阻燃、消烟型PC_ABS合金的研制

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阻燃、消烟型ＰＣ／ＡＢＳ合金的研制

王德牡

中田科学院化学研究所．北京，１０００８０）

摘－Ｊｒｅ－：奉支介绍７用有机硅耪为消坦荆的阻燃．消烟ＰＣ／ｋＢ￥合金扳材专用料的研制．研究了二元协同相客刺协同效应、有

机硅柠鲁量与ＰＣＩｋＢＳ合空性能的相关拄．

关键词：阻繁’消簧‘合拿’协呵尊应

０前言

自从１９４２年人类首次用共混技术制造出第一个具有工业意义的ＰＶＣ／ＮＢＲ合金以来，半个多世纪过去

了，共混及合金化技术由于投资少，见效快已经成为聚合物新材料制造的主要技术。然而在已商业化的工

程塑料合金中只有ＰＣ／ＡＢＳ合金和ＰＰＯ／ＰＳ合金的市场规模最大、应用最广…。

聚碳酸酯具有透明性、尺寸稳定性、阻燃性、耐热性好、冲击韧性高、吸水率低、无毒、介电性能优

良等优点，在五大通用工程塑料中是“消费量增长速率最快”的品种．２０００年世界工程塑料需求量为５５３３

万吨，ＰＣ消费量为１７７万吨，占工程塑料总需求量的３２％’仅次于ＰＡ，其需求量为１９３．６万吨，占总需求量

的３５％．同年国内ＰＣ消费量７万吨，ＰＡ为１２万吨，ＰＣ消费量的年均增长率为１７％．而Ｐ＾只有６％。

ＡＢＳ是丙烯腈／７＝烯，苯乙烯的三元共聚物或丙烯腈厂ｒ二烯的共聚物与苯乙烯，丁二烯共聚物的掺混

物．是性能介于通用塑料和通用工程塑料之间的塑料，应用十分广泛．业内专家预测，“十五”期间我国

ＡＢＳ产能将达１１６万吨／年，１９９２年－－２０００年问其年均增长率达３５．５％．遗憾的是这两种用量很大的塑料均

存在某些性能上的不足．如ＰＣ熔体粘度高、流动性差、易产生应力开裂、缺口敏感性强、制品内应力和

冲击强度存在厚度敏感性、耐溶剂性能不好，价格昂贵等缺点．而ＡＢＳ耐热性差、耐候性差、不阻燃，

其良好的加工性、无缺口敏感性、价格便宜却正好弥补了ＰＣ的缺欠。二者性能上择优组合的ＰＣ／ＡＢＳ合

金自１９６３年由美国ＢｏｒｇＷｍａｍｅｆ

ＣＯ．开发成功以来，迅速风靡世界．２０００年全世界ＰＣ／ＡＢＳ产量已达１０

万吨，预计２００２年可达到４万吨，年均增长率超过了ｌＯ％．

ＰＣ／ＡＢＳ阻燃制品在汽车、电子电气和办公设备领域已普遍应用，近年来ＰＣ／ＡＢＳ台金作为车厢壁板

和顶板的应用成了开发热点。随之而来的消烟问题也成了重要的研究课题。本文在传统溴系阻燃剂的基础

上探讨了有机硅粉和纳米粘土的消烟作用及对ＰＣ／ＡＢＳ合金物理机械性能的相关性，成功的研制出了烟密

度＜５００阻燃达ＵＬ９４Ｖ－０级的ＰＣ／ＡＢＳ合金。

１实验部分

１．１原料

ＰＣ

３１０３ＢａｙｅｒＣＯ；

ＡＢＳ７４７－Ｓ吉美公司：

相容剂Ａ国产：

相容剂Ｂ国产：

有机硅粉。进口：！！！型全璺苎坌王塑璺三堡查星曼塑垒丝苎苎．．—一

ｎ．ＭＭＴ，国产：

十溴联苯醚，美国大湖公司，

三氧化二锑，美国大湖公司；

抗氧剂Ｂ２１５，国产，

１．２设备及仪器

高速混合机ＣＨ．１０ＤＱ，北京塑料机械厂

同向双螺杆挤出机，咖３０ｎｕｎ，Ｌ／Ｄ＝２９，转速：０．３００ｒｐｍ，南京橡塑机械厂

材料试验机ＣＳＳ．１１．１，长春材料试验机研究所

摆锤式冲击试验机ＶＪ．３００Ａ．吴忠材料试验机厂

熔体流动速率仪ＸＥＺ。４００，吉林大学科教仪器厂

注射成型机ＳＺｌ６０／９０ＶＢ，宁波塑料机械总厂

ｌ３样品制备

将经过予干燥（通ｇＰＣ为１２０＂（２，６小时热风干燥；ＡＢＳ、十溴联苯醚和Ｓｂ２０３为９０＂Ｃ，８小时热风干燥）。

干燥后的试样按配方预定比例称量。放入高速混台机中混合２分钟，在双螺杆挤出机中造粒，再经过１００＂Ｃ．

８小时热风干燥后在注射机上注射出各种待测试国标样条，在２３＂Ｃ，ＲＨ６０％条件下放置４８小时进行测试．

２实验结果与讨论

２．１先行者的工作

重要的实用价值和良好的性能价格比是ＰＣ／ＡＢＳ合金研究报导很多的主要原因‘圳．研究的主要内容大

多集中在拭混物组份及其相对含量：增容改性及其协同增容作用以及它们与合金理化性能的相关性；增韧

机理：阻燃Ｐ∞忸Ｓ合金等方面．下面简述如下：

２．１．１相容化技术是ＰＣ／ＡＢＳ合金制备的关键技术

溶解度参数是表征分子相窖性最主要的参数．Ｐｃ的溶解度参数为３９．９－４１．０（Ｊ伽’，‘■ＡＢＳ为４０

２４ｌ９

（Ｊ・锄Ｏ，＇通常熔解度参数差值（Ａ６）≤０２时，＝者相容性较好．ＡＢＳ具有两相结构，即呈分数相的ＰＢ

和连续相的ＳＡＮ．ＰＣ与ＰＢ不相容而与ＳＡＮ相容，其共混物的形态结构示意图和ＰＣ／ＡＢＳ简单共混相对

组份的变化与缺口冲击强度的相关性列示于图１、图２中。

田１

ＰＣ．ｔＡＢＳ菸穗物形志结构示意豳０２５∞％

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如上所示，为了获得较好力学性能和冲击韧性的共混合金材料，在界面微送引入适当的界面相容剂是

必要的．ＰＣ之所以具有较高的冲击韧性与其剪切屈服的形变机理有关，当其与ＡＢＳ共混时，Ｂ茜着ＡＢｓ含

量的增加。形变将由剪切屈服转向馁纹（或裂纹）屈服．丝全里苎坌三苎苎三曼生旦曼塑堡堕苎塞———————————————笪三

Ｓ．Ｃ．Ｔｊｏｎｇｒ＇。ｌ等人研究了相容剂种类含量对Ｐｃ，ＡＢｓ台金性能的影响，结果列于表ｌ和图３中・

样品断裂伸长率，■冲击（缺）强度，Ｊ巾

ＰＣ１８０４－９９９５３３±５

ＡＢＳｔ５．８２±３．０１３００士３５

Ｐｃ拍－ＢＳ７０，３０１９２２±３２５８０±３３

ＰＣ／ＡＢＳ（Ｍ）７０／３０９０．７±１３７７２士４８

Ｐ（脚Ｓ（Ｍｙ环氧７０１３０／０

５１５１０士１９７９７５士５２

ＰＣ／ＡＢｓ（Ｍｙ环氟７０／３０／１１３１５士１８８００５士５１

ＰＣ／ＡＢＳ（Ｍｙ环氧７０１３０／２１５７５±４１８１６±５４

沣－ＡＲ≈（＇Ｎｎ昌安酗酐棒桔ＡＢＳ

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衰１的结果显示，用马来酸酐接枝ＡＢＳ取代未接技ＡＢＳ作基料，由于生成带有反应活性的ＡＢＳ－ｇ－ＭＡ

共聚物。有效的降低了两相的界面张力，并可以与ＰＣ反应．据报导，体系中分数相粒子也明显细化－共混

物的断裂仲长率提高了４．７倍。冲击强度提高了４．４倍．在共混体系中再加入相当廉价的环氧树脂作为界面

相熔剂时，依靠环氯靖基与ｐＣ的端羟基、端羧基的反应，通过这种协同增容作用，其共混合金的断裂伸长

率和冲击韧性可以进一步获得提高．图３的结果表明在协同增韧的情况下ＡＢＳ（Ｍ）基料的相对含量也应控

制在３０％质量范围内才能获得满意的效果．

杨明山…Ｉ等人报导引用二元协同相容剂制各阻燃ＰＣ／ＡＢＳ合金的结果（见表２）。

衰２阻燃ＰＣ／ＡＢＳ舍垒性能

单一相容剂ＰＣ／ＡＢＳ协同相容剂ＰＣＪＡＢＳ

拉伸强度，ＭＰａ５１．２５５６

断裂伸长率。％６３３７５０

弯曲强度．ＩｖｌＦａ

８８４８７８

弯曲模量．ＭＰａ２３９７２４０２

冲击（缺）强度，Ｊ／Ｍ９２４１７５

阻燃性．ＵＬ－９４４ｍｍＶＯｖｏ

维卡软化沮厦，口

１２ｌ１２５

结果表明，协同相容剂对提高阻燃ＰＣ／ＡＢＳ台金也同样重要．

２．２阻燃、消烟ＰＣ／ＡＢＳ合金板材专用料

在总结前人工作的基础上．我们合金的基本配方比例如下：

ＰＣ／ＡＢＳ／阻燃剂／相容剂Ａ／相容剂Ｂ／抗氧荆

７０３０

１５ｌ５２．０００３

研究了ＡＢＳ树糯种类．ＰＣＪＡＢ￥相对含量、消烟剂的种类及含量与阻燃．消烟型ＰＣ／ＡＢＳ台金理化性！竺垫堕全曼苎坌至塑苎王堡壅星塑盟室堡茎叁——————————————一

能的相关性．

２．２．１ＡＢＳ类型对阻燃ＰＣ／ＡＢＳ性能的影响

依照上述配方，采用冲击韧性相差悬殊的ＡＢＳ７４７Ｓ和７５７进行对照试验，结果列示于表３中。

性能７４７Ｓ７５７

拉伸强度，ＮＰａ６０．２６３．６

断裂仲长率．‘９４．５８０．９

冲击（缺口）爱度，ＫＪ／Ｍ１３５９７．６

弯曲强度，肝ａ’

９６２１０４．２

弯曲模量，ｌｅａ２１０６２２５０

阻燃．ｕ，９４（消烟）ＶＯＶＯ

在ＰＣ／ＡＢＳ合金的增容改性工作中，几大多数研究者认为：鉴于ＰＣ／ＡＢＳ与ＰＢ的△５相差较大，两者

不相容。赦选择ＰＢ含量高的ＡＢＳ为原料往往不能得到冲击韧性好的ＰＣ／ＡＢＳ合金。这与我们的试验结论

正好相反。作者认为原因有二：一是ＰＣ／ＡＢＳ的相态结构本身就很复杂，阻燃剂的加入导致界面结构更加复

杂．它们对合金形态结构和冲击韧性的影响已经超越了ＰＣ与ＰＢ△６差值的影响．二是Ｓｂ２０３作为极细质

点的刚性粒子，在共混过程中被ＰＢ弹性物质所包覆并且均匀分散在合金材料中，在外力场作用下成为应

力集中点．它可以引起基体的剪切屈服和诱发银纹，这都有助于提高台金材料的冲击韧性ａ

２．２２ＰＣ／ＡＢＳ相对含量的影响

在相容荆Ａ、Ｂ含量不变的情况下，改变ＰＣ、ＡＢＳ的相关含量，研究它们与ＰＣ／ＡＢＳ合金性能的相关

性。结果列示于袭４中．

Ｐｃ６０６５７０７５

ＡＢＳ（７４７Ｓ）４０３５３０２５

拉伸强度．ＭＰａ５５９５８．３６００６０３

断裂伸长率，％８８２１４９１０５５１３ｌ

冲击（缺口）强度，Ｊ，Ｍ２

７８３９４．８８６．０９２０

Ｊ伽

５４ｌ３５４７２５６７０５３５４

弯曲强度．ＭＰａ

６８４７７

５９５０９５ｌ

弯曲模量．ＭＰａ

２１６２２ｌｌｌ２１５６２２１２

表４的结果表明ＰＣ、ＡＢＳ比例在６０：４０至７５：２５范围内均能得到较好的结果．其中ＰＣ、ＡＢＳ比例

７０：３０综合性能最好．

２．２．３消烟剂及阻燃、消烟型ＰＣ／ＡＢＳ合金

众所周知，物质燃烧的三要素是氧气、热源和可燃物质。高分子物质燃烧过程往往经历如下一个循环。

受热（ｈⅢ’）一分解（ｐｋｏｌｙｓｉｓ）

ｔｌ

传播（ｓｐｒｅａｄ）－－燃烧（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）

如果在物质燃烧过程中能在其表面形成一层薄薄的微密的、难熔的隔热的金属氧化物层，它们不仅可

以阻断氧气与燃烧物质的接触，同时也阻断了热流向物质内部的传达，就达到了阻燃、消烟的目的。

近年来一种新型阻燃、消烟剂正在俏然兴起．其中有机硅粉和纳米粘土（ａ－ＭＭＴ）就属于这类物质。如

有机硅耪，它自身的燕释放速率就根低，且受外部热流的影响很小，它们以撮低的含量（≤２％）填充在聚合物