且一般不具有自熄性,当阻燃剂含量达到70份时,试样一般难点燃且一般在离开灼热丝30s内能够自熄。因为当主阻燃剂含量为70份、80份时能够满足材料的阻燃要求,因此在后面的实验中,以复合阻燃剂配比为3∶1,主阻燃剂含量分别为70份、80份,以不同载体做进一步的研究。2.2阻燃性能测试前面的研究以ABS作为载体树脂,下面选用CPE、EVA为载体树脂,通过与ABS作载体树脂进行比较,从而选出最佳载体,其结果见图3。由图3可知,当以CPE为载体树脂时,体系具有很好的阻燃性能,这是由于CPE中卤原子的作用,使材料的燃烧性能得到了进一步的抑制,因而,体系的阻燃性能在以CPE为载体树脂时得到了很好的改善。以CPE、EVA为载体树脂时性能测试结果分别见表3、表4。从表3、表4可以看出,CPE作载体时的拉伸强度与冲击强度比EVA为载体时好。究其原因,CPE与ABS的相容性较好,使材料的力学性能提高,所以CPE对ABS阻燃体系有很好的改善作用。综合考虑材料力学性能、热性能、加工性和阻燃性能,认为CPE为载体树脂时体系的力学性能和阻燃性能得到很好的改善,因此选择CPE作为阻燃剂的载体。2.3入量对材料性能的影响图4为DBDPO添加量对ABS树脂阻燃性能的影响。从图4中可以看出,主阻燃剂含量为70份时,材料的力学性能比80份优良。这是因为当阻燃剂加入量增大时,粒子开始增大,分布不均匀,两相界面的粘合力减弱,这种差界面严重降低了体系的拉伸强度、冲击强度。但体系的维卡软化点与熔体流动速率相差不大,也就是说材料的热性能与加工性能变化不大。同时阻燃剂含量为70份时,阻燃温度大于620℃,达到了难燃的要求,并具有自熄性,考虑到虽然有效物含量为80份时阻燃效果更好一些,但由于存在着机械性能下降严重、价格过高的缺点,因此选择有效物含量为70份作为阻燃剂份数的最佳配比。2.4阻燃母粒对abs树脂性能的影响表5为以CPE作载体的母粒添加量对性能的影响。表5表明:随母粒份数的增加,材料的拉伸强度与冲击强度都在逐渐减少。这是因为母粒份数增加,即阻燃剂份数增加,由于界面粘合力减弱,从而使体系的力学性能下降;体系的流动性同时也变差;阻燃温度随之升高。总之,综合考虑阻燃母粒对ABS树脂阻燃性能、热性能、力学性能、加工性能的影响以及原材料的价格,CPE基阻燃母粒的综合性能最理想。其配方见表6。3abs阻燃温度a)DBDPO与Sb2O3质量比为3∶1时阻燃效果良好。b)阻燃母粒中DBDPO的质量分数为70%～80%