無鹵阻燃PC/ABS合金的改性研究

劉裕紅（貴陽職業技術學院，貴州 貴陽 550081）

PC(聚碳酸酯)/ABS(丙烯晴丁苯樹脂)合金（以下簡稱PC/ABS合金)是20世紀60年代發展起來的一種新型塑料合金材料，它兼具了聚碳酸酯（PC）耐熱、吸水率低、沖擊強度高、抗蠕變性能、尺寸穩定性好、介電性能優良等優點和ABS易加工性、低溫沖擊好、可噴涂性、原材料價格便宜等優點，形成性能優異的新材料。自1963年由美國Borg Warner公司開發成功PC/ABS合金以來，PC/ABS合金迅速風靡全球，成為世界上銷售量最大的商業化聚合物合金。近5年以來，PC/ABS合金的產量每年都以10%左右的速度增長，增長速度在塑料領域中排在前列。

近年來，隨著PC/ABS合金廣泛使用的電氣等行業對防火安全要求越來越高，PC/ABS合金的阻燃化也成為PC/ABS合金開發的一個熱點。以前大都采用溴類阻燃劑和氧化銻阻燃劑并用的方法來提高PC/ABS合金的阻燃性，但含鹵阻燃材料燃燒時可放出有毒的鹵化氫氣體和大量煙霧，甚至產生二惡烷等致癌物，嚴重影響了人們生命財產的安全，因此PC/ABS合金無鹵阻燃將是今后發展的方向。

筆者采用磷系阻燃劑、增容劑和增韌劑等助劑并用的復配技術，進行符合環保阻燃標準和力學性能要求的無鹵阻燃PC/ABS合金材料的開發，下面就對無鹵阻燃PC/ABS合金的研究開發情況作一簡單介紹。

1 實驗部分

1.1 原料

ABS：PA707 鎮江奇美

聚四氟乙烯粉（PTFE）：PA5935 3M

阻燃劑：BDP(雙酚A雙(二苯基磷酸酯)江蘇雅克

相容增韌劑（MBS）：EM500 LG

潤滑劑、抗氧劑：市售。

1.2 設備

雙螺桿擠出機：CTE-35，螺桿直徑￠=35mm，長徑比L/D=40,科倍隆科亞公司

注塑機：HTF90W2寧波海天

濕法脫硫反應速度快，脫硫效率高，一般均高于90%，技術成熟。缺點是設備腐蝕性嚴重，能耗高，占地面積大，投資和運行費用高。干法和半干法的設備簡單，投資和運行費用較低、無污水處理系統等。缺點是反應速度慢，脫硫率低，磨損、結垢現象比較嚴重，廢渣處理困難。

電子萬能試驗機：CMT4104深圳市新三思材料檢測有限公司

塑料擺錘沖擊試驗機：ZBC1200-B深圳市新三思材料檢測有限公司

維卡軟化點試驗機：ZWK1302-2深圳市新三思材料檢測有限公司

熔指儀：深圳市新三思材料檢測有限公司

燃燒試驗機：東莞市越鏵電子科技有限公司

1.3 制備方法

將分別預干燥好的PC（100℃,4小時）及ABS（80℃,2小時）與PTFE粉、相容增韌劑、潤滑劑、抗氧劑等經高速混合機混勻后，置于加料器中，定量從雙螺

桿擠出機第一進料口加入，阻燃劑BDP通過液體喂料系統計量加入，在240——260℃溫度下，螺桿轉速為280——320r/min下，經雙螺桿共混、擠出、冷卻、切粒得到無鹵阻燃PC/ABS合金粒料成品。其流程示意圖如圖1

圖1 制備PC/ABS合金流程示意圖

1.4 性能測試

力學性能 沖擊強度（懸臂梁法，帶缺口）按ASTM D256進行測試

拉伸強度按ASTM D638進行測試

彎曲強度按ASTM D790進行測試

熱變形溫度按ASTM D648進行測試

熔融流動指數按ASTM D1238進行測試

阻燃性能按UL94進行測試

2 結果與討論

2.1 阻燃劑BDP用量對PC/ABS合金性能的影響

通過大量研究文獻可知，PC與ABS可以直接共混改性，這是由于PC與SAN較好的相容性可以使ABS均勻地分散于PC基體中，并且在PC/ABS組分比例為7/3時材料的綜合性能最佳。同時大量研究文獻表明，PTFE粉的加入能有效改善材料在燃燒過程中的熔體滴落現象，并對體系的氧指數有少量的貢獻。這是由于PTFE熔點高(323℃)，在合金加工溫度(240-260℃)下仍不熔化，但在共混剪切力下易于原纖化進而形成網絡，這種形態結構在燃燒時可以增加熔體粘度和熔體彈性，從而可以防止熔融滴落。其添加量一般為0.2%——0.4%，若添加量超過0.5%以上則會對材料沖擊強度造成較大影響，因此我們固定PC、ABS、PTFE粉的用量分別為70%、30%、0.3%，然后添加不同比例的阻燃劑，研究阻燃劑用量對PC/ABS

合金性能的影響，結果如下：

圖2：阻燃劑（BDP）用量對PC/ABS合金拉伸強度的影響

圖3：阻燃劑（BDP）用量對PC/ABS合金缺口沖擊強度的影響

由圖2、圖3可見，BDP有助于提高PC/ABS合金的拉伸性能，這是由于合金的拉伸性能主要由PC含量決定，同時BDP與合金中的PC有很好的相容性，低分子阻燃劑的加入有助于合金的塑化；但隨著BDP用量的增加，其在合金中的分散困難，導致拉伸性能降低。BDP對合金的沖擊性能影響較大，隨著用量的增加，當BDP用量超過12%時，合金的沖擊性能下降明顯。這主要是由BDP與合金中的(苯乙烯/丙烯腈)共聚物(SAN)相容性較差，BDP影響了PC/ABS合金原有的結構,從而導致合金缺口沖擊強度急劇下降。

由表1可知，BDP能夠顯著提高PC/ABS合金的阻燃性能，這是因為含有BDP的PC/ABS合金受高溫或被引燃時，BDP分解生成磷的含氧酸，這類酸能促進含羥基化合物的吸熱脫水成炭反應，在材料表面生成石墨狀的焦炭層。此外，由于PC/ABS合金中羥基化合物脫水形成的水蒸氣能稀釋大氣中的氧及可燃氣體的濃度，有助于使燃燒中斷。其次，BDP受熱分解產生的磷的含氧酸多系粘稠狀物質，可在材料表面形成一層覆蓋于焦炭層的液膜，它能降低焦炭層的透氣性和保護焦炭層不被繼續氧化，明顯提高材料的阻燃性。

表1：阻燃劑（BDP）用量對PC/ABS合金阻燃性能的影響

2.2 相容增韌劑用量對阻燃PC/ABS合金材料性能的影響

通過上述研究表明在PC/ABS合金體系中加入大量的阻燃劑會使材料的力學性能顯著下降，因此應選用合適的增容劑來改善體系的力學性能，筆者選用MBS(甲基丙烯酸酯/丁二烯/苯乙烯)共聚物作為相容增韌劑對合金力學性能進行改善。因此我們固定PC/ABS/BDP/PTFE的使用比例為70/30/12/0.3，通過添加不同比例的MBS來改善合金力學性能，數據結果如下：

圖4：MBS用量對PC/ABS合金拉伸性能的影響

圖5：MBS用量對PC/ABS合金缺口沖擊強度的影響

表2：MBS用量對PC/ABS合金阻燃性能的影響

從圖4、圖5、表2可以看出，在阻燃PC/ABS合金中添加MBS可以顯著提高合金的缺口沖擊強度，這是因為MBS為甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丁二烯通過乳液聚合制得的三元聚合物，該聚合物具有甲基丙烯酸甲酯為殼，橡膠相為核的核殼結構，與PC及ABS都具有良好的相容性，作為第三組分在PC和ABS的相界面起連接作用，起到降低兩相組分間的界面張力，提高PC與ABS的相容性的作用，所以合金缺口沖擊強度明顯提高，但由于MBS中含有較多橡膠相，所以隨著MBS的增加,阻燃PC/ABS合金拉伸性能緩慢下降，阻燃性能急劇下降，當MBS用量超過4%后阻燃性能只能達到V1。

2.3 材料性能對比

參照前面的實驗步驟，我們制備了無鹵阻燃PC/ABS材料，并與Sabic公司阻燃PC/ABS合金產品（牌號為C6600）在相同條件下進行制樣，室溫下放置24h后進行性能測試（見表2）。我們對主要性能進行對比，發現各項性能均已接近，個別數據已經超過了C6600的水平。

表3：無鹵阻燃PC/ABS材料性能對比

3 結語

（1）阻燃劑BDP對PC/ABS有良好的阻燃作用，添加量為12%時阻燃可達UL94 V0(1.5mm)

（2）相容增韌劑MBS對無鹵阻燃PC/ABS合金有明顯的增容、增韌作用

（3）當PC/ABS/BDP/MBS/PTFE使用比例為70/30/12/4/0.3時，制成的無鹵阻燃PC/ABS合金具有優良的綜合性能,達到進口同類產品的性能指標，產品具有優異的阻燃性能，在1.5mm厚度可達UL94 V0級，其抗沖性能良好、熱變形溫度高，尺寸穩定性好。