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溴銻與有機成炭劑協效阻燃高抗沖聚苯乙烯
時間:2021-05-25      點擊數:1817

高抗沖聚苯乙烯樹脂(PS-HI)具有優良的流動性、韌性和尺寸穩定性,可廣泛應用于家用電器、辦公用品和電子電氣等領域。PS-HI屬于典型的易燃聚合物,與丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)一樣,極限氧指數只有18%,為確保產品具有一定防火安全性,傳統方法是通過使用溴系阻燃劑和三氧化二銻來達到一定阻燃效果。但在這種純溴銻體系下,阻燃PS-HI材料密度大、熱穩定性差、模具腐蝕性嚴重,具有較多應用缺點。

金發科技股份有限公司通過使用溴銻阻燃體系及自制有機成炭劑,并使用SBS進行增韌,制備了新型阻燃PS-HI材料,對其綜合力學性能進行了分析研究,采用垂直燃燒法和錐形量熱法對其燃燒行為進行了分析。

●阻燃PS-HI材料的制備

采用PS-HI作為樹脂基體,溴銻阻燃體系,使用SBS進行增韌及自制有機成炭劑,制備阻燃PS-HI,其配方組成見下表。

●物理和力學性能分析

下表是三種材料的物理和力學性能測試結果,阻燃PS-HI相對PS-HI樹脂,拉伸強度和斷裂伸長率下降,彎曲強度提升,這主要與材料體系中的阻燃劑填充有關,阻燃性能均達到了1.6?mm V–0等級,具有優異的物理綜合性能。

下圖是三種材料的Izod缺口沖擊強度、密度和熔體流動速率的測試結果,與傳統阻燃PS-HI相比,新型阻燃PS-HI具有較高的韌性、較低的密度、較好的流動性、綜合性能較好,韌性提高了16%,密度降低了0.6%,流動性提高了6%。

儀器化沖擊結果

材料的韌性越好,斷裂需要的加速度越大,材料的加速度依次增大,擺錘與試樣發生作用力后,由圖可知,PS-HI樹脂的加速度最大,新型阻燃PS-HI的加速度高于傳統阻燃PS-HI,加速度越低說明裂紋越容易形成,材料的韌性越差。傳統阻燃PS-HI受力后容易產生大裂紋,導致快速開裂,并在較短的時間內加速度出現最大值,而新型阻燃PS-HI在多次受力后加速度達到最大值,出現最大加速度的時間也較晚,說明新型阻燃PS-HI具有較好的韌性。

●熱分析

阻燃PS-HI的TG曲線出現兩個失重階段,第一個階段是阻燃劑的分解,第二個階段是樹脂的分解,新型阻燃PS-HI質量損失2%的分解溫度(T2%)高于傳統阻燃PS-HI,兩個失重階段的最大分解溫度(T1,T2)較高,具有較好的熱穩定性。

●錐形量熱測試

左下圖是三種材料熱釋放速率(HRR)曲線,PS-HI樹脂具有最大熱釋放速率,傳統阻燃PS-HI與新型阻燃PS-HI的最大熱釋放速率接近,但新型阻燃PS-HI最大熱釋放速率出現時間較早、持續時間較短、燃燒過程較緩和,未出現劇烈燃燒現象。

右下圖是三種材料的THR曲線,PS-HI樹脂具有最大的THR,新型阻燃PS-HI比傳統型阻燃PS-HI的熱釋放總量低,在新型成炭劑的作用下,PS-HI樹脂的燃燒不劇烈,在較低的含量下,燃燒行為的差異性非常明顯,具有較高的阻燃協效性,主要與新型阻燃體系的阻燃機理有關。

左下圖是三種材料的煙生成速率(SPR)結果,PS-HI樹脂屬于易燃性聚合物,燃燒過程較快較充分,最大煙釋放速率出現時間較晚,持續時間較短。由圖可知,傳統阻燃PS-HI的SPR最大,最大煙成速率持續時間最長,這與溴銻阻燃機理有關。新型阻燃PS-HI煙生成速率最低,出現最大煙生成速率的時間較快,持續時間最短,達到最大值后燃燒反應很快得到抑制,煙生成速率急速下降,這與其熱釋放特點呈現了較好相關性,在較短時間內出現最大熱釋放,但在此溫度下,阻燃劑的阻燃效率得到高效發揮,使得燃燒反應得到快速遏制,煙釋放和熱釋放快速下降,燃燒過程也較緩和。

右下圖是三種材料的煙生成總量(TSP)結果,PS-HI樹脂不含阻燃劑,燃燒過程快速而充分,煙釋放總量較低,兩種阻燃PS-HI的煙釋放總量均較大,這主要是由于溴系阻燃PS-HI在燃燒過程中產生大量溴化氫氣體,煙生成總量較大。新型阻燃PS-HI具有較低的溴含量,在成炭劑的作用下,在燃燒過程中總煙釋放量較低,火災危害性較低,具有獨特的燃燒行為特點。

結 論

(1)新型阻燃PS-HI具有較好的韌性、較低密度、較高流動性,綜合力學性能優異。

(2)新型阻燃PS-HI具有較好的熱穩定性,具有促進成炭的作用。

(3)新型阻燃PS-HI具有較低的熱釋放、較低的煙釋放、阻燃效率高,可明顯抑制PS-HI樹脂的劇烈燃燒,具有較好的阻燃性。


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