高耐熱絲溫度高抗沖聚苯乙烯材料的制備與性能研究

高耐熱絲溫度高抗沖聚苯乙烯材料的制備與性能研究

高抗聚苯乙烯（ngs）是一種重要的塑料制品，具有良好的加工性能、強度和電氣性能。由于其制造性能好、外形美觀、穩(wěn)定性好，因此經(jīng)常被用作家用電器、辦公設(shè)備和電子外殼。HIPS本身的阻燃性能較差,其極限氧指數(shù)為18%左右,且燃燒過程容易滴落和產(chǎn)生大量黑煙。因此,對于用在電子電器設(shè)備或其他電器外殼上的HIPS常作阻燃處理。隨著人們對火災(zāi)安全的重視,其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高,一些企業(yè)和組織對非直接接觸類HIPS外殼也提高了要求。灼熱絲溫度是衡量材料阻燃性的重要指標(biāo)之一,其直接反映了材料在經(jīng)受高溫后阻燃性能的好壞,因此如何更環(huán)保、更高效地提高材料的灼熱絲溫度一直是阻燃材料研究的熱點領(lǐng)域。同時對于外殼材料來說,良好的耐刮擦性是其應(yīng)用的條件之一。筆者通過添加自制復(fù)合阻燃劑,并以Sb2O3作為阻燃協(xié)效劑,使HIPS材料的灼熱絲溫度達(dá)到960℃,且符合歐盟的RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。與一般的溴銻類阻燃體系相比,新體系阻燃效率更高并且能夠防止滴落,具有更少的煙氣產(chǎn)生量。同時研究了耐刮擦助劑對材料耐刮擦性、阻燃及力學(xué)性能的影響。1實驗部分1.1潤科化工有限公司HIPS:425TV,韓國錦湖石油化學(xué)有限公司;十溴二苯乙烷(DBDPE):溴含量81%,潤科化工有限公司;三(三溴苯基)三嗪(TBPC):溴含量67%,韓國宇進(jìn)株式會社;溴化聚苯乙烯(BPS):溴含量66%,精創(chuàng)化工有限公司;耐刮擦助劑:TegomerH–Si6440P,上海贏創(chuàng)德固賽化學(xué)工業(yè)公司。1.2試驗儀器與儀器雙螺桿擠出機:KS36型,昆山科信機械設(shè)備有限公司;注塑機:HTF80X1型,寧波海天注塑機廠;萬能電子拉伸儀:CMT6104型,深圳新三思集團有限公司;擺錘沖擊試驗機:美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司;垂直燃燒測定儀:CZF–3型,南京上元分析儀器有限公司;灼熱絲試驗儀:ZRS–2型,上海埃微電子科技有限公司;五指刮擦磨耗儀:Taber-710型,美國泰伯爾儀器公司;色差儀:CE–7000A型,美國X–Rite公司。1.3擠出、冷卻、切粒將HIPS與阻燃劑以及其他助劑按配方稱量,在高速混合機中混合5~6min,出料,將混合物料在210℃下用雙螺桿擠出機擠出,冷卻、切粒。80℃烘料1h,然后在220℃注塑成標(biāo)準(zhǔn)試樣,測試相關(guān)性能。1.4試驗條件及標(biāo)準(zhǔn)拉伸強度按ASTMD638測試,測試速度為5mm/min;彎曲強度按ASTMD638測試,測試速度為2mm/min;缺口沖擊強度按ASTMD256測試;灼熱絲溫度按GB/T5169.11–2006測試;阻燃性能按UL94測試,中間尺寸厚度跨度不超過3.2mm;耐刮擦性能測試:(1)按通用標(biāo)準(zhǔn)GMW14688用色差儀測試ΔL變化;(2)按照ISO105方法測試光澤度(負(fù)載9N),摩擦500次,按式(1)定義光澤度變化率(ROG)。式中:G1——摩擦前的光澤度;G2——摩擦后的光澤度。2結(jié)果與討論2.1阻燃體系的選擇表1示出相同阻燃劑含量(阻燃劑/Sb2O3總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,二者比例為10/2)下,不同阻燃體系對HIPS灼熱絲溫度的影響。從表1可以看出,TBPC體系的灼熱絲性能最差,DBDPE體系相對較好,最好的為FR–TB阻燃體系,其灼熱絲溫度為880℃。同樣含量下FR–TB體系的灼熱絲溫度相對于TBPC體系可以提高80℃,其3.2mm樣條的阻燃能達(dá)到V0標(biāo)準(zhǔn),而其他體系則表現(xiàn)較差。這是因為,鹵素自由基與聚合物燃燒產(chǎn)生的活潑自由基結(jié)合,可以維持長時間猝滅火焰的作用。因此,溴含量增加,阻燃和灼熱絲性能提高。DBDPE中溴含量較高,因此其阻燃性能較好。自制的阻燃體系不僅考慮溴含量的影響,同時還提高了HIPS的成炭率,使其更好地發(fā)揮阻燃作用,改善了HIPS發(fā)煙多和滴落問題。圖1為在規(guī)定溫度850℃時不同體系燃燒狀況的實物圖片。由圖1可以明顯看出,FR–TB體系具有更好的阻燃效率,且其熄滅時間最短。2.2阻燃體系對生物可持續(xù)活性的影響表2示出不同阻燃體系(阻燃劑/Sb2O3總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,二者比例為18/2)對HIPS力學(xué)性能的影響。從表2可以看出,HIPS的拉伸強度和彎曲強度受阻燃體系影響較小,而沖擊性能受阻燃體系影響較大。TBPC體系沖擊強度下降最小,這主要是因為TBPC分子結(jié)構(gòu)大,熔點與HIPS加工溫度更接近,而且相容性好,因而使阻燃制品的沖擊性能表現(xiàn)較好。DBDPE和BPS體系因為分子量和耐熱性的原因會產(chǎn)生較多的游離溴,導(dǎo)致其沖擊強度下降較大。2.3fr–tb含量對熱性能的影響表3示出FR–TB阻燃劑含量對HIPS灼熱絲溫度和沖擊性能的影響。從表3可以看出,隨著阻燃劑含量的增加,HIPS的灼熱絲溫度逐漸升高。FR–TB含量在13%以上時,其灼熱絲溫度就達(dá)到960℃。隨著阻燃劑量繼續(xù)增加,灼熱絲溫度已經(jīng)超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高實驗溫度。然而,隨著阻燃劑含量的增加,材料的沖擊性能逐漸下降。這是因為,阻燃劑與HIPS并不能良好結(jié)合,容易形成應(yīng)力集中點,隨著含量增加,這種缺陷也增多,從而造成沖擊性能下降。綜合考慮材料的阻燃性能和沖擊性能,FR–TB阻燃劑的最佳含量控制在13%為好。2.4耐刮擦性差的影響表4為FR–TB/SB2O3體系質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%/2%時,不同含量耐刮擦助劑對材料性能的影響。由表4可看出,隨著耐刮擦助劑添加量的增加,HIPS的ΔL值以及ROG值逐漸減小,ΔL值越小說明刮擦前后的色差越小,即材料的耐刮擦性能越好。ROG值是高光材料表面經(jīng)過一定次數(shù)的摩擦后粗糙程度的反映,其值越小說明表面的粗糙程度越低,材料表面質(zhì)量保持率越好。耐刮擦助劑添加量為1%時材料就具有良好的耐刮擦性能,繼續(xù)增加用量對HIPS耐刮擦性改善不大。這是因為,耐刮擦助劑的原理在于降低相互摩擦的兩種材料之間的摩擦系數(shù),使其不易產(chǎn)生胎紋,降低了產(chǎn)生粗糙表面的概率。另外,從表4還可以看出,HIPS材料的灼熱絲溫度和沖擊強度受耐刮擦助劑影響較小,這主要是因為所添加助劑用量較少,同時助劑不與阻燃劑發(fā)生負(fù)面作用,因此,少量的耐刮擦助劑并不會影響材料的灼熱絲溫度和力學(xué)性能。3阻燃劑的成分(1)自制FR–TB阻燃體系比一般的DBDPE或BPS體系具有更好的阻燃和抗滴落性能,同樣含量下其阻燃HIPS的灼熱絲溫度高于其他體系30~80℃。(2)不同阻燃體系對HIPS材料的力學(xué)影響程度不同,其中對缺口沖擊強度影響最明顯,對拉伸強度和彎曲強度則影響不大。(3)隨著FR–TB阻燃劑含量增加,HIPS的沖擊強度逐漸降低,當(dāng)FR–TB質(zhì)量分?jǐn)?shù)13%時灼熱絲溫度即可達(dá)到960℃,此時沖擊