環(huán)保型阻燃ABS復(fù)合材料的制備與性能研究

王彥輝

(開封龍宇化工有限公司 ， 河南 開封　475200)

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環(huán)保型阻燃ABS復(fù)合材料的制備與性能研究

王彥輝

(開封龍宇化工有限公司 ， 河南 開封475200)

摘要：采用阻燃劑十溴二苯乙烷(DBDPE)和三氧化二銻(Sb2O3)、氫氧化鋁(Al(OH)3)、硅酮粉等協(xié)效阻燃劑以及抗滴落劑等環(huán)保阻燃體系熔融共混制備阻燃ABS復(fù)合材料，并對復(fù)合材料力學(xué)性能、熱性能和阻燃性能等進行分析與研究。研究表明，該環(huán)保阻燃體系對ABS材料具有良好的阻燃效果，使阻燃材料達到V-0級時DBDPE的最少添加量為8%；隨著DBDPE添加量的增加，復(fù)合材料的屈服應(yīng)力、10 mm對應(yīng)的彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度等力學(xué)強度性能均呈下降趨勢，而負荷熱變形溫度(1.8 MPa)有所提高；當(dāng)DBDPE添加量在6%時復(fù)合材料的彎曲模量最低、負荷熱變形溫度(1.8 MPa)最高，分別為2 306 MPa 和 75.2 ℃。

關(guān)鍵詞：丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物 ； 阻燃復(fù)合材料 ； 汽車輕量化

丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)樹脂是一種性能優(yōu)越的通用型熱塑性工程塑料，具有較高的沖擊強度、優(yōu)良的電絕緣性、良好的加工性能和化學(xué)穩(wěn)定性，易于模塑成型，制品富有光澤和較高的韌性，被廣泛應(yīng)用于家用電器、建筑材料、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。但其極限氧指數(shù)(LOI)僅為18% ，易燃，且燃燒時產(chǎn)生大量的濃煙和有毒氣體，各國對ABS的阻燃性能要求十分嚴(yán)苛，很多應(yīng)用領(lǐng)域需對其進行阻燃抑煙處理，大大限制了ABS的應(yīng)用。

汽車材料技術(shù)發(fā)展的主要方向是輕量化和環(huán)?；⑻岣呷加托?。隨著汽車輕量化應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，作為汽車材料的重要品種，車用工程塑料材料產(chǎn)值不斷增長，新型輕量化塑料材料的開發(fā)與應(yīng)用將繼續(xù)成為汽車材料的熱點。本文通過采用環(huán)保型阻燃劑十溴二苯乙烷(DBDPE)和三氧化二銻(Sb2O3)、氫氧化鋁(Al(OH)3)、硅酮粉等環(huán)保型協(xié)效阻燃劑以及抗滴落劑等制備環(huán)保型阻燃ABS復(fù)合材料，分析其實用效果及發(fā)展趨勢，著重開發(fā)一種新型輕量化塑料材料。

1實驗部分

1.1主要原料

ABS：PA-747，臺灣奇美實業(yè)股份有限公司；DBDPE：工業(yè)級，山東天一化學(xué)股份有限公司；Sb2O3：工業(yè)級，常州永武化工有限公司；Al(OH)3：工業(yè)級，濟南泰星精細化工有限公司；硅酮粉：HR-208，上虞市惠爾塑業(yè)有限公司；抗滴落劑：工業(yè)級，浙江衢州萬能達科技有限公司；潤滑劑：EBS，蘇州聯(lián)勝化學(xué)有限公司；抗氧劑：215，北京極易化工有限公司；分散劑：工業(yè)級，市售。

1.2主要儀器和設(shè)備

雙螺桿擠出機：LTE26-44型美國Lab Tech Inc公司；高速混合機：SHR-100A，張家港市鑫達塑料機械制造有限公司；射出成型機：80T型，奧地利ENGEL公司；模溫機：TCWP-200H型，上海恩德克機械有限公司；萬能材料試驗機：H25KS-0480型，美國Tinius Olsen公司；擺錘沖擊試驗機：IT503型，美國Tinius Olsen公司；試片缺口切割機：899型，美國Tinius Olsen公司；熱變形維卡軟化點試驗機：TMT-W30，珠海市三思泰捷電氣設(shè)備有限公司；熱重分析儀：TG209F3型，德國Netzsch公司；水平垂直燃燒性能試驗機：LFY-627型，山東紡織機械研究院。

1.3生產(chǎn)加工工藝

擠出條件：溫度范圍185～200 ℃；下料速度20 r/min；主螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min；切粒速度12 r/min。干燥條件：鼓風(fēng)干燥箱70～90 ℃干燥3～5 h。注塑條件：溫度180～210 ℃；注射速度45～60 mm/s；螺桿直徑33 mm；油溫40 ℃；模溫80 ℃；冷卻時間18～22 s；保壓時間15～22 s。

1.4性能測試依據(jù)

環(huán)境條件：標(biāo)準(zhǔn)測試樣條在恒溫恒濕箱存放48 h(溫度23 ℃，濕度50%±5%)。拉伸性能按GB/T 1040-2006測試(50 mm/min)；彎曲性能按GB/T 9341-2008測試(2 mm/min)；簡支梁沖擊強度按GB/T 1043-2008測試；負荷變形溫度按GB/T 1634-2004測試；燃燒性能的測定按GB/T 2408-2008測試(厚度3.2 mm)。

TG分析條件為：升溫速率20 ℃/min，溫度范圍25～900 ℃，氮氣(N2)氣氛；升溫速率20 ℃/min，恒溫300 ℃保持2 h，氮氣(N2)氣氛。

2結(jié)果與討論

2.1阻燃性能分析

阻燃ABS復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣條的垂直水平燃燒等級分析測試結(jié)果見表1。

表1　阻燃ABS復(fù)合材料燃燒性能

由表1可知，當(dāng)DBDPE質(zhì)量分數(shù)為6%時制備的阻燃ABS復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)樣條的垂直燃燒等級可以達到V-1。當(dāng)DBDPE質(zhì)量分數(shù)為8%以上時可以達到V-0?？梢奃BDPE為阻燃劑并添加相關(guān)協(xié)效劑制備的阻燃ABS復(fù)合材料要使阻燃材料達到V-0級的最少添加量為8%。

2.2力學(xué)性能分析

阻燃ABS復(fù)合材料力學(xué)強度和沖擊強度分析曲線圖如圖1-2所示。 阻燃ABS復(fù)合材料彈性模量分析曲線圖如圖3所示。

圖1　阻燃ABS復(fù)合材料力學(xué)強度分析曲線

圖2　阻燃ABS復(fù)合材料沖擊強度分析曲線

圖3　阻燃ABS復(fù)合材料彈性模量分析曲線

由圖1-3可知，純ABS的屈服應(yīng)力、10 mm對應(yīng)的彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度、拉伸模量、彎曲模量分別為44.4、60.7、41.0、2 173、2 351 MPa。隨著DBDPE添加量的增加，復(fù)合材料的屈服應(yīng)力、10 mm對應(yīng)的彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度都呈下降趨勢，其中簡支梁缺口沖擊強度呈急劇下降趨勢。當(dāng)阻燃劑添加量為8%時，復(fù)合材料的屈服應(yīng)力、10 mm對應(yīng)的彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度分別為38.3、59.1、15.9 MPa。

當(dāng)DBDPE添加量在6%時復(fù)合材料的彎曲模量最低為2 306 MPa；而阻燃復(fù)合材料的拉伸模量隨著DBDPE添加量的增加呈緩慢增長趨勢；當(dāng)DBDPE添加量為8%時，復(fù)合材料的拉伸模量、彎曲模量分別為2 236、2 319 MPa。

2.3熱學(xué)性能分析

2.3.1負荷熱變形溫度(1.8 MPa)

阻燃ABS復(fù)合材料負荷熱變形溫度(1.8 MPa)分析曲線如圖4所示。

圖4　阻燃ABS復(fù)合材料負荷熱變形溫度(1.8 MPa)分析曲線

由圖4可知，隨著DBDPE添加量增加復(fù)合材料的負荷熱變形溫度(1.8 MPa)有所提高，當(dāng)DBDPE添加量在6%時復(fù)合材料的負荷熱變形溫度(1.8 MPa)最高溫75.2 ℃，當(dāng)DBDPE添加量為8%時，復(fù)合材料的負荷熱變形溫度(1.8 MPa)為74.3 ℃。

2.3.2熱失重(TG)分析

根據(jù)實驗可知，ABS在360 ℃左右開始分解，在溫度低于390 ℃時的質(zhì)量變化率小于10%，材料相對穩(wěn)定；但當(dāng)溫度超過400 ℃后ABS開始劇烈分解，開至500 ℃左右時失重基本完全，殘?zhí)苛績H為2.02%。而加入8%含量DBDPE的阻燃ABS復(fù)合材料，雖然阻燃材料的起始分解溫度與起始分解時間有所提前，但材料的質(zhì)量變化速率明顯降低，分解溫度范圍明顯增寬，殘?zhí)苛坑晌醇覦BDPE阻燃體系的2.02%猛增至11.66%，這說明DBDPE阻燃體系的加入起到了顯著的阻燃效果。

隨著DBDPE含量的增加阻燃ABS復(fù)合材料的最大質(zhì)量變化速率出現(xiàn)的時間有所延遲，且隨著DBDPE含量的增加阻燃ABS復(fù)合材料的分解溫度范圍明顯增寬，這充分說明DBDPE的加入在一定程度上減緩了ABS的熱降解速度，提高了ABS材料在高溫條件下的熱穩(wěn)定性。阻燃ABS復(fù)合材料等比例失重所需溫度分析數(shù)據(jù)見表2。

表2　阻燃ABS復(fù)合材料等比例失重所需溫度分析數(shù)據(jù)

由表2可知，隨著DBDPE含量的增加阻燃ABS復(fù)合材料等比例失重所需溫度逐漸增高，阻燃ABS復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性也越好。

3結(jié)論

研究表明，以十溴二苯乙烷(DBDPE)為阻燃劑并添加相關(guān)協(xié)效劑組成的阻燃體系對ABS材料具有良好的阻燃效果，使阻燃材料達到V-0級時DBDPE的最少添加量為8%。隨著DBDPE添加量的增加，復(fù)合材料的屈服應(yīng)力、10 mm對應(yīng)的彎曲強度、簡支梁缺口沖擊強度等力學(xué)強度性能均呈下降趨勢，而負荷熱變形溫度(1.8 MPa)有所提高；當(dāng)DBDPE添加量在6%時復(fù)合材料的彎曲模量最低為2 306 MPa ，負荷熱變形溫度(1.8 MPa)最高溫度為75.2 ℃。隨著DBDPE含量的增加阻燃ABS復(fù)合材料的分解溫度范圍明顯增寬，等比例失重所需溫度逐漸增高，且最大質(zhì)量變化速率出現(xiàn)的時間有所延遲。

Preparation and Performance Research of Environmentally Friendly Flame-retardant ABS Composites

WANG Yanhui

(Kaifeng Longyu Chemical Co.Ltd ，Kaifeng475200 ， China)

Abstract:1,2-Bis(pentabromophenyl) ethane (DBDPE),antimony trioxide(Sb2O3),aluminum hydroxide (Al(OH)3),silicone powder and low resistance agent are used to blend with ABS,the compound material mechanics performance,thermal performance and flame retardant performance of the flame retardant ABS composite material are analysised and researched.Research shows that the green flame retardant system of ABS material has good flame retardant effect, the minimum level of DBDPE to make the flame retardant materials to V-0 is 8%;as DBDPE with the increase of adding amount of composite material the strength properties about yield stress and 10 mm of beam bending strength and notched impact strength of corresponding mechanical are declining,but the heat distortion temperature (1.8 MPa) increased,when DBDPE added at 6%,the bending modulus of the composites is the lowest and the load heat deformation temperature (1.8 MPa) is highest are respectively 2 306 MPa and 75.2 ℃.

Key words:ABS ; flame retardant composites ; automotive lightweighting

中圖分類號：TB332

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-3467(2016)03-0030-03

作者簡介：王彥輝(1988-)，男，助理工程師，從事高分子材料的改性研究與檢測表征工作，電話：15093275875。

收稿日期：2016-02-01