PVC-ACS合金的耐候阻燃與抗靜電性能

謝 濱 邱琪浩

（寧波鎮(zhèn)洋新材料有限公司，浙江 寧波315204）

ACS樹脂一般是指丙烯腈（AN）、氯化聚乙烯（CPE）、苯乙烯（St）的三元共聚物，即由AN和St接枝到CPE的主鏈上而形成的接枝聚合物[1]。由于采用耐老化的CPE代替了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）中的受光熱作用易氧化老化的聚丁二烯組分，所以其耐候性、阻燃性、抗靜電性能較ABS優(yōu)異[2-4]。以聚氯乙烯（PVC樹脂）、ACS樹脂為基材，通過熔融共混技術(shù)制備的PVC-ACS合金，兼有PVC樹脂優(yōu)良的阻燃性能、常溫力學(xué)性能、耐腐蝕性和耐候性，以及ACS樹脂的耐老化、抗沖擊的優(yōu)點，性價比高，有阻燃、耐沖擊等品種，可在多個領(lǐng)域部分代替ABS樹脂以及ACS樹脂加工制件，主要用于制作兼具阻燃、耐候等多重功能要求，戶外使用的工程塑料制品或阻燃抗靜電塑料制品，特別適用于機電產(chǎn)品及儀器儀表的外殼及零件，是一種發(fā)展前景良好的工程塑料合金。日本早在20世紀(jì)70年代便已開始PVC-ACS合金的開發(fā)研究，并有系列產(chǎn)品投入市場[5-6]。國內(nèi)目前尚無大規(guī)模生產(chǎn)PVC-ACS合金的廠家，相關(guān)開發(fā)研究也幾乎空白，因此，PVCACS合金的工業(yè)化成為國內(nèi)熱點。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

PVC，SG5型；ACS，通用級，橡膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，自制；ABS，GP22；丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯橡膠共聚物（ASA），GE7020；潤滑劑、抗氧劑等助劑，抗靜電母粒，工業(yè)級，市售。

1.2 設(shè)備儀器

AK-36型雙螺桿擠出機，AX-10型高速混合機，AG5100型水平垂直燃燒試驗儀，CEAST3367型萬能試驗機，CEAST9045型擺錘沖擊試驗機，QSUN氙燈試驗箱。

1.3 材料制備

將PVC、苯乙烯系樹脂分別置于80℃烘箱中熱風(fēng)干燥2 h，然后按配比與熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、抗氧劑加入到高速混合機1 000 r/min混合15min，由雙螺桿擠出機塑化擠出成型。將粒料置于80℃烘箱中烘干2 h，然后按照標(biāo)準(zhǔn)制成注塑樣條。

1.4 性能測試

氙燈人工氣候老化試驗按GB/T 16422.2—1999進行測試（輻照度0.35 W/m2（340 nm），黑板溫度（65±3）℃，光照、冷凝周期108、12 min，無黑暗周期），阻燃等級測試按照GB/T 2408—2008測試，表面電阻率按GB/T 1410—2006測試[7-9]。

2 PVC-ACS合金性能

2.1 耐候性能

通用系樹脂，比如ABS、高沖擊強度苯乙烯（HIPS）通常含有丁二烯乳膠，聚丁二烯橡膠含不飽和碳碳雙鍵，受紫外光（UV）輻照后容易斷鍵，耐候性較差，添加UV吸收劑后方可滿足戶外使用需求。為了滿足使下游產(chǎn)業(yè)使用需求，采用耐候性橡膠代替聚丁二烯橡膠制成的高分子材料應(yīng)運而生，如ASA、丙烯腈-三元乙丙橡膠-苯乙烯三元共聚物（AES）和ACS，即使未經(jīng)耐老化處理，其耐老化性能也可達(dá)到主流耐候ABS的水平。筆者將自制的PVC-苯乙烯系樹脂合金進行氙燈老化實驗，其結(jié)果見表1。

表1 多種苯乙烯系樹脂及合金人工老化性能對比Tab 1 Artificial aging performance comparison of various styrene resin and alloy

從表1可見，經(jīng)PVC改性后，ABS、ACS的耐候性均有不同程度的提高。PVC-ACS合金的耐候性大大優(yōu)于PVC-ABS合金，基本與ASA持平。ABS、PVC-ABS不耐氙燈老化，人工老化1 000 h后，沖擊強度損失超過50%，而PVC-ACS則下降19%，后期基本恒定不變，依然維持在很高的水平。這主要是ABS中的聚丁二烯橡膠含不飽和碳碳雙鍵，受紫外光輻照后容易斷鍵，耐候性較差，長期暴露于戶外易引起力學(xué)強度大幅下降。而ACS由于采用耐老化的CPE代替ABS中的聚丁二烯橡膠，其耐候性能較ABS優(yōu)異。CPE橡膠分子鏈近視飽和，不飽和碳碳雙鍵，分子鏈結(jié)構(gòu)中無明顯弱鍵，可以承受紫外線的照射從而使得制件的力學(xué)性能不會迅速下降[10]。

上述5種材料具有相似的物理特性，用途也多有重疊和交叉，由于PVC-ACS合金耐候性能與ASA樹脂整體相當(dāng)，具有更加優(yōu)異的性價比，因此應(yīng)用領(lǐng)域更寬。

2.2 阻燃性能

ACS樹脂由于引入了CPE橡膠，分子鏈上含有一定數(shù)量的鹵素基團，具備一定的阻燃效果[11-13]。通過共混阻燃性能優(yōu)異的PVC，PVC-ACS合金的阻燃性能將有大幅提高。為了驗證其阻燃效果，將PVCACS、PVC/ABS等進行阻燃性對比實驗，其結(jié)果如表2所示。

從表2可見，幾種阻燃級樹脂比較，PVC-ACS合金阻燃性能最優(yōu)。由于ACS樹脂中的橡膠成分CPE含有氯，其本身就具有一定的阻燃性，因此相同配比的PVC-ACS合金阻燃性能明顯優(yōu)于PVCABS合金。通常，阻燃ABS及PVC-ABS合金需要加入一定量聚四氟乙烯（PTFE）以防止燃燒過程中發(fā)生火焰滴落現(xiàn)象[14-15]。但加入PTFE會使樹脂物性下降，生產(chǎn)成本上升，而PVC-ACS合金本身燃燒無滴落，無須加入PTFE，性價比更優(yōu)。

表2 垂直燃燒實驗結(jié)果Tab 2 Experimental results of vertical combustion

2.3 抗靜電性能

為了防火安全，對合成樹脂特別是用來制備電器外殼的材料，除要求具有阻燃性外，對火源之一的靜電也有特殊要求。為此，ABS樹脂及合金配方中通常加入一定量抗靜電劑，但抗靜電劑的加入會造成其他性能的下降。ACS表面的電荷泄漏速度比ABS樹脂大，在不使用抗靜電劑的情況下，也不會因為靜電而吸附塵埃，帶電而造成的污染很小。幾種樹脂體系表面電阻率ρs見表3。

表3 各樹脂體系表面電阻率Tab 3 The surface resistivity of resin system

表3表明，ACS樹脂及合金的抗靜電性要優(yōu)于ABS樹脂及合金，根據(jù)ACS樹脂內(nèi)CPE種類及含量的不同，PVC-ACS合金表面電阻率一般比PVCABS合金的低1～2個數(shù)量級，添加1～3份抗靜電母粒，PVC-ACS合金的表面電阻率即可降至10～103 MΩ，滿足抗靜電要求，特別適用于精密電子儀器以及電器產(chǎn)品外殼。

3 結(jié)論

1）PVC-ACS合金的耐候性能、阻燃性能和抗靜電性能均優(yōu)于PVC-ABS合金。

2）當(dāng)PVC、苯乙烯系樹脂質(zhì)量比為1:1時，PVC-ACS合金氙燈老化3 000 h后的缺口沖擊強度保留率大于70%，與ASA樹脂相當(dāng)。

3）PVC-ACS合金體系中鹵素含量高，阻燃等級達(dá)到1.6mmV0，可滿足阻燃領(lǐng)域使用要求。

4）PVC-ACS合金極性相對較高，表面電阻率可達(dá)到106 MΩ，添加少量抗靜電母粒，其表面電阻率可大幅下降，可滿足抗靜電要求。

基于此開發(fā)的阻燃抗靜電PVC-ACS合金已成功應(yīng)用于低壓電器開關(guān)面板、220 V插座等小功率電器外殼。

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