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高灼热丝低烟无卤阻燃PP的研究

高灼热丝低烟无卤阻燃PP的研究:


��要:采用配比合适的酸源、碳源、气源复配的阻燃剂制的高阻燃性的无卤阻燃PP,通过灼热丝GWIT=850℃,并且改性后的产品水溶性有很大的提高。

    关键字:灼热丝,阻燃性,酸源,碳源,气源,热稳定性,****

    聚丙烯(PP)是一种无毒,价格低廉,用途广泛,机械性能优异的高分子聚合物,但是聚丙烯为易燃聚合物,无法满足在家电,电器中要求高阻燃、高灼热丝的要求,利用复配技术得到膨胀型阻燃剂,可以满足阻燃和灼热丝的要求。

    膨胀型阻燃剂一般是以P、C、N元素为核心部分的复合阻燃剂,通常由碳源(成炭剂),酸源(脱水剂),气源(膨胀剂)三部分组成。燃烧时各组分间发生化学反应生成多孔膨胀执迷的碳层,该碳层起到了隔热、隔氧、抑制烟雾、防止熔滴的作用,从而达到阻燃目的,膨胀型阻燃剂很早被广泛的用于防火涂料,将该阻燃剂用于塑料中是近20年的事情,由于国内合成技术的发展,克服了阻燃剂耐温低,分子量低,加工性差的缺点,使低烟无卤阻燃PP成为可能,并且成功应用于工业生产。

    1.实验部分

    1.1原材料

    PP:MFR=1.5-3.5g/10min均聚PPT300上海金山石化

    PP:MF=7-9g/10min共聚PPSP179齐鲁石化

    ****PER济南泰星化工

    IFR:自制阻燃剂

    抗氧剂1010雅宝

    抗氧剂168雅宝

    润滑剂硬脂酸锌

    双螺杆挤出机:SHJ-35南京科亚橡塑设备

    电子拉力试验机:台湾银驰仪器

    注塑机:精力机械80T

    简支梁冲击机:承德试验机

    熔体流动速率仪:上海彭浦制冷器有限公司

    灼热丝指数仪:珠海安规测试设备AG5113A

    密度仪:MATSUHAKUGP-300E

    1.2材料制备

    将T300,SP179,PERIFR等按照比例(配方比例见表一)均匀混合后在双螺杆挤出机按照170,180,180,180,185,185,185,190转速320RPM挤出,上述材料在注塑机中按照一区160,二区170,三区180,喷嘴180下注塑成型,按照ISO标准样条进行力学,热学进行检测,检测数据见表二

    表一:

 

成份 1 2 3 4 5
T300 65 60 55 55 50
SP179 20 20 20 20 20
PER 5 10 10 15 15
IFR 10 10 15 10 15
1010 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
168 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
ZNST 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

 

    表二:

 

性能 密度 MFR 拉伸强度 伸长率 弯曲强度 弯曲模量 简支梁缺口冲击 GWIT
1 1.012 2.5 25.8 60 35 1500 6.5 -
2 1.012 2.8 25.7 62 38 1540 6.5 700
3 1.013 3.1 25.8 55 40 1600 6.0 850
4 1.013 3.1 25.5 50 41 1640 6.15 750
5 1.014 3.5 24.5 45 38 1550 5.5 850
 

 

    2.结果讨论与用途

    2.1原理:膨胀型阻燃剂在受热时,成炭剂在脱水剂的作用下脱水成碳,碳化物在膨胀剂分解的气体的作用下形成蓬松发孔封闭结构的碳层。该碳层为无定形碳结构,其实质是碳的微晶,一旦形成其本身不燃,并可以阻止聚合物与热源间的热传导,降低聚合物的热解温度。另外,多孔碳层可以阻止气体的扩散,即阻止热解产生的气体扩散,同时阻止外部氧气扩散到未裂解聚合物表面,当燃烧得不到充分的氧气和热能时,燃烧的聚合物便会自熄。碳层形成的过程如下:

    1.较低的温度下酸源释放出无机酸

    2.在较高于释放酸的温度下发生酯化反应,体系中的胺可以作为酯化反应的催化剂

    3.体系在酯化反应过程中融化

    4.反应产生水蒸气和由气源产生的不燃性气体使PP材料发泡和温度降低,与此同时由于磷酸的存在使高聚物脱水炭化,形成无机物和炭残留物,且体系进一步膨胀发泡

    5.体系进一步固化,温度降低,隔绝空气,反应完成,形成多孔炭层。

    2.2结果:复配的IFR为含有酸源和气源的复合阻燃剂,PER:IFR=2:3使体系中酸源、碳源、气源达到*佳比例,形成*佳的阻燃效果。灼热丝检测时,由于测试的温度固定于一个数值,在阻燃体系中能够降低测试样品受热时的表面温度,并且灼热丝探头击穿样品的同时,形成致密的碳层阻止热量的继续传播,是通过GWIT测试的关键。

    2.3应用及用途:同溴系阻燃体系相比,此体系具有绿色环保,燃烧时无有毒气体,低烟,低密度的优点,在小家电外壳等产品中可完全替代溴系阻燃产品。

    2.4讨论:配方中SP179的加入改善了阻燃体系中阻燃剂对材料韧性的影响,在伸长率和简支梁缺口冲击强度上有所提高,复配的阻燃剂比市售阻燃剂有更好的可加工性和优异的耐温性能,在受热时能够显著降低材料的表面温度,形成致密的碳层。由于无卤膨胀型阻燃剂阻燃机理上的原因,此配方体系不适合含有矿物填料的配方,并且由于合成分子量较低,加工温度比溴系阻燃剂偏低。