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阻燃PC中高效无卤阻燃剂的应用 |
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无卤阻燃PC研究的意义
聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的高冲击强度、透明性、尺寸稳定性、热变形温度，有较宽的温度使用范围（-60℃~120℃），耐老化性好，有优良的电绝缘性能等，因此被广泛应用于电子、电器、建筑、医疗器械、计算机、光学仪器、航天航空等领域。随着汽车、电子电气、通讯设备等行业的日益发展，对产品塑料部件的阻燃性能要求越来越高，虽然PC本身具有一定阻燃性，能达到UL-94 V2级，优于普通的热塑性聚合物，但仍不能满足某些领域对PC阻燃性能的要求，而且PC燃烧时滴落的热熔体很容易引起附近材料着火，因此必须对PC进行阻燃改性。
传统的阻燃聚碳酸酯（PC）材料常用的是溴系阻燃剂，一般添加量不是很大就可以很好的使PC达到UL-94 V0的阻燃性能，而且阻燃PC的物理性能也较佳，但溴系阻燃剂因其对环境造成污染而逐渐被限制使用，而且卤系阻燃剂裂解时产生的腐蚀性气体易导致电子电气设备关键部件的失灵等，给人们的生活安全等带来极大的隐患，因此，随着人们对阻燃高分子材料环保要求的越来越高，低卤或无卤、低毒、抑烟、高效化、多功能化已成为阻燃剂开发及应用研究领域的热点。
PC中常用的无卤阻燃剂
目前无卤阻燃剂已经在阻燃PC中得到越来越广泛的应用。PC中常用的无卤阻燃剂主要有磷系、硼系、硅系、磺酸盐系等，与溴系阻燃剂相比，它们均有利于保护生态环境及人类健康。磷系阻燃剂添加量大，多数分解温度比较低，对材料的力学性能影响比较大，而且易腐蚀模具，降低聚合物的加工性能，并且部分存在毒性物质从塑料中渗出，而造成二次污染；硼系阻燃剂阻燃效率不高，通常只有通过复配才能达到较好的效果；有机硅系化合物被认为是一类高效、低毒、环境友好型阻燃剂，但成本较高限制了它的使用，常与其他阻燃剂复合使用；磺酸盐系阻燃剂阻燃效率高，添加量极少即可使PC达到UL-94 V0级（3.2mm），但要满足更高的阻燃性能则需要与其他阻燃剂复配使用。
磺酸盐阻燃剂的阻燃机理
一般阻燃剂的阻燃机理可分为以下几种：（1）、气相阻燃，即抑制在燃烧反应中起链增长作用的自由基；（2）凝聚相阻燃，即在固相中终止聚合物的热分解和阻止聚合物释放可燃性气体；（3）中断热交换，即将聚合物产生的热量带走而不反馈到聚合物上，使聚合物不再持续分解。而磺酸盐对PC的阻燃机理与上述不同，据相关文献介绍，大多数认为在高温下磺酸盐能促进PC的异构化，并放出CO2和H2O等不燃物，异构化能提高PC的交联和加快成炭速率，在PC表面形成炭层，不燃气体可稀释可燃物，这都有助于PC的阻燃。此外，交联作用还可以有效抑制熔滴的形成。
试验部分
原辅材料
通用PC：拜耳公司；
磺酸盐阻燃剂A：AFR-01，无卤无磷阻燃剂，市售，产地美国；
磺酸盐类阻燃剂B：AFR-02，无卤无磷阻燃剂，市售，产地美国；
硅系阻燃剂C：市售；
聚四氟乙烯（PTFE）D：市售。
设备及仪器
双螺杆挤出机：TSE-40型/75型，南京瑞亚机械制造有限公司；
注塑机：S900型，海天机械制造有限公司；
万能拉力试验机：CMT6104型，美特斯工业制造有限公司；
摆锤式冲击试验机：ZBC1400-2型，美特斯工业制造有限公司；
水平垂直燃烧测试仪：ZF-3型，南京江宁分析仪器厂。
试样制备及状态调节
将原辅材料与其它助剂按一定比例混合后，通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，粒料烘干后，采用注塑机制成标准试样，标准试样成型后在温度（23±2）℃，湿度（50±5）%的环境中放置24H后再按照测试标准进行相应测试。
性能测试及表征
拉伸强度测试：按GB/T 1040-2006测试；
弯曲强度测试：按GB/T 9341-2008测试；
冲击强度测试：按GB/T 1043-2008测试；
燃烧性能测试：按UL-94标准测试，试样测试厚度3.2mm、1.6mm。
试验结果与分析
不同磺酸盐配比对PC力学性能、阻燃性的影响
表1 列出了不同磺酸盐阻燃剂（A、B）的不同配比对阻燃PC的影响，由表1可以看出：
（1）极低添加量的阻燃剂A（0.15）、B（0.2）都可使较厚的样片（3.2mm）达到UL-94 V0的阻燃级别，阻燃效率极高，但对于薄壁制件效果不好。
（2）随着阻燃剂用量的增加，阻燃的效果不是更好，而是阻燃效果更差。一般用量控制在A:0.1-0.2%，B:0.1-0.3%。
（3）因为阻燃剂的添加量极低，很好的保持了PC的性能，基本没有太大改变。表1 不同磺酸盐阻燃剂（A、B）的不同配比对阻燃PC的影响
备注：不同工艺条件下对其他性能影响不大，表中没有列出。 表2 阻燃剂A复配对PC阻燃、性能影响对比表
 表3 不同工艺条件对PC阻燃、性能影响的对比表（相同配比A+D复配）
备注：不同工艺条件下对其他性能影响不大，表中没有列出。 结语
（1）磺酸盐阻燃剂在PC的无卤阻燃中单独使用时，对薄壁制品的阻燃效果不理想，需要与其他无卤阻燃剂复配才能达到更高的阻燃要求。
（2）高效阻燃剂的使用量有个最佳范围，并不是用量越多阻燃效果越好。
（3）高效阻燃剂的添加量低，如何使阻燃剂更好的分散是阻燃的关键。
（4）把高效阻燃剂做成阻燃母粒可以使阻燃剂达到更好的分散效果。
（5）不同的设备，不同的工艺条件及螺杆组合对无卤阻燃PC的性能及阻燃效果都有较大的影响。
（6）虽然选用的磺酸盐阻燃剂的价格比普通阻燃剂价格要高很多，但远远低于美国3M的FR-2025，同时添加量低，效率高，性价比高。(end)
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(4/21/2015) |
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