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            倍半硅氧烷及蛭石阻燃PC/ABS材料

            聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)合金是一种常用的工程塑料,广泛应用于家电、玩具、电子电器、建筑及汽车工业等领域,这些领域对材料的阻燃性有一定的要求,而ABS的添加使PC/ABS阻燃性降低,为提高其应用量,需对其进行阻燃改性。

            应用在PC/ABS的无卤阻燃剂主要有:有机磷系、硅系、硼系等,聚硅氧烷是有机硅系阻燃剂的典型代表,燃烧时生成Si-C阻隔层,发挥阻燃效果,而倍半硅氧烷是聚硅氧烷阻燃剂的后起之秀,具有极好的耐候性、耐水解性和持久阻燃性。蛭石(VMT)是一种次生矿物,不同产地的蛭石都具有相似的层状结构,有无毒、尺寸稳定性好、耐高温及比表面积大等特点,在特定的体系中,其与相应阻燃剂有协同阻燃效果。

            湖南化工职业技术学院通过熔融挤出制备PC/ABS复合材料,研究倍半硅氧烷阻燃剂(Si-9501)和VMT对PC/ABS阻燃性能的影响,发现倍半硅氧烷对PC/ABS有一定的阻燃效果,VMT可以提高倍半硅氧烷/PC/ABS的阻燃性能。
            PC/ABS阻燃材料配方


            对LOI的影响


            倍半硅氧烷

            从上表可以看出,未添加阻燃剂的PC/ABS(1#)的LOI为23.4%,是可燃材料,按UL94标准检测直接燃烧至夹具,在PC/ABS中加入0.6%的倍半硅氧烷阻燃剂(2#),其LOI上升到28.7%,阻燃达到UL94 V–0级(3.2 mm),这是因为倍半硅氧烷阻燃剂在燃烧时可以加速催化聚合物表面成碳,同时形成硅氧烷特有的Si—O键和Si—C键的无机隔氧绝热保护层,隔离部分氧气、热量和可燃性气体,提高材料的阻燃性。

            VMT

            在阻燃PC/ABS中添加VMT,随着VMT添加量的增加,复合材料的阻燃性先上升后下降,这可能是因为VMT是层状结构,在聚合物中有一定的阻隔作用,材料燃烧时,其覆盖在材料表面,可以提高无机隔氧绝热保护层的密实度,而在VMT添加量较小时,其在PC/ABS中的分散性好,覆盖面大,提高无机保护层密实度的效果好,当添加量过大时,其在PC/ABS中团聚,覆盖面变小,对应效果变差。VMT的添加量为2%时,阻燃PC/ABS (4#试样)的LOI为31.8%,相对未添加的2#试样提高10.8%,阻燃达到UL 94 V-0级(2.0 mm)。
            对热失重的影响


            倍半硅氧烷

            由上表可知,PC/ABS (1#)的起始失重温度(T5%)为414℃,最大失重温度(Tmax%)为455℃,添加0.6%的倍半硅氧烷阻燃剂后(即2#试样),材料的T5%和Tmax%没有明显变化,700℃的残炭率从17.2%上升到19.8%,提高了15.1%,这主要是因为倍半硅氧烷在高温下形成Si—O键和Si—C键的无机保护层,覆盖在PC/ABS表面,隔绝部分氧气和热量,增加了成炭量。

            VMT

            随着VMT添加量的增加,阻燃PC/ABS的T5%和Tmax%先上升后下降,这是因为填加量较小时,VMT可以很好分散在PC/ABS中,隔绝热量的效果好,材料的分解速度降低,热稳定性提高,添加量过高时,其在PC/ABS中团聚,隔热效果变差,材料热稳定性相对下降。添加2%的VMT (4#试样),阻燃PC/ABS的T5%,Tmax%及700℃的残炭率分别从412,451℃和19.8%上升到424,468℃和22.4%。
            对燃烧行为的影响


            倍半硅氧烷

            从上表可看出,在1#中添加0.6%的倍半硅氧烷阻燃剂后(即2#试样),复合材料的点燃时间(TTI)和火灾性能指数(FPI)增加,热释放速率峰值(PHRR),总热释放量(THR),平均有效燃烧热(AEHC),总生烟量(TSR)和平均质量损失速率(AMLR)对应减少,这是因为倍半硅氧烷阻燃剂可以加速催化聚合物表面成碳,同时形成Si—O键和Si—C键的无机保护层覆盖在材料表面,隔离部分热量和可燃性气体,使材料的点燃时间延长,燃烧激烈强度、燃烧蔓延及燃烧放烟量降低,提高了阻燃性。


            VMT

            随着VMT添加量的增大,阻燃PC/ABS的TTI和FPI先增大后减小,PHRR,THR,AEHC,TSR和AMLR先减少后增大。

            在阻燃PC/ABS中添加2%的VMT(4#试样),其TTI和FPI相对未添加的2#试样分别提高12.7%和28.6%,PHRR,THR,AEHC,TSR和AMLR分别降低16.4%,24.9%,11.9%,20.9%,23.3%。

            节选自李湘,殷洁,方松刚,等. PC/ABS/VMT/倍半硅氧烷/阻燃性能的研究[J].工程塑料应用,2021,49(9):135–138.

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