王淑萍

（恒銀金融科技有限公司（產(chǎn)品研發(fā)中心），天津 300308）

ATM中塑料件的阻燃性能研究探討

Research on f ame retardant properties of plastic parts in ATM

王淑萍

（恒銀金融科技有限公司（產(chǎn)品研發(fā)中心），天津 300308）

隨著ATM的普及和應(yīng)用，已將多種塑料材料應(yīng)用于ATM機(jī)器零件中，人們對(duì)塑料材料的阻燃性能提出了更高的要求，開展塑料阻燃性能的研究已迫在眉睫。本文結(jié)合ATM中常見的塑料材料，利用科學(xué)的測(cè)試方法和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)阻燃性能進(jìn)行了研究評(píng)價(jià)。

塑料件；阻燃性能；研究

隨著高分子聚合技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，大量的塑料材料被開發(fā)出來，市場(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)多種多樣的塑料制品，并且在時(shí)代的發(fā)展過程中，塑料制品以輕巧、耐用的特點(diǎn)逐漸取代更多的傳統(tǒng)產(chǎn)品，不斷影響人們的衣食住行。針對(duì)ATM而言，其中也含有大量的塑料件，為了提高機(jī)器整體的安全性和可靠性，必須對(duì)塑料性的阻燃性能進(jìn)行分析研究。

1 ATM中常見塑料的特點(diǎn)和應(yīng)用

1.1 聚甲醛

聚甲醛具有良好的抗沖擊性和較高的抗拉強(qiáng)度，尺寸穩(wěn)定性較好，耐摩擦性能優(yōu)越，在高溫和水中也有很大的剛性，可以抵抗低程度的化學(xué)腐蝕，耐反復(fù)扭曲，回彈能力較好，加熱狀態(tài)下不易分解[1]。

聚甲醛一般用于制作ATM中的各種齒輪或滑輪零件，此種材料的收縮率2%～3.5%，48 h內(nèi)還會(huì)收縮1%。

1.2 尼龍

尼龍材料具有良好的抗疲勞能力和剛性，耐熱性較好，摩擦系數(shù)低，具有良好的耐磨性，但吸濕性較大，因此尺寸穩(wěn)定性較差。

尼龍材料適用于ATM中無潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑條件下，一般作為耐磨材料使用。

1.3 ABS塑料

ABS樹脂具有良好的抗沖擊性、耐熱性、耐腐蝕性，生產(chǎn)加工過程也較為簡(jiǎn)單，產(chǎn)品性能優(yōu)良，表面光澤好，易于著色，方便進(jìn)行二次加工，是ATM中應(yīng)用較多的材料。ABS化學(xué)名稱為丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物，由丙烯晴、丁二烯和苯乙烯共聚而成的三元聚合物。在ATM中，ABS一般用作耐磨受力傳動(dòng)零件、耐腐蝕構(gòu)件等，收縮率0.4%～0.7%，溢邊值0.04 mm。

1.4 PC+ABS

PC+ABS是一種工程塑料合金，俗稱塑料王，這種材料具有PC樹脂的優(yōu)良耐熱性和耐沖擊性能，同時(shí)具有ABS樹脂優(yōu)良的加工流動(dòng)性，常用于ATM的塑料面板和用戶操作模塊。

1.5 PMMA

PMMA化學(xué)名稱為聚甲基丙烯酸甲酯，通過丙烯酸與酯類聚合得到的化合物統(tǒng)稱為冰丙烯酸類樹脂，其中的PMMA應(yīng)用最為廣泛，PMMA能夠溶解于苯酚和苯甲醚等有機(jī)溶劑中，具有良好的介電性能，在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管中最為常見，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性，同時(shí)PMMA的透光性較好，機(jī)械強(qiáng)度較高，尺寸也較為穩(wěn)定，易于成型。

1.6 PE

PE化學(xué)名稱為聚乙烯，通過乙烯聚合制得，聚乙烯無臭、無毒，耐低溫性和化學(xué)穩(wěn)定性較好，在80～100 ℃的溫度下也能發(fā)揮良好的特性，能抵抗大多數(shù)酸堿的附屬，常溫下基本不具吸水性，不溶于有機(jī)溶劑，介電性能優(yōu)良。PE作為ATM中電纜的外包部分而得到廣泛的應(yīng)用，也可直接將其涂于金屬表面，作為輔抗腐蝕劑使用。

1.7 NBR

NBR也稱為丁腈橡膠，通過丁二烯和丙烯腈聚合制得，丁腈橡膠具有良好的耐油性和耐磨性，但耐低溫性較差，絕緣性能不強(qiáng)，主要用于制造耐油橡膠制品，例如奶油的膠管、密封圈。

1.8 PVC

PVC化學(xué)名稱為聚氯乙烯，通常分為硬質(zhì)聚氯乙烯和軟質(zhì)聚氯乙烯。硬質(zhì)聚氯乙烯具有量好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，耐油性和抗老化性也較好，但耐高溫性不強(qiáng)，溫度超過60 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生變形軟化。軟質(zhì)聚氯乙烯的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度不及硬質(zhì)聚氯乙烯，破裂延伸率就較高，有良好的耐低溫性和電器性能。

ATM中的PVC一般用于制作耐腐蝕材料和絕緣膠皮。

2 塑料阻燃性能測(cè)試方法

2.1 研究背景

針對(duì)塑料材料的阻燃性能測(cè)試與評(píng)價(jià)，大都采用小型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果無法反應(yīng)真實(shí)火災(zāi)中材料的實(shí)際變化，只能用作在該試驗(yàn)條件下與不同材料相比得出的阻燃特性，這樣的比較方法也存在一定的局限性。盡管如此，小型測(cè)試方法仍然是各國(guó)普遍采用的對(duì)塑料產(chǎn)品進(jìn)行阻燃性能評(píng)價(jià)的方法，并且相關(guān)國(guó)際組織已頒發(fā)了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

為了保證ATM中的塑料材料在實(shí)際火災(zāi)中更加接近真實(shí)的變化，很多國(guó)家將材料的大型阻燃性測(cè)試投入試驗(yàn)，通過模擬真實(shí)火災(zāi)，結(jié)合材料的相關(guān)特性，建立完善的計(jì)算機(jī)模型。這種大型試驗(yàn)耗資巨大，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，一般實(shí)驗(yàn)室并不采用。針對(duì)有些大型測(cè)試試驗(yàn)，目前也存在較多的經(jīng)驗(yàn)成分，得出的結(jié)果也并不太滿意。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們將數(shù)學(xué)和物理模型應(yīng)用于材料試驗(yàn)中，以期能通過小型試驗(yàn)推測(cè)出材料在真實(shí)火災(zāi)中的變化，近年來這一項(xiàng)目取得了較快的發(fā)展。

2.2 塑料點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

點(diǎn)火源關(guān)系到材料的點(diǎn)燃性，材料的點(diǎn)燃性也直接表征著火災(zāi)發(fā)生的概率。材料的可燃性是指具有火焰燃燒的特性。若試驗(yàn)條件一定，可以進(jìn)行有火焰燃燒的材料都稱為可燃材料。

2.2.1 塑料點(diǎn)燃溫度的測(cè)定

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，塑料分解放出可燃?xì)怏w，利用外界火焰將氣體點(diǎn)燃后，氣體可以維持燃燒的最低溫度稱為塑料的點(diǎn)燃溫度。測(cè)試時(shí)利用sketchkin儀，先將試驗(yàn)材料剪成2.0 cm×2.0 cm的方片材。

測(cè)試時(shí)，將溫度調(diào)至400 ℃，調(diào)整空氣流速，空氣溫度恒定后，試樣盤適當(dāng)降低至爐內(nèi)，點(diǎn)燃引火源，開始計(jì)時(shí)[2]。

如果試樣在5 min內(nèi)點(diǎn)燃，則需要根據(jù)事情試驗(yàn)狀況降低空氣溫度，并計(jì)時(shí)更換試樣后重新測(cè)試；若試樣在5 min內(nèi)沒有點(diǎn)燃，則根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)狀況提高空氣溫度后重新測(cè)試，及時(shí)記錄發(fā)生閃光時(shí)的最低空氣溫度，此時(shí)的溫度即為試樣的最低點(diǎn)燃溫度。試樣的自燃溫度可以采用同樣的方法進(jìn)行測(cè)定，不同的是不需要點(diǎn)火源。

2.2.2 塑料可燃性的測(cè)定

ATM中塑料可燃性的測(cè)定一般利用UL94可燃性試驗(yàn)進(jìn)行，以對(duì)塑料的可燃性進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要用于測(cè)定按照一定位置放置的塑料產(chǎn)品被施加火焰后的具體變化。

UL94可燃性測(cè)試試驗(yàn)最先由美國(guó)保險(xiǎn)業(yè)研究室開發(fā)，后來被廣泛應(yīng)用于測(cè)試塑料材料的可燃性，可以評(píng)價(jià)塑料材料對(duì)某一特定環(huán)境的適應(yīng)性，UL94可燃性試驗(yàn)包括3個(gè)測(cè)試方法。

（1）材料分類為94 HB的水平燃燒試驗(yàn)，如圖1。

如圖2所示，本測(cè)試中的主要裝置有金屬絲網(wǎng)、測(cè)試爐、燃燒器。試樣大小為130 mm×13mm。

測(cè)試過程中點(diǎn)燃燃燒器，生成25 mm高度的藍(lán)色火焰，試樣受火焰灼燒30 s，燃燒過程中不改變?nèi)紵鞯奈恢茫缓笠崎_試樣，若沒有到規(guī)定時(shí)間試樣就燃燒至25 mm標(biāo)記位置，需要撤去火焰，撤走火焰后，若試樣繼續(xù)燃燒，記錄火焰前端到25 mm處的標(biāo)記位置，計(jì)算燃燒速度。每個(gè)樣品測(cè)試5個(gè)試樣，消除誤差，將最大的燃燒速度和燃燒長(zhǎng)度作為此種材料的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

（2）材料分類為94V—0、94V—1、94V—2的垂直燃燒試驗(yàn)。垂直燃燒試驗(yàn)裝置如圖3所示。

圖1 材料分類為94 HB的水平燃燒試驗(yàn)圖

圖2 水平燃燒裝置示意圖

圖3 垂直燃燒裝置實(shí)驗(yàn)圖

試樣大小為130 mm×13mm，測(cè)定過程中，將本生燈放于垂直的試樣下端，點(diǎn)火約10 s，移走火源，記錄試樣的有焰燃燒時(shí)間，若試樣在移走火源后30 s內(nèi)熄滅，則需要重新點(diǎn)燃試樣10 s，記錄移走火源后試樣有焰燃燒時(shí)間和無焰燃燒時(shí)間，觀察脫脂棉（cotton）是否被熔滴點(diǎn)燃。垂直試驗(yàn)法判別指標(biāo)如表1。

表1 垂直試驗(yàn)法判別指標(biāo)

（3）塑料耐灼燃性測(cè)定。測(cè)定的目的是評(píng)價(jià)塑料的耐灼燃性，保持熾熱棒與被測(cè)試樣接觸一定的時(shí)間，觀察試樣的變化特點(diǎn)。主要裝置為熾熱棒試驗(yàn)儀，熾熱棒采用直流或交流電加熱，溫度穩(wěn)定在950 ℃，將熾熱部分固定在絕緣板上，用試樣接觸。

試驗(yàn)前，試驗(yàn)寬面距離點(diǎn)火端25 mm和100 mm位置做上標(biāo)記，把定位幫旋轉(zhuǎn)至熾熱棒的位置，利用試樣夾將試樣水平固定。試驗(yàn)時(shí)，將熾熱棒加熱到950 ℃，轉(zhuǎn)動(dòng)支架，保證熾熱棒與試樣就接觸，此時(shí)開始計(jì)時(shí)，3 min后將熾熱棒轉(zhuǎn)離，從開始計(jì)時(shí)起觀察試樣是否出現(xiàn)火焰，如果試樣有火焰，記錄兩條標(biāo)記之間燃燒的時(shí)間，計(jì)算燃燒速度，若火焰未到達(dá)100 mm標(biāo)線位置就已經(jīng)熄滅，記錄燃燒的長(zhǎng)度。

2.3 塑料極限氧指數(shù)測(cè)定（LOl）

規(guī)定條件下，試樣在氮氧的混合氣體中維持平衡燃燒所需的最低氧氣濃度稱為極限氧指數(shù)，其中的氧氣濃度以體積百分含量測(cè)定。測(cè)定的主要裝置為氧指數(shù)儀，其中有玻璃燃燒筒、試樣夾、流量和測(cè)定控制系統(tǒng)，將玻璃珠放置于燃燒筒底部，以維持氣流平衡，玻璃珠上有金屬網(wǎng)，用以承接滴落物[3]。試驗(yàn)裝置如圖4所示。

測(cè)試時(shí)，將試樣垂直裝于試樣夾，將氮氧的混合氣體通過燃燒筒底部通入，點(diǎn)火器從上端將試樣點(diǎn)燃，改變混合氣體在中氧氣的濃度，指導(dǎo)火焰前沿剛好到達(dá)標(biāo)線，以此計(jì)算材料的氧指數(shù)，3次試驗(yàn)后取算數(shù)平均值為測(cè)定值。

3 PC+ABS性能測(cè)試試驗(yàn)

在一定溫度下，將ABS樹脂與阻燃劑在雙輥混煉機(jī)上充分混合，將得到的ABS/阻燃劑母料與PC混合，在雙螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行共混、冷卻、造粒，得到PC+ABS合金粒料，雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭溫度為230 ℃，五區(qū)的溫度分別為200 ℃、220 ℃、230 ℃、230 ℃、230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速180 r/min。

圖4 氧指數(shù)測(cè)定裝置

以10 ℃/min的升溫速度對(duì)樣品進(jìn)行掃描，測(cè)定相應(yīng)的TG曲線，在常溫常壓下，將試樣尺寸定位于50 mm×10 mm×4 mm，測(cè)試阻燃性能。不同阻燃體系的TG分析如圖5所示。

PC+ABS合金中加入符合阻燃劑提高了材料的其實(shí)熱分解溫度。有關(guān)實(shí)驗(yàn)[4]表明，復(fù)合阻燃體系（BDP/Sb2O3=7/3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，PC+ABS合金的綜合性能最好，氧指數(shù)可達(dá)29.5%，缺口沖擊強(qiáng)度84.23 kJ/m2，BDP對(duì)PC+ABS合金具有一定的增容作用，可以提高材料的相容性，擴(kuò)大在ATM中的應(yīng)用范圍。

圖5 PC/ABS合金和各阻燃劑的TG曲線

4 結(jié)束語

在分析ATM中常見塑料制品的基礎(chǔ)上，提出了不同的性能測(cè)定方法，雖然小型試驗(yàn)具有一定的局限性，但可以通過小型試驗(yàn)推測(cè)真實(shí)火災(zāi)事件中的材料變化特性，為預(yù)防火災(zāi)和新型材料的研究提供依據(jù)。

[1] 歐育湘.阻燃塑料工業(yè)現(xiàn)狀[J].合成樹脂及塑料，2010，23（4）：76.

[2] 王小紅，趙成剛.阻燃型材料的應(yīng)用研究 [J].塑料工業(yè)，2012，40（1）：55.

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[4] 程從亮，李萍，張偉.無鹵阻燃PC/ABS合金性能及應(yīng)用[J].科技與材料，2011，31（7）：44.

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TQ320

1009-797X (2015) 24-0149-04

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.060

王淑萍（1965-），女，畢業(yè)于大連輕工業(yè)學(xué)院，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)殂y行自助終端。

2015-11-10