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阻燃劑類型對聚碳酸酯阻燃性能的影響

2021-06-16 已有506人瀏覽 皖燃科技

針對聚碳酸酯(PC)的阻燃,中國科學院寧波材料技術與工程研究所邵景昌等研究了四種阻燃劑對PC阻燃性能的影響,同時探討了試樣厚度對阻燃性能測試結果的影響,從而為不同類型阻燃劑在PC的應用提供參考。相關研究成果刊登于《工程塑料應用》2021年第3期,論文題名《阻燃劑類型對聚碳酸酯阻燃性能的影響》。


(1)采用了四種不同類型的阻燃劑:溴系阻燃劑、含硫阻燃劑、含硅阻燃劑和含磷阻燃劑。


(2)考慮到起燃是燃燒過程的重要階段,它既是燃燒的引發階段,也是燃燒蔓延的關鍵過程,為此,重點研究了四種阻燃劑對PC灼熱絲起燃溫度(GWIT)的影響以及起燃機理。


(3)同時利用灼熱絲、垂直燃燒和針焰試驗方法測試各阻燃劑阻燃PC試樣的阻燃性能。


(4)研究了不同試樣厚度對各阻燃PC四種阻燃測試結果的影響。


特色1四種不同類型的阻燃劑

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(1)阻燃劑


苯氧基封端四溴雙酚A碳酸酯齊聚物(溴化齊聚物):BC–58,美國科聚亞公司;


三氯苯磺酸鈉(磺酸鹽):STB–FR,美國Arichem公司;


聚硅氧烷+穩定劑+烷基苯砜混合物(聚硅氧烷混合物):MR–01,日本鐘淵公司;


間苯二酚雙二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯(磷酸酯):PX220,浙江萬盛股份有限公司。


(2)制備


將PC在100℃鼓風干燥箱中干燥4 h,然后將干燥后的材料和阻燃劑按照表1 配方( 參考有關文獻研究和阻燃劑使用說明,選擇阻燃劑最佳用量)在高速混合機中混合,再加入雙螺桿擠出機中擠出、冷卻、切粒,擠出機溫度為280~300℃,轉速為300~400 r/min。將制得的粒料經注塑機注塑成標準試樣,注塑溫度為260~300℃,注塑壓力為110 MPa。


特色2、四種阻燃劑對PC GWIT的影響


下圖是試樣厚度為2 mm時PC及阻燃PC的GWIT測試結果。相比純PC,磺酸鹽、聚硅氧烷混合物和磷酸酯改性PC的GWIT降低,溴化齊聚物改性PC的GWIT則明顯升高。

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熱重分析發現,磺酸鹽、聚硅氧烷混合物和磷酸酯阻燃劑降低了PC的熱分解溫度,即在較低溫度下即可分解出足夠的可燃性氣體而起燃。溴化齊聚物阻燃PC則相反,溴化齊聚物顯著提升了PC的熱分解溫度,需達到較高的溫度才可以分解足夠的可燃氣體。結合聚合物分解的可燃性氣體因素可以判定影響PC起燃快慢的主要因素是熱分解溫度,即相比成炭對熱傳導的影響,決定GWIT的主要因素是材料的熱分解溫度。熱分解溫度越高,分解足夠的可燃性氣體越困難,GWIT 越高。


特色3利用灼熱絲、垂直燃燒和針焰試驗方法測試不同類型PC阻燃性能


表2列出試樣厚度為2 mm時各PC 的灼熱絲可燃性指數(GWFI)、垂直燃燒、針焰測試結果和部分詳細數據。由表2可以看出,雖然磺酸鹽、聚硅氧烷混合物和磷酸酯降低了PC的GWIT,但它們與溴化齊聚物均可提升PC的耐燃燒性能。另外,阻燃劑一定添加量下,溴化齊聚物和磺酸鹽阻燃PC 可同時滿足GWFI 960℃、垂直燃燒等級V–0級和通過針焰試驗測試的要求。聚硅氧烷混合物阻燃PC在垂直燃燒等級達到V–0級和通過針焰試驗測試的情況下,GWFI僅達到930℃。磷酸酯阻燃PC在GWFI 960℃及通過針焰試驗測試情況下,垂直燃燒等級仍停留在V–2級。


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特色4

試樣厚度對四種阻燃測試結果的影響

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表3列出不同試樣厚度下各PC 的阻燃性能測試結果。由表3可以看出,隨著試樣厚度增加,磺酸鹽和磷酸酯阻燃PC的GWIT降低,溴化齊聚物阻燃PC的GWIT升高,聚硅氧烷混合物阻燃PC的GWIT無明顯變化;隨著試樣厚度增加,四種阻燃劑阻燃PC的GWFI、垂直燃燒等級整體上升高,針焰試驗結果變好。試樣厚度為3 mm時,四種阻燃PC的GWFI均達到960℃且均通過針焰試驗測試,但磷酸酯阻燃PC的垂直燃燒等級仍為V–1級。


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