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高阻燃透明PC材料性能的研究
雷祖碧 马 玫 胡行俊 麦伟宗 黄庆武
(广州合成材料研究院,广卅I,510665)
摘 要 分别考察和对比了四溴双酚A/焦锑酸钠、四溴双酚A/焦锑酸钠/磷酸三苯酯(TPP)阻燃体系、溴代聚碳酸酯齐聚物阻燃剂和磺酸盐类阻燃剂对透明聚碳酸酯(PC)的光学性能和力学性能的影响。结果表明,选用四溴双酚A/焦锑酸钠(用量5.0/2.0份)阻燃体系,阻燃透明聚碳酸酯(PC)的性价比高,阻燃级达到UL94 V一0级,极限氧指数32%,缺口冲击强度26.5 l(J/m ,拉伸强度50.2 MPa,透光率80%以上。
关键词 聚碳酸酯 极限氧指数 阻燃塑料 四溴双酚A 焦磷酸锑钠 透光率
Study on the Properties of Transparent Polycarbonate with High Flame Retardancy
Lei Zu-bi Ma Mei Hu Xing-jun Mai Wei-zong Huang Qing-wu
(Guangzhou Research Institute of Synthetic Materials,Guangzhou,510665)
Abstract:The effects of tetrabromob diphenol A/sodium antimonate,tetrabromob diphenol A/sodium antimonate,lriphenyl phosphate(TPP),brominated polycarbonate(Bromo-PC)oligomers and sulphonates—based flame retardant on optical and mechanical properties of transparent polycarbonate have been studied.The results show that the flame retarded PC has the best cost—.effective when the tetrabromob diphenol A/sodium antimonat system is used as flame retardant.The flame retardant rating is UL94 V一0.The limited oxygen index of flame retarded PC reaches 32% .The impact strenght,tensile strenght are 26.5 kJ/m ,50.2 MPa respectively,and the transmittance is above 80% .
Keywords:polycarbonate;limit oxygen index;flame retarded plastics;tetrabromb diphenol A:sodium antimonate;transmittance
聚碳酸酯fPC)是一种综合性能优越的热塑性工程塑料,具有优异的冲击性能、电性能、光学性能、抗蠕变性能、尺寸稳定性等优点。被广泛用于汽车工业、仪器仪表、传播媒体数据光盘、电器照明等领域。聚碳酸酯具有一定的阻燃性,极限氧指数(LOI)约为26% ,阻燃级别仅为UL94 V一2级,不能满足对阻燃级别要求较高或很高的场合. 目前能达到UL94 V一0阻燃级,并能保持PC树脂透明度的产品并不多,而且价格昂贵.市场拓展受到一定限制。本课题着重对透明PC材料的阻燃性能进行专题研究,致力于开发高LOI、透明性能良好的阻燃PC材料,拓展PC在高端产品(如航空航天领域市场以及消防电子、电器产品等领域的应用。
1 实验部分
1.1 实验原材料
PC,301V一10,LG—DOW 公司; 磷酸三苯酯(TPP),江苏如东通源化工有限公司;四溴双酚A,工业级;焦锑酸钠,株洲安特锑业化T有限公司:磺酸盐类阻燃剂FR一2025,美国3M公司;含溴聚碳酸酯(溴代PC)齐聚物BC一52,美国大湖化丁有限公司;乙撑双硬脂酸酰胺(EBS),江西宏远化工有限公司;硬脂酸钙,广州华l山颜料化工有限公司;抗氧剂1076,瑞士汽巴精化公司。
1.2 实验设备、仪器
同向双螺杆挤出机, rsE一52A.南京瑞亚高聚物装备有限公司;注塑机,BT一80V—I,广州创博有限公司;悬臂梁冲击试验机,XJU一5.5,承德试验机厂;垂直燃烧测试仪,CZF一3型,南京江宁分析仪器厂;氧指数测定仪,HC一2型,南京江宁分析仪器厂;电热鼓风干燥箱,JC101型,. 海成顺仪器仪表有限公司;WGT—S透光率/雾度测定仪,昆山鼎品电子科技有限公司。
1.3 试样制备
按以下工艺流程制备不同阻燃剂PC的标准试样: 材料的质量配比见表1.PC 100份.EBS和硬脂酸钙各O.5份,抗氧剂O.1份。按拟定的配方经双螺杆机挤出造粒,粒料在85 cC的电热烘箱内加热4 h处理。州注塑机注塑标准试样进行力学性能和燃烧性能测试
1.4 性能检测
氧指数按GB 2406—1993测试;阻燃等级按GB 2408—1996测试:悬臂梁冲击强度按GB 1843—1996测试;弯曲性能按GB/T 9341—2000,透明度测定按GB 2410—8O测试。
2 结果与讨论
2.1 光学性能和阻燃性
不同阻燃体系阻燃的PC光学性能及阻燃性见表1。
表1 不同体系阻燃PC的光学性能及阻燃性能
Tab.1 The optical properties and flame retardancies of PC with diferent flame retardanl systems
性能指标 |
未添加阻燃剂 |
四溴双酚A/焦锑酸钠(5.0/2.0) |
四溴双酚A/焦锑酸钠/TTP(5.0/2.0/2.0) |
溴代PC(25份) |
溴代PC(38份) |
磺酸盐类阻燃体系(FR2025)(1份) |
透光率/% |
98 |
80 |
70 |
75 |
60 |
88 |
LOI/% |
26 |
32 |
33.5 |
30 |
32 |
35 |
UL94级(垂直燃烧) |
V-2 |
V-0 |
V-0 |
V-1 |
V-0 |
V-0 |
2.1.1 四溴双酚A,焦锑酸钠体系
四溴双酚A与PC树脂具有良好的相容性⋯,改性阻燃材料能满足欧盟环保指令的要求。阻燃体系中的焦锑酸钠是锑的无机盐化合物,可以替代三氧化二锑.毒性低,克服了传统的氧化锑在操作过程巾引起的解聚问题。用四溴双酚 焦锑酸钠(5.0:2.0)做阻燃剂,可以使PC的阻燃性达到UL94 V一0级(3.2 mm厚),LO1达到32%,透光率80%。在阻燃体系中继续添加2份TPP阻燃剂,LOI可提升至33.5%,材料略微雾化,透光率70%。TPP对提高阻燃材料的氧指数有帮助,但会影响PC的透明度。
2.1.2 磺酸盐类阻燃剂
磺酸盐类阻燃剂的阻燃机理与普通阻燃剂不同,主要通过在燃烧时提高PC的成炭速率,阻止氧气与热量向材料内部传递,同时促进聚合物分子交联达到阻燃效果 。添加0.1%磺酸盐类阻燃剂(FR一2025)阻燃剂,PC的阻燃性达到UL94 V—O级,LOI为35% .材料很透亮.保持透明度可以保持PC树脂的90%,透光率88%以上。由于添加量极少,阻燃剂在PC体系中均匀分散存在一定困难,实际使用过程中操作有一定的难度。其次就是价格昂贵,比普通阻燃剂贵数十倍。
2.1_3 溴代PC阻燃剂
溴代PC类阻燃剂是完全用四溴双酚A制成的纯溴代PC齐聚物。它具有热稳定性高,渗小量少,加工性能优异,对树脂的物理性能影响较小,不腐蚀等优点。由于溴含量较低(小于60%,能满足欧盟对阻燃电器材料的准人要求。添加溴代PC树脂25份作为材料阻燃剂时,材料的阻燃级别达到UL94 V一0级(厚度3.2 mm),LO1 30%。透明度较好,透光率为75%。添加38份溴代PC阻燃剂,LOI提高至32% ,透光率为60%,略呈雾状,必须控制好阻燃剂用量,否则会恶化材料的透明度。
2.2 力学性能
不同阻燃体系对PC材料力学性能的影响见表2。
表2 不同阻燃剂对PC力学性能的影响
Tab.2 Efect of different flame retardant systems Oil the mechanical properties of PC
性能指标 |
未添加阻燃剂 |
四溴双酚A/焦锑酸钠(5.0/2.0) |
四溴双酚A/焦锑酸钠/TTP(5.0/2.0/2.0) |
溴代PC(25份) |
溴代PC(38份) |
磺酸盐类阻燃体系(FR2025)(0.1份) |
悬臂梁冲击强度/(kJ.m2) |
65 |
18.9 |
26.5 |
25.6 |
17.6 |
60 |
拉伸强度/MPa |
76 |
41.6 |
50.2 |
55.0 |
53.2 |
76 |
热变形温度/℃(1.82MPa) |
128 |
110 |
104.2 |
112 |
108 |
121 |
2.2.1 四溴双酚A焦锑酸钠/1rPP阻燃体系
四溴双酚A/焦锑酸钠(按5.0:2.0配比)阻燃PC的缺口冲击强度为18.9 kJ/m2,增加2份TPP时,材料的冲击强度为26.5 1kJ/m2,冲击性能提高40%。这是因为TPP阻燃剂有增塑功效,使材料的流动性明显提高.极大改善PC的加工性能和阻燃剂在PC熔体分散效果,从而提高阻燃剂分子与树脂的缠结力,提高材料的强度。TPP阻燃剂的加入.对材料的热变形温度有负面影响.下降5—6℃ 。
2.2.2 溴代PC阻燃剂
以25份溴代PC树脂为阻燃剂的阻燃材料,阻燃级别为UL94 V一0级时材料的缺口冲击强度25.6 kJ/m ,溴代PC树脂阻燃体系材料的力学性能优于溴锑体系阻燃材料。因溴代PC树脂与PC的相容性较好,所以对阻燃材料力学性能影响小,加工工艺容易控制。添加38份溴代PC时,阻燃级别可以提高.LOI达到32,但会降低材料的强度,冲击强度降至17.6 kJ/m 。
2.2.3 磺酸盐阻燃剂
磺酸盐体系阻燃剂用于PC中,由于所添加份数很少,阻燃材料的力学性能基本未受影响,其阻燃材料的冲击强度为60 kJ/m 。对材料的热变形温度影响也不大。由于添加量极少,在大生产中需要制成阻燃剂母粒来添加使用,对加工工艺要求比较高,而且成本很高。
3 结论
(1)选用四溴双酚A与焦锑酸钠复合阻燃体系阻燃PC树脂,PC达到UL94 V一0级阻燃级,LOI 32% ,透光率达到80% ,阻燃PC具有较高的透明度和良好的力学性能。
(2)在四溴双酚A/焦锑酸钠阻燃体系中添加适当份数的TPP.有利于改善PC熔体的加工性,并可提高阻燃材料的悬臂梁缺口冲击强度,但对材料的透明度和热变形温度有负面影响,需酌情选用。
(3)从阻燃PC的成本结构看,四溴双酚A/锑焦酸钠体系性价比最高。
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