阻燃、消烟型PCABS合金的研制0

丝皇曼苎坌王塑苎三要壅塑曼塑室堕苎塞——————————————．—墨 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BorgWmamefCO．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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 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 PC3103BayerCO； 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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4024l9 (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 0 25 ∞ ％ lQ0 q■"t■ 8”㈣喇篇嚣批鞭。冲嘏 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 PC 1804-99 9533±5 ABS t5．82±3．0 1300士35 Pc拍-BS70，30 1922±32 580±33 PC／ABS(M)70／30 90．7±13 772士48 P(脚S(My环氧70130／05 1510士19 7975士52 PC／ABs(My环氟70／30／1 1315士18 8005士51 PC／ABS(My环氧70130／2 1575±41 816±54 沣-AR≈('Nn昌安酗酐棒桔ABS 。288；88s22§ ^B■■A屯■ mt。耳-骢骶黜唑翌。n“ 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,MPa 51．2 556 断裂伸长率。％ 633 750 弯曲强度．IvlFa 884 878 弯曲模量．MPa 2397 2402 冲击(缺)强度,J／M 924 175 阻燃性．UL-944mm VO vo 维卡软化沮厦，口 12l 125 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 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 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 70 30 15 l 5 2．0 003 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 747S 757 拉伸强度，NPa 60．2 63．6 断裂仲长率．‘ 94．5 80．9 冲击(缺口)爱度，KJ／M1 359 7．6 弯曲强度，肝a ’ 962 104．2 弯曲模量，lea 2106 2250 阻燃．u，94(消烟) VO VO 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． Pc 60 65 70 75 ABS(747S) 40 35 30 25 拉伸强度．MPa 559 58．3 600 603 断裂伸长率，％ 882 149 1055 13l 冲击(缺口)强度，J，M2 783 94．8 86．0 920 J伽 54l3 5472 5670 5354 弯曲强度．MPa 684 775 950 95l 弯曲模量．MPa 2162 2lll 2156 2212 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) t l 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 婴全曼查坌王塾苎三堡鏖里堡堕垒笙壅叁———————————————1旦 中就可以显著降低聚合物的热释放速率，并且燃烧时不产生烟雾。图4、图5分别列示了有机硅粉的这种 阻燃、消烟功能。 篱鼷目l霉嗡国 蚪■蔫^(nnt) 目‘f目■☆■§■■t#，}■§●∞*i 舶i★“Ⅱ蔚$自附置奇暂^■黼● n-MMT也有相同功能，文献报导m12％、5％n-MMT添加到PA6中，复合材料的热释放速率值分别下降 了32％和63％，燃烧时也不产生烟雾．国外称这种纳米复合方法是阻燃技术的革命。 表5、图7、图8分别列示了添加有机硅粉和n．MMT的阻燃、消烟型PC／ABS合金性能及有机硅粉加 t对PC／ABS台金冲击韧性和烟密度的相关性． 衰5消烟荆对阻燃PC／ABS合金性能的影响 阻燃PC／ABS台金 04％硅酮 4％n．MMT 拉伸囊度．Mpa 57．0 577 断裂伸长率，％ 655 34．5 冲击(块)强度，J／M 1060 ‘ 610 K加酽 30．9 40 弯曲强度。胁 958 956 弯曲模量．MP4 2362 2549 阻燃I】L一94 V0 V0 |||围i雪 05 l I 5 2 ■nt蔚质量丹t，‘ ■T■机t*t■#m■嗍％☆iHetr十±t#*t 日t膏nt*t■#m￡K懈☆±■女＆**t 由表5可以看出，n．IvIMT的加入对PC／ABS合金冲击韧性影响很大．还有待于通过n．MMT的表面修 饰，增加它与PC的亲合性方有可能达到实用化的目标。 圈7、图8的结果表明，有机硅粉与PC／ABS合金也存在相容性的问题，但2％有机硅粉已可使阻燃 PC／ABS合金的烟密度降至500以下，达到的阻燃、消烟PC／ABS板材的要求。 表6列出了我们研髑开发的三种PC／ABS台金板材专用料的理化性能． ^gc薹一．■墓t谁 凇全国高分子材料工程应甩拜讨会 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 袭6PC．／AB'S台盒板材专用料的性能 性 能 PC／ADS 阻燃PC，ABs阻燃消烟PC／ABS 拉伸强度胁 50．0 63．7 559 冲击(缺)强度．J／M 606 — — 23℃ I臼／M" 995 330 270 弯曲强度。^mP^ 83，3 850 800 弯曲摸量．^￡Pa 1840 2300 1928 热变形量度。℃(192MPa) 115．0 1200 1120 茸压寰囊度． 112 llO 氧指数 32 32 密度，出0 1114 l上5 1．25 烟密度．m／n，l 700 450 2．3国外PC／ABS台金开发及应用情况 2．3．1田外PC／ABS台金开发应用情况 开发公司 牌号 性能特征 用 途 Ku2．1510 易藏动，无积垢 汽车．电嚣部件，薄壁制件 Ku2-15ll 易嚣动．无积垢 汽车．电嚣部件．鼻壁制件 Ku2-175l 易漉动．应力开袭小。有阻燃性．耐热性 汽车．电嚣部件．薄璧制件 hsyblendT85瑚耐■，已尺寸稳定。耐氍汪冲击 徽塑电话帆壳．电鞋电容嚣壳体 B啊 Ba,／oleudFR2000高蠢动性．阻燃性 善璧制件 Bayble“lFR2000毫耐热性．。离耐冲击性．舡燃性 商用机．办公设备部件 Bayblond2253耐■变．尺寸稳定．埘热。耐低沮冲击 通用 Bayble“lDF2=1500高耐冲击性。Ⅲ燃性．酎紫外光 电子电气部件 I舨秉列 可喷滟蠕吏小，可电蕞 汽车部件 Cycoloy 慨光泽 汽车平台 q∞l。jr2950X-IF离嚣动性，高热稳定性，阻燃性 犀壁计算机和商用机部件 c删oy衅1000流动性好．成型周期短 i．c车仪表板 Cyco|oyMES00 高耐冲击性，尺寸稳定，耐高温 外部车身或垫板GEPI勰6辞 CyvoloyC6200 中等耐热性．非卤阻燃性．耐高温 薄壁制件 CycoloyEC080 非卤阻燃性．低价格 计算机的厚壁制件 c)嘲竹MCl300高流动性。豫装性 汽车部件 C牲。蛔C1200}珲 犀壁电嚣壳件 Pulse174S 高流动性，高耐冲击性，耐高温。阻燃性 计算机和电子装置的壳体和薄壁制件 蹦R1735 高漉动性．高耐冲击性，耐高温，阻燃性 薄壁制件Dow nll冀2D∞ 汽车内装饰件PIM妇 Fulsejl00Lo 低光泽 表面涂层场合 Ptd∞220。 办公设备部件 Diamon(i7910 超耐候性．超高耐冲击性r耐赢掘高硬度 运跫器械部件，汽车外装部件，草坪和 Polymcr 花园设备部件，计算机，办公设备外壳舳 RSD2580 碳纤维增强，导电 电子部件 IObereel Ku-1517 离阻燃性 汽车内怖件 Bam。 Daice帆Cevim、系判 耐热性，阻燃性．玻纤增强 通用 驹Ⅲ 讯IanTI)0l抗静电，易成型加工，表面好 计算机／办公设备外宪 Marketing SpartechSCl肌1010 尺寸稳定。高耐冲击性．易加工 电子电气．两用祝部件 SClA7-lOIl 道用 l SClA71：．10105耐热性．阻燃性 通用 T-3000系列 含卣阻燃性 电子电气部件 B本帝人 阱39】IV 非含卤阻燃性 电池盒 1N-3812BX 新丹9性，非卤飓燃性 薄壁制"件／CD-ROM光盘 化成公司 TM-38】3BX 低光泽．非卤阻燃性 薄壁制件 砒3813BY低光泽．高埘4性，非卤阻燃性 大型壁制件 2．3．2国外公司PC／ABS合金产品性能 T-30llTN．3引lBX1N．38llBX项 目 1≈7】】 (高冲击) (高刚性) (消光高流动) 密度戌gcml) l 14 1 J4 l 25 J 19拉伸强度胁 53 57 44 49 伸长率，％ 120 110 30 { 120 弯曲强度n胛a 8I 90 '90 9l 弯曲模量，Ⅵ，q 2156 1340 3970 3140 缺口冲击强度，Jm。(3、2哪) 637 540 j45 295 (64ram)539 245 120 145 热变形湿度fU 120 117 92 92 阻燃性(t,'L-94) V-0 Ⅵ 密度，毡Ⅻ’ j 17 I 19 f2l i22 拉伸强度栅a 46 57 46 46 ‘伸长_鞫％ 70 90 70 gO弯曲强度慨 102 97 卯 97 弯曲椟i,粕ma 28i2 2742 2756 2756 缺口冲击强度／Jta-‘ 294 747 427 534 熬变形沮度，℃ 92 95 80 9I 阻燃性(01194) V-0 Ⅷ V-0 V-0 项目 l恤2lORMR22lOVm22loNGB2010G锄020NGMB2030N 陋燃 陧燃 增强魍格 增强腰燃 增强船燃 密度，(窖．cm’ l 14 l 24 I24 填料含量％ j0 20 30拉伸强度慨 53，9 569 569 642 103 110 伸长事，％ 40 10 lO 3 5 4 弯曲强度，Ⅶ，a 904 934 934 997 128 149弯曲模量慨 25 25 25 32 59 74 缺口冲击强度，Jm．。 440 150 140 98 98 98 热变形温度，℃ J04 lJ0 lll J07 J28 J3j (1．82^胁) 阻燃性n耻94) V2 V一0 ’ 一 3结语 Pc，ABs是一种性能优良；加工容易、物美价廉、极县商业化价值的热塑性工程塑料台金．在电子电 气、家用电器、信息产业、办公自动化装备及车辆制造业等领域已经获得了广泛的．应用出于对环境和人 们生活安全的考虑，阻燃、消烟型PC／ABS合金正在俏然媸起，并引起了材料界和产业界的广泛关注． !塑垫堡垒曼壹竺至塑苎三堡壅曼苎堕宝兰苎叁 一—— 参考瓷料 【l】金国珍等，工程塑料，北京化学工业出版社+2001，第八章 [2】Koo，KKeta1．PolymerEngandSci，1985．25(12)741 【3J3 Deanin，RDandChu,C砒，JElastomersandPlastics．1996．18：42 14】4ChiangwYandHwung,D．S．PolymerEng．andSci．1987,27(9)：632 【51D1lf；ORI',HSandD口IJ$，工PSt．1991，USPat5，061754 161u凼pi，K，1992．Us．Pat．5，104．934 17lDujtrdin,R，1993，uS．PaL5，177．145 【818舶lahishm．sandNeda岫眦NR．PolymerIntentional，1998,45：347 【9】9 Jin,Letal．．■ApplPolymSci．，1998,69：533 【IO】S．CTjo雌∞dYzM蜘善．EulWeanPolymerJournal．2000，36：123 【llJY'mgQmandMiag-Shan"fangctal，，Ch／neseJournalofPolymerScience，2001．(2)183 112】Gilman工、Mc￡aI＆址删Jo删ml，1997,33(4)一0 PreparationofLow-SmokeFlameRetardantPC／ABSAlloy WangDexi (hfimmofChemisU3,,ChineseAcademyofSciances，B嘶ing100080) Abstract：Pfepar“onoflowsmokeflameretardantPC／ABSalloyfilledwitho日．gamcSiliconePowderas agentofeliminatesmokewasintroduced．Synergismofcopatibili。erandcontentoforganiosilioonopowderand thdreffectonl～opeamofPC／ABSanoyw口estudied． Keywords：flameretardant：e"hnanatcsmoke；alloy；毋日xgi％