ABS復(fù)合材料的阻燃及靜態(tài)力學(xué)性能研究

1、第23卷第1期2008年2月鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版JOURNAL OF ZHENGZHOU UN I V ERSITYOF L IGHT I N DUSTRY (Natural Science Vol . 23No . 1Feb . 2008 收稿日期:2007-06-13基金項目:河南省高校杰出科研人才創(chuàng)新工程資助項目(2003KYCX008作者簡介:閆銓釗(1964 , 男, 河南省靈寶市人, 鄭州輕工業(yè)學(xué)院講師, 主要研究方向:高分子復(fù)合材料.文章編號:1004-1478(2008 01-0031-03ABS 復(fù)合材料的阻燃及靜態(tài)力學(xué)性能研究閆銓釗1, 胡卉1, 馬億珠2, 李亞

2、東1, 張予東3, 李賓杰3(1. 鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院, 河南鄭州450002; 2. 國家建筑裝修材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心, 河南鄭州450004; 3. 河南大學(xué)特種功能材料重點實驗室, 河南開封475001摘要:以P VC, CPE, 納米Mg (OH 2和納米ZnSn O 3為阻燃劑對ABS 進(jìn)行改性, 結(jié)果表明, ABS 復(fù)合體系的最佳配方為:m (ABS m (P VC m (CPE m (納米Mg (OH 2 m (納米ZnSnO 3 =10060113. 52. 此時, 體系的拉伸強度為36. 39MPa, 缺口沖擊強度為34. 80kJ /m2, 氧指數(shù)為31. 5

3、%, 水平燃燒達(dá)到級, 垂直燃燒達(dá)到F V -0級, 而且燃燒過程中幾乎沒有黑煙產(chǎn)生, 復(fù)合體系綜合性能較佳.關(guān)鍵詞:ABS 復(fù)合材料; 納米Mg (OH 2; 納米ZnSnO 3; 阻燃性能中圖分類號:T B331文獻(xiàn)標(biāo)識碼:Ai g i ours and l properti es of ABS com positesY AN Quan 2zhao 1, HU Hui 1, MA Yi 2zhu 2, L I Ya 2dong 1, Z HANG Yu 2dong 3, L IB in 2jie3(1. College of M aterial and Che m. Eng . , Zhe

4、ngzhou U niv . of L ight Ind . , Zhengzhou 450002, China;2. N ational Center for Q uality Supervision and Inspection of B uilding D ecoration M aterials, Zhengzhou 450004, China; 3. Provincial Key L aboratory of Special Functional M aterials, Henan U niv . , Kaifeng 475001, China Abstract :P VC, CPE

5、, nano 2Mg (OH 2and nano 2ZnSn O 3were used t o modified ABS . The results showed that the best p rescri p ti on:m (ABS m (P VC m (CPE m (nano 2Mg (OH 2 m (nano 2ZnSnO 3 =10060113. 52. The tensile strength was 36. 39MPa, the notched i m pact strength was 34. 8kJ /m2, the oxy 2gen index was 31. 5%, l

6、evel firing ranked I, vertical firing ranked F V -0and al m ost there was no black s moke in the combusti on p r ocess . The comp rehensive perf or mance of compound syste m was better . Key words :ABS composites; nano 2Mg (OH 2; nano 2ZnSnO 3; fla me retarding0引言ABS 樹脂是1940年代開發(fā)的一種新型通用工程塑料, 具有絕緣性好、易

7、染色、表面硬度高、耐腐蝕性強、堅韌、耐低溫、沖擊性好、耐蠕變性好、尺寸穩(wěn)定性好、成型收縮率小、易于成型和機械加工等 鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版特點, 但其氧指數(shù)僅為18. 320, 故易燃, 且發(fā)煙量大, 燃燒時會放出大量有毒有害氣體(如HCN , CO 等 . 納米材料因其獨特的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性而表現(xiàn)出常規(guī)填料所不具備的優(yōu)異性能, 現(xiàn)已成為材料領(lǐng)域的研究熱點1-6.本文以聚氯乙烯(P VC , 氯化聚乙烯(PEC , 納米ZnSnO 3, 納米Mg (OH 2為阻燃劑, 采用熔融共混法制備了ABS 復(fù)合材料, 并對其阻燃性能及靜態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行研究, 以期解決AB

8、S 樹脂的易燃性問題. 1實驗1. 1材料ABS, 中國石油蘭州化工有限公司產(chǎn); P VC, 黑龍江齊化化工有限公司產(chǎn); 稀土穩(wěn)定劑, 南京惠恩實業(yè)公司產(chǎn); PEC, 含氯量35%, 山東濰坊化工廠產(chǎn); 納米Mg (OH 2, ZnSn O 3, 均為4060nm , 河南大學(xué)特種功能材料重點實驗室提供. 1. 2儀器GH 10型高速混合機, K Q218型超聲波分散儀, 產(chǎn); SK 1608; QLB D , ; HY W 型萬能制樣機, 河北省承德實驗機廠產(chǎn); XJJ 5型簡支梁沖擊試驗機, 承德金建檢驗儀器有限公司產(chǎn); HC 2型氧指數(shù)測定儀, 南京分析儀器廠產(chǎn); JCY 1型煙密度測定

9、儀, 承德金建檢驗儀器有限公司產(chǎn); C MT 6104型萬能電子拉力機, 深圳新三思計量技術(shù)有限公司產(chǎn). 1. 3操作過程將納米ZnSn O 3, 納米Mg (OH 2, P VC 及PEC 在適量的無水乙醇中用超聲波處理40m in 后, 與ABS 一起在烘箱中干燥4h, 溫度為8090; 再在雙輥筒煉塑機上塑煉, 然后拉片、模壓、制樣. 其中, 塑煉溫度為:前輥120130; 后輥110120. 塑煉時間510m in . 模壓溫度:上模板155165; 下模板145150. 模壓時間:預(yù)熱3m in, 壓制58m in . 其工藝流程見圖1.圖1復(fù)合材料制備工藝流程1. 4性能測試氧指數(shù)

10、按G B /T24061993測定; 煙密度按G B /T 86271999測定; G B 104079測定; 垂直燃燒按/1984G B /T24082結(jié)果與討論表1復(fù)合體系的阻燃效果及力學(xué)性能測定結(jié)果編號ABS P VC PEC納米Mg (OH 2納米ZnSn O 3氧指數(shù)/%煙密度等級最大煙密度拉伸強度/MPa缺口沖擊強度/(kJ m -2水平燃燒級別垂直燃燒級別空氣中發(fā)煙量1100000018. 781. 0810043. 7316. 00低于F V -2級黑煙很大21000321020. 773. 4195. 4336. 6517. 48低于F V -2級黑煙很大1007013612

11、33. 574. 7588. 2137. 4327. 89F V -0黑煙較小注:ABS, P VC, PEC, 納米Mg (OH 2, 納米ZnSn O 3用量均以份數(shù)計.采用均勻設(shè)計法7-8, 以P VC, 納米ZnSnO 3,PEC, 納米Mg (OH 2用量為考查因素, 對復(fù)合材料的阻燃效果和力學(xué)性能進(jìn)行測試, 結(jié)果見表1. 從中可以看出:配方6#, 7#, 8#的綜合力學(xué)性能和阻燃性能較好, 特別是8#的阻燃性能最好; 但是綜合力學(xué)性能, 尤其是缺口沖擊強度不如6#, 7#. 所以綜合考慮后選擇6#, 7#比較合適. 2#, 3#, 5#的阻燃效果和力學(xué)性能均不佳, 尤其是缺口沖擊強

12、度較差. 這可能是由于納米ZnSnO 3和納米Mg (OH 2兩者之間沒有232008年 閆銓釗等:ABS 復(fù)合材料的阻燃及靜態(tài)力學(xué)性能研究很好地協(xié)同作用, 當(dāng)含量過高時, 由于分散不好而造成團聚, 從而使體系的沖擊性能下降.利用SPSS 軟件分別對復(fù)合體系的缺口沖擊強度(y 1 , 拉伸強度(y 2 , 煙密度(y 3 , 氧指數(shù)(y 4 4項指標(biāo)進(jìn)行回歸分析, 各項指標(biāo)的回歸方程如下:y 1=17. 75+0. 226x 1+0. 957x 2-0. 031x 3-2. 774x 4y 2=41. 34+0. 034x 1-0. 198x 2-0. 203x 3-0. 536x 4y 3=

13、72. 72-0. 376x 1+1. 685x 2-0. 315x 3+0. 564x 4y 4=18. 67+0. 139x 1+0. 286x 2+0. 141x 3-0. 053x 4其中, x 1為P VC 含量, x 2為PEC 含量, x 3為納米Zn 2Sn O 3含量, x 4為納米Mg (OH 2含量.試驗的回歸方程與直觀分析結(jié)果基本一致. 通過直觀分析及各指標(biāo)的回歸分析, 在6#和7#配方的基礎(chǔ)上對復(fù)合材料的配比進(jìn)行了改進(jìn). 改進(jìn)后的配方為m (ABS m (P VC m (CPE m (納米Mg (OH 2 m (納米ZnSn O 3 =10060113. 52,此時體

14、系的缺口沖擊強度為34. 80kJ /m2, 拉伸強度為36. 39MPa, 氧指數(shù)為31. 5%, 水平燃燒達(dá)到級, 垂直燃燒達(dá)到F V -0級, 乎沒有黑煙產(chǎn)生, .3結(jié)論運用SPSS 軟件分析處理試驗數(shù)椐, 建立了無溴、阻燃ABS 復(fù)合體系的回歸方程, 確定變量間存在相關(guān)關(guān)系及它們之間合適的數(shù)學(xué)表達(dá)式. 通過直觀分析及各組分的回歸分析, 確定ABS 復(fù)合體系的最佳配方為:m (ABS m (P VC m (CPE m (納米Mg (OH 2 m (納米ZnSnO 3 =10060113. 52.此時體系的缺口沖擊強度為34. 80kJ /m2, 拉伸強度為36. 39MPa, 氧指數(shù)為3

15、1. 5%, 水平燃燒達(dá)到級, 垂直燃燒達(dá)到F V -0級, 而且在燃燒過程中幾乎沒有黑煙產(chǎn)生, 綜合性能較好. 參考文獻(xiàn):1夏英, 蹇錫高, 王繼紅, 等. ABS 熔融接枝丙烯酸及在無鹵阻燃ABS 中的應(yīng)用J .塑料工業(yè), 2005, 33(4 :57.2Fujii T, Okubo K, Yamashita N. Devel opment of high per 2f or mance ba mboo composite using m icr o fibrillated cellu 2l ose J .H igh Perf or mance Structures and Materials, 2004(3 :421.3李亞東, 李愛勤, 白寶豐, 等. 應(yīng)用均勻試驗設(shè)計研究ABS/PVC