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溴銻與有機(jī)成炭劑協(xié)效阻燃高抗沖聚苯乙烯
時(shí)間:2021-05-25      點(diǎn)擊數(shù):2286

高抗沖聚苯乙烯樹脂(PS-HI)具有優(yōu)良的流動(dòng)性、韌性和尺寸穩(wěn)定性,可廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公用品和電子電氣等領(lǐng)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(shù)只有18%,為確保產(chǎn)品具有一定防火安全性,傳統(tǒng)方法是通過使用溴系阻燃劑和三氧化二銻來達(dá)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(wěn)定性差、模具腐蝕性嚴(yán)重,具有較多應(yīng)用缺點(diǎn)。

金發(fā)科技股份有限公司通過使用溴銻阻燃體系及自制有機(jī)成炭劑,并使用SBS進(jìn)行增韌,制備了新型阻燃PS-HI材料,對(duì)其綜合力學(xué)性能進(jìn)行了分析研究,采用垂直燃燒法和錐形量熱法對(duì)其燃燒行為進(jìn)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(jìn)行增韌及自制有機(jī)成炭劑,制備阻燃PS-HI,其配方組成見下表。

●物理和力學(xué)性能分析

下表是三種材料的物理和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果,阻燃PS-HI相對(duì)PS-HI樹脂,拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率下降,彎曲強(qiáng)度提升,這主要與材料體系中的阻燃劑填充有關(guān),阻燃性能均達(dá)到了1.6?mm V–0等級(jí),具有優(yōu)異的物理綜合性能。

下圖是三種材料的Izod缺口沖擊強(qiáng)度、密度和熔體流動(dòng)速率的測(cè)試結(jié)果,與傳統(tǒng)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(dòng)性、綜合性能較好,韌性提高了16%,密度降低了0.6%,流動(dòng)性提高了6%。

儀器化沖擊結(jié)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)阻燃PS-HI受力后容易產(chǎn)生大裂紋,導(dǎo)致快速開裂,并在較短的時(shí)間內(nèi)加速度出現(xiàn)最大值,而新型阻燃PS-HI在多次受力后加速度達(dá)到最大值,出現(xiàn)最大加速度的時(shí)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(xiàn)兩個(gè)失重階段,第一個(gè)階段是阻燃劑的分解,第二個(gè)階段是樹脂的分解,新型阻燃PS-HI質(zhì)量損失2%的分解溫度(T2%)高于傳統(tǒng)阻燃PS-HI,兩個(gè)失重階段的最大分解溫度(T1,T2)較高,具有較好的熱穩(wěn)定性。

●錐形量熱測(cè)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(tǒng)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(xiàn)時(shí)間較早、持續(xù)時(shí)間較短、燃燒過程較緩和,未出現(xiàn)劇烈燃燒現(xiàn)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(tǒng)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(xié)效性,主要與新型阻燃體系的阻燃機(jī)理有關(guān)。

左下圖是三種材料的煙生成速率(SPR)結(jié)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(xiàn)時(shí)間較晚,持續(xù)時(shí)間較短。由圖可知,傳統(tǒng)阻燃PS-HI的SPR最大,最大煙成速率持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng),這與溴銻阻燃機(jī)理有關(guān)。新型阻燃PS-HI煙生成速率最低,出現(xiàn)最大煙生成速率的時(shí)間較快,持續(xù)時(shí)間最短,達(dá)到最大值后燃燒反應(yīng)很快得到抑制,煙生成速率急速下降,這與其熱釋放特點(diǎn)呈現(xiàn)了較好相關(guān)性,在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)最大熱釋放,但在此溫度下,阻燃劑的阻燃效率得到高效發(fā)揮,使得燃燒反應(yīng)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(jié)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(chǎn)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(zāi)危害性較低,具有獨(dú)特的燃燒行為特點(diǎn)。

結(jié) 論

(1)新型阻燃PS-HI具有較好的韌性、較低密度、較高流動(dòng)性,綜合力學(xué)性能優(yōu)異。

(2)新型阻燃PS-HI具有較好的熱穩(wěn)定性,具有促進(jìn)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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