材料性能与应用低溴阻燃ABS材料的力学性能和阻燃性能

ABS的阻燃十分重要,我国早已开展了ABS阻燃的研究〔1〕。ABS常用的阻燃剂有十溴联苯醚(DBD2PO)、八溴联苯醚(OBDPO)、1,2-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)乙烷(BTPAE)、四溴双酚A(TBBPA)、Saytex8010(美国乙基公司新产品,尚未公开结构式)及De2choranePlus等。在阻燃ABS材料中阻燃剂的加入百分比通常在10%～20%之间,因此阻燃ABS材料的价格较高。本实验采用的阻燃剂是十溴联苯醚和三氧化二锑混合体系,并用偶联剂处理,得到具有较好的物理—机械性能和阻燃性能的材料。1　实验部分111原料与试剂ABS(757),MI=215g/min(200℃,5kg负荷),台湾奇美股份有限公司;ABS(BASF967),美国BASF公司;十溴联苯醚(DBDPO),美国大孚公司;三氧化二锑(Sb2O3112试样的制备本实验分别采用了母料法和一次共混法制备ABS阻燃材料。11211　母料法将十溴联苯醚和三氧化二锑于110℃左右的鼓风烘箱中干燥3～4h,ABS于80℃左右的烘箱中干燥3～4h。干燥的十溴联苯醚和三氧化二锑经偶联剂处理后,与ABS(BASF967)在双辊筒混炼机上混合制备阻燃母料,温度为160±5℃,混合时间为10min。将阻燃母料与ABS树脂(奇美757)在双辊筒混炼机上混炼10min,混炼温度为160±5℃,制得阻燃ABS试样。11212　一次共混法直接将经偶联剂处理后的十溴联苯醚/三氧化二锑与ABS(奇美757)在双辊筒混炼机上混炼10min,混炼温度为160±5℃。113性能测试(1)拉伸试验;按GB1040—79标准,采用Ⅲ型试样,在Instron—4302型拉伸试验机上进行,拉伸速度为50mm/min。(2)冲击试验:按GB/T(征求意见稿)塑料悬臂梁冲击试验方法进行。(3)燃烧速度的测试:采用GB2408—80塑料燃烧性能试验方法水平燃烧法。(4)氧指数的测量:在ATLASLOIChamer氧指数仪上按ASTMD2863-77标准进行测定。2　结果与讨论211阻燃剂含量对材料力学性能的影响图1是未经偶联剂处理时,阻燃剂含量(以溴的百分含量表示)对材料拉伸强度和冲击强度的影响示意图。随阻燃剂含量的增加拉伸和冲击强度下降。图1　阻燃剂含量对材料力学性能的影响212偶联剂对材料力学性能的影响图2　偶联剂对材料力学性能的影响Fig2EffectofcouplingagentsonmechanicalproperliesofABS曲线1-ABS-0;曲线2-ABS-P图中:ABS-0表示未用偶联剂处理,采用母料法制备的试样ABS-P表示用磷酸酯偶联剂处理,采用母料法制备的试样从图2可以看出偶联剂的加入使材料的力学性能得到提高。213制备方法对材料力学性能的影响图3是制备方法对材料冲击强度的影响。图3　制备方法对材料冲击强度的影响Fig3EffectofpreparingmethodsonimpactstrengthofABS曲线1-ABS-Y;曲线2-ABS-M图中:ABS-Y—用一次共混法制备的试样(阻燃剂经磷酸酯处理)ABS-M—用母料法制备的试样(阻燃剂经磷酸酯处理)由图3可以看出用母料法加工制成的试样的冲击强度明显高于一次共混法加工的试样。214阻燃性能21411　水平燃烧法测燃烧速度(GB2408-80)由表1可以看出,添加的阻燃剂越多,材料的燃烧速度越慢。当阻燃剂的含量达到一定程度(溴含比达10%左右)后,材料就不能在空气中燃烧了。此外还可以看出由母料法加工制得的试样(ABS-P、ABS-Si、ABS2Ti)要比一次共混法加工的试样(ABS-L)的燃烧速度慢一些。阻燃材料中含溴比大于4%时,阻燃性能可达UL-94HB标准(38mm/min)。表1　阻燃ABS的水平燃烧速度/mm·min-1Tab1Horizontalburningrateofflame2retardantABS(mm·min-1)材料含溴比%ABS-LABS-PABS-SiABS-Ti2431736104117371543512341133211321436261626163281832510382413322133161132413310所有溴含量达到10%的试样都点不燃表中:3表示在这组试样中有未燃至第二标线就熄灭的21412　氧指数的测定(ASTMD2867-77)随着阻燃剂含量(含溴比)的增加,材料的燃烧变得困难,其氧指数也随之增高。表2为阻燃ABS的氧指数测试结果。表2　阻燃ABS的氧指数Tab2Oxygenindexofflame2refardantABS材料的含溴比,%ABS-SiABS-P220204212162221822221023233　结论(1)随阻燃剂含量增加,ABS的力学性能(拉伸强度和冲击强度)下降,其中冲击强度下降得较明显;而ABS的燃烧速度变慢,氧指数升高。(2)阻燃剂经偶联剂处理后,可以使其在ABS树脂中分散得更均匀,从而改善材料的力学性能和阻燃性能,可以减少阻燃剂用量。(3)采用母料法加工,同样可以使阻燃剂分散得更均匀,在一定程度上改善材料的力学性能和阻燃性能。再经过滤器除去油、水、尘埃后,进入由二个填充碳分子筛的吸附塔组成的变压吸附(PSA)分离系统,当压缩空气由进口端进入吸附塔后,空气中的氧、二氧化碳和水份被吸附剂选择吸附,不吸附组分(主要为氮)则从吸附塔出口端流出,进入缓冲罐供使用。之后,经均压和减压,脱除所吸附的杂质组分,完成吸附剂的再生。二个吸附塔交替操作,连续送入原料空气,连续产出氮气,整个循环周期为2min。3PSA制氮技术在交联电缆生产线中的应用情况311　装置情况因交联电缆生产的特殊要求,氮气的使用压力在112～116MPa,而且氮气瞬时用气量较大,我们配合设计了容积为6m3压力为310MPa的中压贮罐,以平衡用气波动。根据用户生产线的数量和投产情况来配置中压贮罐的数量。图4　氮气供应站流程示意图Fig4FlowschemeofN2supplystation11空气压缩机;21PSA制氮组件;31增压机;41过滤器;51中压贮罐;61压力调节系统312PSA制氮装置简介31211　压缩空气预处理碳分子筛对油的吸附是不能用减压方法再生的,因此油在吸附剂内的积累将导致碳分子筛的失活、失效。对油的精密过滤是至关重要的,上海化工研究院经多年的探索,已开发出专用的精密除油器,可保证碳分子筛正常使用寿命10年以上。31212　吸附塔设计独特的混装技术,省却了压缩空气的预先干燥处理,使流程更为简单。吸附塔内构件的独特设计,保证了碳分子筛在高速气流下不粉碎,无需定期补充313　推广应用情况早在1986年,上海化工研究院就为昆明电缆厂提供一套20Nm3/h的制氮装置用于交联电缆生产线,使用至今已10多年。进入90年代后,碳分子筛制氮技术推广20多家电缆生产企业用于干法交联生产线,气量从10Nm3/h～50Nm3/h不等。如常州市武进电缆厂,杭州中赤电缆厂,杭州万马电缆有限公司,山东曲阜电缆厂,江西上饶电缆厂等,许多用户已使用四、五年以上,较好地满足了交联电缆生产线的要求。4结论PSA制氮技术装置在交联电缆生产线中的实际运行表明,该技术工艺先进,自动化程度高,适应交联电缆生产线的氮气需求,解决了氮气自我生产供应的问题,而且投资见交快,基本能在一年左右即收回投资。PSA制氮技术作为成熟的工程技术,除电缆行业外,可广泛应用于化工、治金、食品等需惰性气体保护、置换、压料等工艺过程的场合。QXHIqxh