pepa6合金材料的阻燃體系研究

pepa6合金材料的阻燃體系研究

0薄膜和可燃整理材料exe是乳白色或淡黃色的高結(jié)晶聚合物，表面光滑有光澤。在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的力學(xué)性能,長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120℃,電絕緣性優(yōu)良,甚至在高溫高頻下,其電性能仍較好,但耐電暈性較差,抗蠕變性,耐疲勞性,耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都很好。PET主要用于纖維,少量用于薄膜和工程塑料。玻璃纖維增強(qiáng)PET適用于電子電氣和汽車行業(yè),用于各種線圈骨架、變壓器、電視機(jī)、錄音機(jī)零部件和外殼、汽車燈座、燈罩、白熱燈座、繼電器、曬整流器等。多年來對(duì)電子電器塑料材料或者塑料件的阻燃安全評(píng)價(jià)都以垂直燃燒的美國(guó)UL94為標(biāo)準(zhǔn)。但近年隨著家用電器在使用過程中因內(nèi)部塑料件著火而導(dǎo)致的火災(zāi)事件頻頻發(fā)生,歐盟國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)的另一種阻燃評(píng)價(jià)方法———灼熱絲阻燃測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(IEC60695)日益?zhèn)涫荜P(guān)注。按照IEC60695-2-12∶2000的標(biāo)準(zhǔn),灼熱絲時(shí)間小于30s即為合格。但是,近年來,海爾、美的等大型電子電器集團(tuán)對(duì)灼熱絲產(chǎn)品的要求不斷提高,灼熱絲時(shí)間要求小于2s,同時(shí),對(duì)力學(xué)性能要求也較為嚴(yán)格。本文選用3種阻燃體系研究高灼熱絲玻璃纖維增強(qiáng)阻燃PET/PA6合金材料,使其同時(shí)達(dá)到UL94V-0級(jí)別和灼熱絲750℃、2s不起燃的測(cè)試要求,并且具有良好的力學(xué)性能。1實(shí)驗(yàn)部分1.1增韌劑、阻燃劑PET,BG85,儀征化纖股份有限公司;PA6,1013B,日本宇部公司;增韌劑,KT-22,沈陽科通塑膠有限公司;阻燃劑,OP1312,科萊恩公司;阻燃劑,DBDPE,美國(guó)大湖公司;無機(jī)阻燃劑(氫氧化鋁),淄博懇特經(jīng)貿(mào)有限公司;玻璃纖維,988A,巨石集團(tuán)。1.2試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試儀器雙螺桿擠出機(jī),TE-35,南京科倍隆科亞公司;注塑機(jī),HJ500,寧波海晶塑機(jī)有限公司;沖擊試驗(yàn)機(jī),XJ-55,承德精密試驗(yàn)機(jī)有限公司;電子萬能試驗(yàn)機(jī),CMT4204,美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司;垂直燃燒測(cè)試儀,CZF-3,南京江寧分析測(cè)試儀器廠;灼熱絲試驗(yàn)機(jī),FZ-5010A,東莞市瀚陽電子儀器有限公司;鼓風(fēng)干燥機(jī),FB-3,上海申光儀器儀表有限公司;掃描電子顯微鏡(SEM),JSM-66380LV,日本JE-OL公司。1.3擠出機(jī)切粒凝聚將PET、PA6于130℃下干燥4h,按照PET∶PA6配比8∶2與其他助劑在高混機(jī)中混合均勻,然后經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出、切粒,其中玻璃纖維在第三加料段通過加纖孔加入,得到阻燃增強(qiáng)PET/PA6合金粒料;擠出機(jī)溫度設(shè)定為1區(qū)230℃,2~8區(qū)265℃,機(jī)頭為270℃;所得粒料烘干后在注塑機(jī)上注塑成標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試樣條,注射溫度為260~280℃,試樣成型后在溫度為(23±1)℃、濕度為(50±5)%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中放置24h后按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。1.4測(cè)試尺寸按GB/T1040—2006測(cè)試材料拉伸性能,樣品尺寸為80.0mm×10.0mm×4.0mm,測(cè)試速率為50mm/min;每組樣品測(cè)試5個(gè)樣條,取平均值;按GB/T1043.1—2008測(cè)試材料簡(jiǎn)支梁缺口沖擊性能,樣品尺寸為80.0mm×10.0mm×4.0mm,A型缺口,擺錘沖擊能量2.75J,每組樣品測(cè)試10個(gè)樣條,取平均值;按照GB/T2408—1996測(cè)試材料垂直燃燒性能,樣品尺寸為125.0mm×13.0mm×3.0mm,每組樣品測(cè)試10個(gè)樣條,取平均值;按照GB/T5169.11—2006測(cè)試材料灼熱絲性能,樣品尺寸為60.0mm×60.0mm×1.5mm;SEM分析:沖擊樣條用液氮冷凍5min后迅速脆斷,取斷面噴金,觀察其微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)。2結(jié)果與討論2.1dbdpe與無機(jī)阻燃劑的協(xié)同作用截至目前,溴系阻燃劑還是成本最低、效率最高的阻燃劑,其在分解時(shí)產(chǎn)生Br自由基,可以捕獲高分子材料分解時(shí)產(chǎn)生的自由基,從而延緩或抑制燃燒鏈的反應(yīng),同時(shí)釋放出溴化氫(HBr)氣體,覆蓋在材料表面,隔絕和稀釋氧氣濃度,從而達(dá)到阻燃效果。通過表1可知,DBDPE的含量在7%~13%范圍內(nèi)隨著添加量的逐漸增加,材料阻燃性能均可達(dá)到UL94V-0級(jí)別,灼熱絲時(shí)間也由18.5s縮短到5.3s,但是仍達(dá)不到灼熱絲時(shí)間小于2s的要求。通過表2可以看出,在DBDPE和磷酸酯類阻燃劑OP的協(xié)同作用下,灼熱絲效果明顯提升。首先,復(fù)合型阻燃劑分解產(chǎn)生的鹵元素與三氧化二銻反應(yīng),燃燒時(shí)所生成的三氧化銻、三溴化銻等鹵化銻的相對(duì)密度很大,覆蓋在聚合物表面,并且在氣態(tài)時(shí)也捕捉自由基。其次,鹵系與磷系阻燃劑也反應(yīng)生產(chǎn)了偏磷酸鹽,偏磷酸鹽起到了固相隔氧的作用,同時(shí)生成了密度較大的具有隔氧效果的鹵化磷等物質(zhì)。DBDPE與OP的比例分別為6%與3%時(shí),可以保證材料達(dá)到UL94V-0級(jí)別,同時(shí)灼熱絲延燃時(shí)間為0s,并且,在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)灼熱絲效果穩(wěn)定,但是材料略微變色。金屬氫氧化物作為阻燃劑的阻燃機(jī)理:首先,金屬氫氧化物比高聚物的熱容高,分解前就可以吸收大量的熱;同時(shí)分解產(chǎn)生大量的水蒸汽,稀釋可燃性氣體,起到阻燃作用;其次,分解后產(chǎn)生的金屬氧化物熔點(diǎn)高,熱穩(wěn)定好,覆蓋于燃燒物表面阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射,起到阻燃作用;再次,此類阻燃劑還可以把高聚物分解產(chǎn)生的CO轉(zhuǎn)化成CO2,減少有毒可燃性氣體的密度。通過表3可以看出,在DBDPE與無機(jī)阻燃劑協(xié)效作用下,DBDPE與無機(jī)阻燃劑分別添加9%和4%時(shí),材料的灼熱絲效果同樣可以達(dá)到750℃不起燃。由表1~3可知,阻燃劑DBDPE與磷酸酯類OP阻燃劑按照6%與3%的比例進(jìn)行復(fù)配時(shí),在增強(qiáng)PET/PA6合金中灼熱絲效果較好,并性能可以得到保證。2.2阻燃pa6技術(shù)灼熱絲阻燃機(jī)理是通過產(chǎn)品的快速成炭,以及通過阻燃劑的燃燒迅速帶走產(chǎn)生的熱量,以此來達(dá)到阻止其延燃現(xiàn)象的產(chǎn)生,因此體系的溫度要達(dá)到一定程度,使阻燃劑有效分解,才能順利把熱量帶走。PET作為單一的基料生產(chǎn)高灼熱絲產(chǎn)品穩(wěn)定性較差,而筆者選用低黏PA6與PET熔融共混,使得材料在255~270℃可以方便的加工成型,有很好的工藝適應(yīng)性、穩(wěn)定性與重現(xiàn)性,能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜模具以及產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)。灼熱絲燃燒效果如圖1所示,從圖中可以看出,添加PA6之后灼熱絲燃燒孔洞及燃燒火焰有明顯改善。通過在PET中添加第二組分PA6作為炭源,加速材料在受熱起燃后的成速率,促使材料灼熱絲不起燃和起燃后快速熄滅,同時(shí),在燃燒過程中,PA6受熱放出CO2、NH3、N2和H2O,其中的酰胺基團(tuán)(—Cue5caONH—)上的氫與溴發(fā)生化學(xué)反應(yīng),可以更好地提高灼熱絲效果。并且,PA6與玻纖之間具有良好的親和性,可以減少由于添加阻燃劑而造成的材料性能損失。2.3增韌不同視角下的相作用機(jī)理阻燃劑、PET以及PA6存在著不相容性,需要添加助劑來提高其材料的相容性。KT-22是一種反應(yīng)型增容增韌劑,可增加PET的抗沖擊性能并改善PET的加工性能,本試驗(yàn)選取DBDPE、磷酸酯(OP)阻燃劑體系作為研究對(duì)象,利用KT-22來進(jìn)行體系的增容增韌,結(jié)果如圖2所示。從圖2(a)可以看出,玻璃纖維表面光滑,和材料之間結(jié)合力差,受到破壞時(shí),玻璃纖維很容易從合金材料中拔出,沖擊能量的吸收小,因此材料的沖擊性能差。從圖2(b)可以看出,增韌相容劑與PA6中的端基反應(yīng)形成共聚物存在于兩相界面,使界面粘接力增加,兩相間張力減小,界面粘接力提高。圖中玻璃纖維表面吸附有較多的樹脂點(diǎn),這是由于相容劑中可以和玻璃纖維發(fā)生反應(yīng),提高合金樹脂與玻璃纖維的結(jié)合力。由圖3可知,隨著增韌劑相容劑的添加,體系的沖擊強(qiáng)度隨添加量的增加而提高,由于相容劑的分子中存在環(huán)氧官能團(tuán),PET分子的端基為羥基和羧基,因此當(dāng)這兩種高分子在熔融狀態(tài)下開始接觸時(shí)就能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并在兩相的界面處產(chǎn)生甲基丙烯酸縮水甘油酯(PET-g-GMA)大分子相容劑,從而提高了界面作用力,也使得相容劑能很好的分散在PET基體中。增韌劑的添加要考慮對(duì)其阻燃效果的影響,當(dāng)增容增韌劑的比例添加到7%時(shí),仍能保證阻燃等級(jí)達(dá)到UL94V-0級(jí)別、灼熱絲同樣達(dá)到750℃低于2s的要求,添加到8%時(shí),阻燃級(jí)別降到UL94V-2級(jí)別。3試驗(yàn)阻燃涂層高灼熱絲PET/PA6現(xiàn)為幾家大型電子電器公司所用,客戶對(duì)材料的要求:(1)阻燃性好,達(dá)到UL94V-0級(jí)別,并且灼熱絲試驗(yàn)引燃時(shí)間低于2s;(2)力學(xué)性能較好;(3)符合ROHs環(huán)保要求。本文研制的高灼熱絲PET/PA6合金材料力學(xué)性能高,垂直燃燒達(dá)到UL94V-0級(jí)別,灼熱絲試驗(yàn)不起燃,符合客戶提出的使用要求。4阻燃及加熱絲對(duì)比(1)DBDPE與OP、無機(jī)阻燃劑復(fù)配使用對(duì)PET/PA6合金體系的阻燃、灼熱絲效果良好,均可以達(dá)到要求;DBDPE