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        聚碳酸酯薄層阻燃配方及性能

        2020-11-28 01:57:44黃承輝姚一新楊俊杰李會
        工程塑料應(yīng)用 2020年11期
        關(guān)鍵詞:磺酸鹽阻燃性透光率

        黃承輝,姚一新,楊俊杰,李會

        (1.嘉善申嘉科技有限公司,浙江嘉善 314100; 2.浙江中科輻射高分子材料研發(fā)中心,浙江嘉善 314100)

        聚碳酸酯(PC)分子鏈中含有碳酸酯基,是工程塑料的主要品種之一[1]。根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中,芳香族PC 獲得了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)[2]。PC 結(jié)構(gòu)已成為五大工程塑料中增長速度最快的工程塑料。PC 是非晶態(tài)聚合物,熔融和冷卻后變成透明的玻璃狀物,具有優(yōu)良的光學(xué)和力學(xué)性能。PC 具有突出的抗沖擊性能、透明性、尺寸穩(wěn)定性,優(yōu)良的力學(xué)性能和電性能,以及較高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱變形溫度和較寬的使用溫度范圍(–60~120℃)[3-5]。PC 工程塑料的應(yīng)用領(lǐng)域主要有玻璃裝配業(yè)、汽車工業(yè)和電子、電器工業(yè),其次還有工業(yè)機(jī)械零件、光盤、包裝、計算機(jī)等辦公室設(shè)備、醫(yī)療及保健、休閑和防護(hù)器材等。

        電子電氣領(lǐng)域?qū)λ芰辖^緣薄膜的需求量快速增長,其輕薄化、高集成化的行業(yè)趨勢要求絕緣薄膜材料不僅要具備良好的介電強(qiáng)度、力學(xué)性能和耐熱性,同時也必須在更低厚度下實現(xiàn)穩(wěn)定阻燃效果。PC 材料燃燒時成炭率較高[6–8],能自熄,阻燃等級為UL94 V–2 級,與普通的熱塑性塑料相比雖有較好的阻燃性,但仍可燃,且燃燒時有熱熔體滴落,容易引起附近的材料著火。薄層PC 制品的阻燃要求比較高,其原因是低厚度樣品在燃燒過程中與火焰接觸的面積更大、熱量和可燃物傳遞路徑更短、樣條局部軟化后在重力影響下的滴落風(fēng)險更高[9–11]。添加阻燃助劑是提高PC 阻燃性的有效手段[12],但行業(yè)對PC 阻燃性能要求越來越高,部分場合還要求PC 保持良好的透光性,對阻燃助劑有了更高要求[13–15]。筆者主要針對薄層(0.7 mm) PC 的阻燃要求,研究聚四氟乙烯(PTFE)抗滴落劑及阻燃劑使用后對PC阻燃性、熔體流動速率(MFR)、透光性以及抗滴落劑對材料力學(xué)性能的影響。

        1 實驗部分

        1.1 主要原材料

        PC:PC–122,臺灣奇美實業(yè)股份有限公司;

        PC:02–10R,寧波浙鐵大風(fēng)化工有限公司;

        PC:WY–106BR,利華益維遠(yuǎn)化學(xué)股份有限公司;

        PTFE 抗滴落劑:SJ–D100S,嘉善申嘉科技有限公司;

        雙酚A 雙(二苯基磷酸酯)(BDP):平湖阿萊德實業(yè)公司;

        多溴聯(lián)苯醚;FR–X9805,廣州寅源新材料科技有限公司。

        1.2 主要設(shè)備及儀器

        同向高速排氣式平行雙螺桿混煉擠出機(jī):TE–35 型,江蘇科亞化工裝備有限公司;

        塑料注射成型機(jī):HTL90A 型,海太塑料機(jī)械有限公司;

        水平垂直燃燒測試儀:CZF–3 型,南京市江寧區(qū)分析儀器廠;

        MFR 測定儀:ZXNR–400A 型,上海左科儀器設(shè)備有限公司;

        光學(xué)透過率測量儀:NS550H 型,深圳市納森科技有限公司;

        電子萬能試驗機(jī):WDW–20 型,上海泊??茖W(xué)儀器有限公司;擺錘沖擊試驗機(jī):TH–6050 型,江蘇天惠試驗機(jī)械有限公司。

        1.3 阻燃PC 配方

        表1 阻燃PC 配方 份

        1.4 性能測試

        試驗前將PC 進(jìn)行干燥處理(120℃,4 h),然后配料共混,于270℃經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,粒料烘干后經(jīng)注塑機(jī)成型至標(biāo)準(zhǔn)試樣,注塑溫度275℃。

        MFR 測試:溫度300℃,負(fù)重2.16 kg。

        垂直燃燒測試參照UL94 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試,試樣尺寸為125 mm×13 mm×0.7 mm。

        透光率按GB/T 2410–1980 進(jìn)行測試。

        力學(xué)性能測試,拉伸測試按GB/T 1040–2018進(jìn)行;彎曲測試按GB/T 9341–2008 進(jìn)行。

        抗沖擊性能按GB/T 1843–2008 進(jìn)行測試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同阻燃體系對阻燃效果的影響

        表2 是阻燃劑種類與PC 燃燒性能的關(guān)系。三款阻燃劑用量在建議添加量范圍內(nèi)的基礎(chǔ)上復(fù)配抗滴落劑進(jìn)行實驗,PTFE 抗滴落劑添加0.2%。

        表2 不同阻燃劑燃燒性能

        阻燃劑與抗滴落劑復(fù)配使用效果測試。由表2可知,磺酸鹽阻燃劑與抗滴落劑的復(fù)配使用具有較好的效果,阻燃劑復(fù)配抗滴落劑可明顯提升阻燃抗滴落效果。

        表3 是在不同MFR 的PC 中添加阻燃劑、抗滴落劑之后阻燃效果測試??刂葡嗤枞紕┖涂沟温鋭┑奶砑恿窟M(jìn)行實驗。

        表3 不同MFR 的PC 燃燒性能

        由表3 可知,選用不同MFR 的PC 測試燃燒現(xiàn)象較為接近,不同MFR 的PC 對抗滴落劑和阻燃劑復(fù)合體系的燃燒性能影響較小。

        2.2 抗滴落劑含量對MFR 的影響

        圖1 是不同添加的抗滴落劑與MFR 的關(guān)系。選用三種MFR 不同的PC 進(jìn)行試驗。由圖1 可見,隨著抗滴落劑含量的增加,樹脂體系的熔體流動速率呈遞減趨勢。高分子量的PTFE 在螺桿中受到剪切后呈“網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu),在受熱條件下產(chǎn)生一定收縮,增大樹脂的黏稠度。

        圖1 抗滴落劑不同含量時PC 的MFR

        2.3 阻燃體系對透光性影響

        圖2 是不同含量的磺酸鹽阻燃劑FR–X9805 與透光率的關(guān)系。控制PTFE 抗滴落劑的含量不變,測試阻燃PC 的透光率,由圖2 可知,磺酸鹽阻燃劑FR–X9805 對PC 樹脂的透明度影響較小。

        圖2 FR–X9805 不同添加量時PC 透光率

        圖3 是不同含量抗滴落劑與透光率的關(guān)系。由圖3 可以看出,隨著抗滴落劑含量的提高,PC 的透光率下降,透明度降低;抗滴落劑分散在PC 中會影響共混體的光學(xué)性能。

        圖3 抗滴落劑不同添加量時PC 透光率

        2.4 不同厚度的PC 材料阻燃效果

        表4 為不同厚度下PC 阻燃達(dá)UL94 V–0 級時,阻燃劑FR–X9805 與PTFE 抗滴落劑添加量關(guān)系。

        表4 不同厚度下PC 阻燃達(dá)V–0 級時FR–X9805 與抗滴落劑配比

        由表4 可知,薄層PC 材料要達(dá)到一定阻燃效果則需要較高的阻燃助劑添加量。低厚度樣品在燃燒過程中更加容易產(chǎn)生滴落,低添加量難以達(dá)到阻燃抗滴落效果。

        2.5 不同添加量的抗滴落劑對材料力學(xué)性能影響

        圖4、圖5、圖6 分別是不同添加量的抗滴落劑對阻燃PC體系的拉伸、彎曲、沖擊性能的影響對比。PC 選用奇美PC–122,固定阻燃劑含量0.4%,抗滴落劑以不同的含量進(jìn)行評估,綜合圖4~圖6 可知,阻燃PC 體系中添加少量的抗滴落劑后,拉伸彎曲及抗沖擊強(qiáng)度變化較小,低添加量抗滴落劑對阻燃PC 體系力學(xué)性能的影響較小。

        圖4 抗滴落劑不同添加量時阻燃PC 的拉伸性能

        圖5 抗滴落劑不同添加量時阻燃PC 的彎曲性能

        圖6 抗滴落劑不同添加量時阻燃PC 的沖擊性能

        3 結(jié)論

        (1)不同厚度的PC 材料要達(dá)到阻燃抗滴落效果所需要的阻燃助劑量有差異,薄層PC 材料達(dá)到一定阻燃效果需要提高添加量。

        (2)磺酸鹽阻燃劑與抗滴落劑復(fù)配應(yīng)用于薄層PC 阻燃效果較好,且添加量低;不過抗滴落劑的加入會影響制品透光,應(yīng)用時需進(jìn)行配方調(diào)整;磺酸鹽阻燃劑對PC 透光影響小。

        (3)抗滴落劑的添加會使體系MFR 降低,樹脂“黏稠度”上升,過量可能影響共混體加工工藝。

        (4) PC 本身熔體流動速率的高低對阻燃復(fù)合體系的阻燃性能影響較小。

        (5)低添加量抗滴落劑對阻燃體系的力學(xué)性能影響較小。

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