矿用阻燃抗静电塑料性能的研究

来源：塑胶五金网发布时间：2015-01-20 14:40:38点击率：

　　近年来,由于矿山安全事故的频发,矿用安全产品得以大规模使用,而矿用高分子材料制品需满足井下更加苛刻的阻燃抗静电要求,对于矿用阻燃抗静电高分子制品的研究也越来越多。塑料制品的阻燃抗静电功能都是通过加入阻燃剂(多为溴-锑体系或磷系)和抗静电剂(导电炭黑、有机抗静电剂等)实现的,但以往的研究[1-6]多通过大量的实验来确定阻燃剂和抗静电剂的配比,而对于两者的共同作用和相互之间的影响研究较少。本文选择了两种不同的基体材料PP和ABS,通过改变阻燃剂(溴-锑阻燃体系)和抗静电剂(导电炭黑)的含量,研究它们对矿用阻燃抗静电塑料性能的影响,以及两者间的相互影响。同时,使用偶联剂(KH-550)对共混物进行了处理以解决阻燃剂和抗静电剂(导电炭黑)在较高填充量下的分散问题。

　　1　实验部分

　　1·1　主要原料

　　PP: K7726,中石油北京燕山分公司; ABS:0215,中石油吉林石化公司;导电炭黑: YML-100,九江亚米特石化有限公司;偶联剂: KH-550,南京康普顿曙光有机硅化工有限公司;十溴联苯醚:山东天一化学有限公司;三氧化二锑(Sb2O3):云南木利锑业有限公司;硬脂酸钙:重庆长江扬帆化工有限公司;抗氧剂: 1010、168,瑞士汽巴精细化工有限公司。

　　1·2　主要仪器及设备

　　高速混合机: SHR-100型,张家港市亿利机械有限公司;同向双螺杆挤出机: TE-35,南京科亚化工装备有限公司;注塑机: SZ-90,广东东华机械有限公司; CMT4204型试验机、ZBC1000型悬臂梁冲击试验机、ZRZ1452型熔体流动速率仪:美特斯工业系统(中国)有限公司;绝缘电阻测试仪:YD2683型,常州市扬子电子有限公司;阻燃试验箱: CMK-1型,煤炭科学研究总院重庆研究院。

　　1·3　试样制备

　　将各种物料分别按表1配比称量后,经高速混合机混合均匀,然后在双螺杆挤出机上熔融共混,挤出造粒。PP挤出各段温度从加料口到机头依次为180、200、220、220、210℃; ABS挤出各段温度从加料口到机头依次为180、200、220、230、220℃;螺杆转速均为120 r/min,注塑机喷嘴控制在220℃,注射压力为65 MPa,成型周期为50s。将所得粒料在90℃干燥4 h,经注塑机注射成标准试样,以供性能测试使用。

　　1·4　性能测试

　　拉伸强度按GB/T1040·2—2006测试,拉伸速率50 mm/min;熔体质量流动速率(MFR)按GB/T3682—2000测试;悬臂梁冲击性能按GB/T 1843—2008测试;弯曲性能按GB/T 9341—2008测试;表面电阻按MT113—1995测试;阻燃性能按MT113—1995测试;扫描电镜(SEM)分析:将样品在液氮中脆断,经喷金后使用SEM观察断面变化。

　　2　结果与讨论

　　2·1　阻燃剂、抗静电剂和偶联剂对PP力学性能的影响

　　表2是PP样条的各项性能。根据表2,对比PP和PP-1可以发现,阻燃剂的加入,降低了PP的力学强度,如拉伸强度、弯曲强度等;同时也降低了PP的形变能力和加工性能,如断裂伸长率从95%降低到26%,MFR从24·5 g/10min下降到9·3 g/10min;对比PP-4和PP-6也有类似现象。其原因主要是由于十溴联苯醚本身强度较PP低,流动性也不如PP7726,所以添加到PP基体中,会明显降低PP的相关性能。

　　同时,对比PP-1和PP-2可以看出,加入KH-550可在一定程度上提高PP-1的力学强度和加工性能,这主要是由于KH-550含有氨基和三个可水解基团乙氧基,其中乙氧基先水解生成硅醇,由于硅醇不稳定,极易与无机物或金属表面的羟基结合脱水,从而与无机物或金属结合起来。氨基上带有两个活泼氢可以和各种聚合物发生反应,从而通过化学键将两种性质完全不同的材料紧密地结合起来。终使阻燃剂与基体材料结合力增强的同时,也使阻燃剂得到更好的分散。以上现象也可从PP-3和PP-4的对比以及PP-5和PP-6的对比中得到。

　　从PP和PP-3对比可以发现,导电炭黑的加入增强了PP的导电性能,同时也在一定程度上提高了PP的力学强度,如拉伸强度、弯曲强度等;但也降低了PP的形变能力和加工性能,如断裂伸长率,从95%降低到36%,MFR从24·5 g/10min下降到10·6 g/10min。这是因为炭黑作为抗静电剂的同时也是一种无机填料,所以添加到PP的基体中,会明显地增加PP的力学强度,同时也会降低PP的延展性和加工性能。

　　2·2　抗静电剂和偶联剂对PP阻燃性能的影响

　　根据表2,对比PP和PP-1可以发现,阻燃剂的引入,可以明显提高PP的阻燃性,这主要是源于阻燃剂燃烧时形成的气层隔绝了PP和氧气,从而达到阻燃的效果。对比PP-1和PP-2可以发现,偶联剂的引入,可进一步提高其阻燃效果,这主要是由于偶联剂的桥接作用所导致。对比PP-1和PP-5可以发现,抗静电剂炭黑的加入,有焰燃烧时间有一定的增加,主要是由于导电炭黑虽然导电能力很强,但本身易于燃烧,降低了材料的阻燃性能。

　　2·3　阻燃剂和偶联剂对PP抗静电性能的影响

　　根据表2,对比PP-3和PP-5可以发现,阻燃剂的加入,材料表面电阻从1·6×105Ω下降到5·7×104Ω,表明阻燃剂的添加对材料的抗静电性有一定的增强作用,这可能是由于阻燃剂中的三氧化二锑具有一定导电性能所致。对比PP-5和PP-6可以发现, KH-550的加入,对PP-5的抗静电性能几乎没有影响。

　　综上所述,阻燃剂的加入会削弱PP的力学性能和加工性能,但能在一定程度上提高其抗静电性能;KH-550的加入可在一定程度上提高PP的力学性能、加工性能和阻燃性能,但对静电性能没有影响;炭黑的加入虽然能增强PP的力学强度,但也降低了PP的形变能力、加工性能和阻燃性能。

　　2·4　阻燃剂、抗静电剂和偶联剂对ABS力学性能和其他性能的影响

　　为了验证以上现象或规律是否具有普适性,本文还选择了ABS基体材料来加以验证。实验测得的性能数据如表3所示。表3表明, ABS的力学性能、阻燃性能和电性能的变化规律和PP的基本一样。

　　3　结论

　　1)阻燃剂十溴联苯醚/Sb2O3的加入,会降低PP的力学性能和流动性能,但能在一定程度上提高抗静电性能。

　　2)偶联剂KH-550的加入,可在一定程度上提高PP的力学性能、加工流动性能和阻燃性能,但对静电性能没有影响。

　　3)抗静电剂导电炭黑的加入,虽然能增强PP的力学强度,但也降低了PP的形变能力、加工流动性能和阻燃性能。

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