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阻燃剂类型对聚碳酸酯阻燃性能的影响

2021-06-16 已有5人浏览 韩国快三

针对聚碳酸酯(PC)的阻燃,中国科学院宁波材料技术与工程研究所邵景昌等研究了四种阻燃剂对PC阻燃性能的影响,同时探讨了试样厚度对阻燃性能测试结果的影响,从而为不同类型阻燃剂在PC的应用提供参考。相关研究成果刊登于《工程塑料应用》2021年第3期,论文题名《阻燃剂类型对聚碳酸酯阻燃性能的影响》。


(1)采用了四种不同类型的阻燃剂:溴系阻燃剂、含硫阻燃剂、含硅阻燃剂和含磷阻燃剂。


(2)考虑到起燃是燃烧过程的重要阶段,它既是燃烧的引发阶段,也是燃烧蔓延的关键过程,为此,重点研究了四种阻燃剂对PC灼热丝起燃温度(GWIT)的影响以及起燃机理。


(3)同时利用灼热丝、垂直燃烧和针焰试验方法测试各阻燃剂阻燃PC试样的阻燃性能。


(4)研究了不同试样厚度对各阻燃PC四种阻燃测试结果的影响。


特色1四种不同类型的阻燃剂

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(1)阻燃剂


苯氧基封端四溴双酚A碳酸酯齐聚物(溴化齐聚物):BC–58,美国科聚亚公司;


三氯苯磺酸钠(磺酸盐):STB–FR,美国Arichem公司;


聚硅氧烷+稳定剂+烷基苯砜混合物(聚硅氧烷混合物):MR–01,日本钟渊公司;


间苯二酚双二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯(磷酸酯):PX220,浙江万盛股份有限公司。


(2)制备


将PC在100℃鼓风干燥箱中干燥4 h,然后将干燥后的材料和阻燃剂按照表1 配方( 参考有关文献研究和阻燃剂使用说明,选择阻燃剂最佳用量)在高速混合机中混合,再加入双螺杆挤出机中挤出、冷却、切粒,挤出机温度为280~300℃,转速为300~400 r/min。将制得的粒料经注塑机注塑成标准试样,注塑温度为260~300℃,注塑压力为110 MPa。


特色2、四种阻燃剂对PC GWIT的影响


下图是试样厚度为2 mm时PC及阻燃PC的GWIT测试结果。相比纯PC,磺酸盐、聚硅氧烷混合物和磷酸酯改性PC的GWIT降低,溴化齐聚物改性PC的GWIT则明显升高。

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热重分析发现,磺酸盐、聚硅氧烷混合物和磷酸酯阻燃剂降低了PC的热分解温度,即在较低温度下即可分解出足够的可燃性气体而起燃。溴化齐聚物阻燃PC则相反,溴化齐聚物显著提升了PC的热分解温度,需达到较高的温度才可以分解足够的可燃气体。结合聚合物分解的可燃性气体因素可以判定影响PC起燃快慢的主要因素是热分解温度,即相比成炭对热传导的影响,决定GWIT的主要因素是材料的热分解温度。热分解温度越高,分解足够的可燃性气体越困难,GWIT 越高。


特色3利用灼热丝、垂直燃烧和针焰试验方法测试不同类型PC阻燃性能


表2列出试样厚度为2 mm时各PC 的灼热丝可燃性指数(GWFI)、垂直燃烧、针焰测试结果和部分详细数据。由表2可以看出,虽然磺酸盐、聚硅氧烷混合物和磷酸酯降低了PC的GWIT,但它们与溴化齐聚物均可提升PC的耐燃烧性能。另外,阻燃剂一定添加量下,溴化齐聚物和磺酸盐阻燃PC 可同时满足GWFI 960℃、垂直燃烧等级V–0级和通过针焰试验测试的要求。聚硅氧烷混合物阻燃PC在垂直燃烧等级达到V–0级和通过针焰试验测试的情况下,GWFI仅达到930℃。磷酸酯阻燃PC在GWFI 960℃及通过针焰试验测试情况下,垂直燃烧等级仍停留在V–2级。


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特色4

试样厚度对四种阻燃测试结果的影响

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表3列出不同试样厚度下各PC 的阻燃性能测试结果。由表3可以看出,随着试样厚度增加,磺酸盐和磷酸酯阻燃PC的GWIT降低,溴化齐聚物阻燃PC的GWIT升高,聚硅氧烷混合物阻燃PC的GWIT无明显变化;随着试样厚度增加,四种阻燃剂阻燃PC的GWFI、垂直燃烧等级整体上升高,针焰试验结果变好。试样厚度为3 mm时,四种阻燃PC的GWFI均达到960℃且均通过针焰试验测试,但磷酸酯阻燃PC的垂直燃烧等级仍为V–1级。