环保型阻燃PC材料的研制_申欣

深圳市新三思材料检测有限公司; 氧指数测定仪: XYC - 75型, 承德市金建 检测
仪器有限公司。 1. 3 试样制备
按图 1所示工艺流程制备阻燃 PC 材料的标准 试样, 其中材料的质量配比为 PC 100份、PE-g-MAH 3份、抗氧剂 0. 5份、EBS 0. 5份、增韧剂 3份。
图 1 环保型阻燃 PC材料的制备工艺流程
四溴双酚 A 与 PC 相容性较好, 用其 改 性 的 阻
收稿日期: 2006-07-12
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工程塑料应用
燃 PC材料满足 RoH S 指令的环保要求。溴类阻燃 剂与 Sb2 O3具有很好的协同阻燃效应。在保持四溴 双酚 A 与 Sb2O 3 配比 ( 3. 5 1. 0) 不变的条件下, 笔 者研究了四溴双酚 A用量对 PC 材料阻燃性能的影 响, 结果如图 2所示。
综合考虑, 当四溴双酚 A 的质量分数为 5% , 且 四溴双酚 A 与 Sb2O3的配比为 3. 5 1. 0时, 所研制 的阻燃 PC 材料 的 综合 性 能最 佳, 其 氧指 数 高达 32% , 简支梁缺口冲击强度、弯曲强度、拉伸强度与 断裂伸 长率 分 别为 21. 4 kJ/m2、80. 4 M Pa、59. 4 M P a、71. 6% 。 3 结论
( 1) 四溴双酚 A 复配 Sb2 O3 可使改性 PC 材料 的阻燃性能大幅度提高。当四溴双酚 A 质量分数 为 5% 时, 改性 PC材料的氧指数高达 32% 。但阻燃 PC材料的冲击性能和断裂伸长率随四溴双酚 A 用 量的增加而降低; 当四溴双酚 A 质量分数低于 15% 时, 阻燃 PC 材料的 弯曲强度和拉伸强度随四溴双 酚 A 用量的增加而提高, 但当四溴双酚 A 质量分数 超过 15% 时, 弯曲强度和拉伸强度随四溴双酚 A 用 量的增加而迅速降低。
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工程塑料应用
2006年, 第 34卷, 第 10期
DEVELOPM ENT OF ENV IRONM ENTAL FLAM E RETARDANT PC M ATER IAL
Shen X in1, L iW ei2, W ang F engy ing1, L iu Shaoxu1, L iu Jian jun2 ( 1. Q ingdaoU n iversity of Science and T echnology, Q ingdao 266042, Ch in a; 2. C om pany of Q ingdao Q ingke E ngineering P lastics, Q ingdao 266111, C hina) AB STRACT T he effec ts o f tetrabromob isphenol A ( T BBA ) content and the ratio of TBBA to Sb2 O3 on the flam e retardance of po lycarbona te( PC) are studied. The results show tha t the flam e ratardant PC has optim a l com b ined properties when the content o f TBBA is 5% and the m ass ratio of TBBA to Sb2 O3 is 3. 5 1. 0. T he ox yg en index of flam e re tardant PC reaches 32% , and its impact steng th, flexural strength, tens ile streng th and break ing elongation are 21. 4 kJ /m2, 80. 4 M pa, 59. 4 M Pa and 71. 6% respectiv ely. A lthough th is flam e reta rdant PC conta ins ha logen flam e reta rdant, it can m eet the requ irement of EU R oH S d irective and has h igh use
关键词 环 保 阻燃 聚碳酸酯
聚碳酸酯 ( PC ) 是一种综合性能优越的工程塑 料, 具有优异的冲击性能、尺寸稳定性、电气绝缘性、 耐蠕变性、耐候性、透明性和无毒等优点, 被广泛用 于机械设备、建筑工程、交通运输、仪表及电气照明 等领域, 现已成为产量仅次于尼龙的第二大工程塑 料 [ 1] 。 PC具有自熄性, 其阻燃性能优于一般塑料, 但仍不能满足对阻燃性能要求较高或很高的场合, 从而在一定程度上限制了它的应用。
1. 2 主要仪器、设备 同向双螺杆挤出机: SH J型, 南京杰亚挤出装备
有限公司; 注塑机: DEYA1000型, 宁波德亚塑料机械有限
公司; 鼓风干燥箱: JCX - 9076M BE 型, 上海博迅实业
有限公司医疗设备厂; 简支梁冲击试验机: X JJ- 50型, 承德市金建检
测仪器有限公司; 微机控制电子万能 ( 拉力 ) 试验机: CMT 系列,
申欣, 等: 环保型阻燃 PC 材料的研制
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类化合物, 此类化合物的阻燃效果不如 SbBr3。
图 4 四溴双酚 A 与 Sb2O3不同配比对 PC 材料阻燃性能的影响
2. 4 四溴双酚 A 与 Sb2O 3配比对 PC材料力学性能 的影响
固定四溴双酚 A 的质量分数为 5% , 考察四溴 双酚 A 与 Sb2O 3的不同配比对 PC 材料力学性能的 影响, 结果如图 树 脂的合成、成型 加工及发展趋势. 沈阳化工, 1999,
28( 2): 31 2 付步芳. 新型阻燃剂发展概况. 广西化工, 1999, 28( 3 ): 29 3 李响, 钱立军, 孙凌刚, 等. 阻燃剂的发 展及其在 阻燃塑料 中的应
用. 塑料, 2003, 32 ( 2) : 79
( 2) 随着四溴双酚 A 与 Sb2 O 3配比的增加, 改性 PC材料的阻燃性能先升后降, 当其配比为 3. 5 1. 0 时, 改性 PC材料的阻燃性能最高, 氧指数为 32% 。 四溴双酚 A 与 Sb2O 3配比的变化对改性 PC 材料的 力学性能影响不大。
a 简支梁缺口冲击强度; b 弯曲强度; c 拉伸强度; d 断裂伸长率
1. 4 性能测试 氧指数按 GB /T 2406- 1993测试; 拉伸性能按 GB /T 1040- 1992测试; 简支梁缺口冲 击强度按 GB /T 1843 - 1996 测
试; 弯曲性能按 GB /T 9341- 2000测试。
2 结果与讨论 2. 1 四溴双酚 A 用量对材料阻燃性能的影响
2006年, 第 34卷, 第 10期
图 2 四溴双酚 A用量对材料阻燃性能的影响
由图 2 可以 看出, 随着四溴 双酚 A 用 量的增 加, 材料的氧指数不断增大, 但当氧指数由 27% 增 加到 37% 后, 再增加四溴双酚 A 的用量, 材料的氧 指数基本保持不变。实际使用时, 四溴双酚 A 的质 量分数为 5% 时, PC 材料的阻燃性 ( 氧指数为 32% ) 就可以满足使用要求。 2. 2 四溴双酚 A 用量对材料力学性能的影响
目前, 添加卤系阻燃剂是 PC 阻燃改性中最常 采用的 技 术 [ 2] 。但 欧盟 于 2002 年 制定 和颁 布的 RoH S指令 (《关于在电子电气设备中限制使用某些 有害物质的指令》) 规定: 从 2006年 7月 1日起, 投 放于欧盟市场的电子电气设备不能包含镉、铅、汞、 六价铬、多溴联苯及多溴联苯醚 6 类物质。欧盟是 我国电子电气行业重要的出口地区, 而阻燃 PC 又 是电子电气设 备中常用的材料, RoH S 指令的颁布 与实施必然会对我国电子电气行业的出口造成巨大 冲击。因此, 积极应对 RoH S指令, 开发环保型阻燃 PC材料就显得尤为重要与迫切。笔者研制的环保 型阻燃 PC材料尽管含有卤系 阻燃剂, 但满足欧盟 RoH S指令的环保要求, 仍然具有很高 的生产价值 和使用价值。 1 实验部分 1. 1 主要原材料
2. 3 四溴双酚 A 与 Sb2 O3 配比对材料阻燃性能的 影响
溴类阻燃剂与 Sb2O 3在燃烧时会生成 SbB r3, 终
a 简支梁缺口冲击强度; b 弯曲强度;
c 拉伸强度; d 断裂伸长率 图 3 四溴双酚 A 用量对材料力学性能的影响
止燃烧所需的自由基, 并且 SbBr3以浓烟方式 附着 在燃烧物表面, 隔离燃烧所需的氧气, 从而达到阻燃 的目的。当溴类阻燃剂与 Sb2 O3的质量分数比例发 生变化时, 其阻燃的效果往往会发生变化。因此, 笔 者固定四溴双酚 A 的质量分数为 5% , 考察了四溴 双酚 A 与 Sb2 O3的不同配比对 PC 材料阻燃性能的 影响。
从上述分析可知, 四溴双酚 A 的加入降低了 PC 材料的力学性能。这可能是由于作为低分子物的四
溴双酚 A 及协同阻燃剂 Sb2 O3这种无机氧化物的加 入降低了 PC 材 料 大 分 子 之 间 相 互 作用 力 的 缘 故 [ 3] 。综合考虑, 当四溴双酚 A 的质量分数为 5% ( 此时 Sb2O3的质量分数为 1. 4% ) 时, 阻燃 PC 材料 的综合性能较佳。
图 4示出四溴双酚 A 与 Sb2 O 3 不同配比对 PC 材料阻燃性能的影响。由图 4可知, 随着四溴双酚 A 与 Sb2O 3的配比的增加, 改性 PC材料的氧指数先 升后降, 当其比例为 3. 5 1. 0时, 改性 PC 材料的阻 燃性最好 ( 氧指数 32% ) 。这是因为当 Sb2 O3的用 量较少时, 四溴双酚 A 过量, 燃烧时不足 以生成最 大量的 SbBr3, 从而影响阻燃性能; 而当 Sb2 O3 的用 量较多时, 四溴 双酚 A 用量不足, 可能生成 SbB rO
从图 5a、图 5d可知, 随着四溴双酚 A 与 Sb2 O3 配比的增加, 改性 PC 材料的冲击强度和断裂伸长 率呈缓慢上 升趋势。这可 能是少 量 Sb2 O3 在改性 PC材料中起到了刚性粒子增韧 的作用。从图 5b、 图 5c可知, 随着四溴双酚 A 与 Sb2O3配比的增加, 改性 PC 材料 的弯曲强 度和拉 伸强 度基本 保持不 变。总的来说, 四溴双酚 A 与 Sb2 O3配比的变化对 改性 PC 材料力学性能的影响很小, 可以忽略不计。