高抗沖聚苯乙烯的阻燃研究

時(shí) 偉，崔文廣

(1.石家莊學(xué)院 科研處，河北 石家莊 050035；2.石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035)

高抗沖聚苯乙烯(HIPS)被廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車、家具和建筑等諸多領(lǐng)域，然而，HIPS極易著火燃燒，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來了潛在的威脅。隨著火災(zāi)安全日益受到重視和相關(guān)法規(guī)的不斷健全，人們對HIPS阻燃性能的要求也越來越高[1-2]。

與其他類型阻燃劑相比，含鹵有機(jī)阻燃劑雖然阻燃效果最好，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)死亡人群中80%以上是被含鹵化氫的有毒煙霧熏迷致死，直接被燒致死的只是少數(shù)，并且含鹵有機(jī)阻燃劑在分解過程中還會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。無機(jī)阻燃劑的阻燃效果雖然較差，但其具有熱穩(wěn)定性好、毒性低或無毒、不產(chǎn)生腐蝕氣體、在儲(chǔ)存過程中不揮發(fā)、不易析出、有持久阻燃效果等優(yōu)點(diǎn)，并且原料來源豐富、價(jià)格低廉，在解決大量易燃高聚物材料的阻燃以及低煙、低毒問題上，仍然是一種既簡單而又富有實(shí)效的方法[3-5]。本文研究了ATH、和紅磷母料對HIPS基復(fù)合材料阻燃性能和力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

HIPS：476L，揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯系列有限公司；ATH：市售；抗氧劑：1010，北京化工二廠；紅磷母料：磷含量40%，中藍(lán)晨光化工研究院工程塑料公司。

1.2 主要設(shè)備儀器

雙螺桿擠出機(jī)：TE-20型，南京科亞塑料機(jī)械公司；單螺桿擠出機(jī)：SJ-25型，北京塑料工業(yè)聯(lián)合開發(fā)公司；簡支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)：XJJ-5型，承德金建檢測儀器制造廠；萬能材料試驗(yàn)機(jī)：4706型，美國Instron公司；氧指數(shù)測定儀：HC-2型，南京江寧分析儀器廠；水平垂直燃燒測定儀：CZF-1型，南京江寧分析儀器廠。

1.3 復(fù)合材料的制備

把ATH、紅磷母料、HIPS和抗氧劑按一定比例充分混合后，在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，將所得粒料用單螺桿擠出機(jī)擠成樣條，然后按測試要求加工成型試樣。

1.4 性能測試

沖擊強(qiáng)度按GB/T1043-1993測試，拉伸強(qiáng)度按ASTM D638-81測試，氧指數(shù)按GB/T 2406-1993測試，垂直燃燒按GB/T 2408-1996測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 ATH對復(fù)合材料性能的影響

在HIPS中，如果單獨(dú)使用ATH，需要較大添加量(添加量大約為50%)才能使材料的阻燃性能達(dá)到要求，但添加量太大時(shí)材料的力學(xué)性能就會(huì)變得很差，所以本研究將其與紅磷母料復(fù)配對HIPS進(jìn)行阻燃，以降低ATH的用量。

保持紅磷母料用量不變，改變ATH的用量，制備出含不同量ATH的復(fù)合材料，考察其用量對復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果見表1和圖1。

表1 ATH對復(fù)合材料氧指數(shù)和垂直燃燒性能的影響Tab.1 Effect of ATH on vertical combustion grade and oxygen index

從表1可以看出，隨著ATH的加入，復(fù)合材料的氧指數(shù)不斷增加，當(dāng)ATH的添加量為20%時(shí)，復(fù)合材料的氧指數(shù)達(dá)到了26%。不添加ATH的復(fù)合材料通不過垂直燃燒的阻燃要求，添加量小于15%時(shí)，均通不過垂直燃燒的阻燃要求，添加量增大到15%后，垂直燃燒等級可以達(dá)到FV-1，添加量增大到20%后，垂直燃燒等級可以達(dá)到FV-0。由此可見，ATH與紅磷母料之間有很好的協(xié)效阻燃作用。

圖1 ATH對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響Fig.1 Effect of ATH on mechanical property

由圖1可知，隨著ATH用量的增大，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度不斷下降，ATH用量從0增加到20%時(shí)，沖擊強(qiáng)度從6.1kJ/m2下降到3.12 kJ/m2?？梢?，ATH的加入會(huì)使復(fù)合材料的韌性變差。從圖中還可以看出，ATH對復(fù)合材料有一定的增強(qiáng)作用，隨著其用量的增大，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度從29.346MPa增加到31.73MPa，大約增加了8%。

2.2 紅磷母料對復(fù)合材料性能的影響

紅磷比較適合應(yīng)用于含氧高聚物，而對聚烯烴的阻燃效果不太理想，必須與其它阻燃劑配合使用才能達(dá)到較好的阻燃效果。本實(shí)驗(yàn)用ATH作為紅磷的協(xié)效阻燃劑，取得了良好的效果。

保持ATH用量不變，改變紅磷母料的用量，考察其變化對復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果見表2和圖2。

表2 紅磷母料對復(fù)合材料氧指數(shù)和垂直燃燒性能的影響Fig.2 Effect of red phosphorus masterbatch on vertical combustion grade and oxygen index

由表2可知，隨著紅磷母料用量的增加，復(fù)合材料的氧指數(shù)不斷增加，當(dāng)紅磷母料用量為12%時(shí)，氧指數(shù)達(dá)到26.0，與未添加紅磷母料時(shí)的氧指數(shù)相比，增加了12.1%。復(fù)合材料的垂直燃燒等級隨著紅磷母料用量的增大有了明顯的提高，其用量為9%時(shí)，垂直燃燒可以達(dá)到FV-1，繼續(xù)增大其用量到12%時(shí)，垂直燃燒達(dá)到最高級FV-0。

從圖2可以看出，隨著紅磷母料用量的增大，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度不斷降低。紅磷母料添加量低于6%時(shí)，隨著其用量的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度下降較快，紅磷母料用量超過6%后，對沖擊強(qiáng)度的影響變小。隨著紅磷母料用量的增大，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度不斷增大，用量為9%時(shí)，達(dá)到最大，繼續(xù)增大用量時(shí)，拉伸強(qiáng)度急劇下降。

圖2 紅磷母料對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響Fig.2 Effect of red phosphorus masterbatch on mechanical property

3 結(jié)論

ATH和紅磷母料之間有很好的協(xié)效阻燃作用，配合使用可以使HIPS的垂直燃燒達(dá)到FV-0級，氧指數(shù)達(dá)到26.0，但是所得復(fù)合材料的韌性較差。

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(本文文獻(xiàn)格式：時(shí)偉，崔文廣.高抗沖聚苯乙烯的阻燃研究[J].山東化工，2018，47(02)：33-34.)