許肖麗，胡 爽，林倬仕，葉 文，尹 亮，李平陽

（上?；ぱ芯吭?精細(xì)化工研究所，上海 200062）

0 前言

聚碳酸酯（PC）是一種無定型、透明的熱塑性工程塑料，具有優(yōu)異的抗沖擊性能、透明性、尺寸穩(wěn)定性，還具有優(yōu)良的力學(xué)性能和電性能，廣泛應(yīng)用于電子電氣、建筑、包裝、醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸?shù)?，并迅速向航空、航天、?jì)算機(jī)等領(lǐng)域發(fā)展［1－5］。PC 的氧指數(shù)達(dá)26%左右，離火能自熄，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量黑煙，并伴有熔滴［6］，因此，必須進(jìn)行阻燃處理［7］。

筆者采用次磷酸鋁（AHP）和苯氧基環(huán)三磷腈（PCPZ）復(fù)配成膨脹型阻燃劑對PC 阻燃改性，并研究AHP與PCPZ的質(zhì)量比，以及阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PC阻燃性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

聚碳酸酯（PC）2200，日本出光；

苯氧基環(huán)三磷腈（PCPZ）自制；

次磷酸鋁（AHP）湖北天湖化工有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī) TSE－20型，南京瑞亞高聚物裝備有限公司；

塑料注射成型機(jī) 760K，寧波市金星塑料機(jī)械有限公司；

氧指數(shù)測定儀 JF－3型，南京江寧分析儀器廠；

水平／垂直燃燒測定儀 CZF－3型，南京江寧分析儀器廠；

微型燃燒量熱儀 MCC－2型，Govmark；

熱重分析儀 209F3型，德國Netzsch公司。

1.3 測試與表征

垂直燃燒測試 按照GB／T 2408－2008，在水平／垂直燃燒測定儀上測定垂直燃燒性能。樣條尺寸為100mm×40mm×3.2mm 和100mm×40 mm×1.6mm。

氧指數(shù)測試 按照GB／T 2406－2009，在氧指數(shù)測定儀上測量氧指數(shù)。樣條尺寸為100mm×10 mm×4mm。

微型燃燒量熱儀測試 升溫速率1℃／s，測試范圍：75～750 ℃，樣品質(zhì)量2～3mg。

熱重分析 氮?dú)夥?，升溫速?0℃／min，測試范圍 室溫至900 ℃，氣體流速20mL／min，樣品質(zhì)量10～12mg。

2 結(jié)果與討論

2.1 單組分阻燃PC

表1 給出了PCPZ和AHP改性PC 的阻燃性能。由表1可知：PCPZ的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%時(shí)，UL 94（1.6mm）無燃燒等級（NR）；AHP 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)也僅通過V－1 級；AHP 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，通過V－0級。對比可知：在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，PCPZ對PC的阻燃效果沒有AHP的好。

表1 單組分阻燃劑改性PC的阻燃性能

2.2 協(xié)效阻燃PC

表2 給出了阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，PCPZ和AHP以不同質(zhì)量比復(fù)配對PC 阻燃性能的影響。PCPZ 和AHP 的質(zhì)量比為1∶1時(shí)，阻燃PC通過UL 94（1.6 mm）V－0 級，說明PCPZ 和AHP的質(zhì)量比為1∶1時(shí)，阻燃效果最好。

表2 復(fù)配阻燃劑改性PC的阻燃性能

表3給出了PCPZ和AHP按1∶1的質(zhì)量比復(fù)配，協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對改性PC 的阻燃性能的影響。協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，阻燃PC的氧指數(shù)為35.5%，通過UL 94 V－0（1.6 mm），說明PCPZ 和AHP 復(fù)配后，兩者之間存在協(xié)效阻燃作用，提高了阻燃劑的阻燃效果。

表3 協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對改性PC的阻燃性能的影響

2.3 燃燒性能分析

圖1給出了阻燃PC 的熱釋放速率與溫度的關(guān)系曲線；微型量熱儀測試的數(shù)據(jù)，如表4 所示。純PC 2200的熱釋放速率為584J／g·K，熱釋放速率峰值為821.9 W／g，總熱釋放量為20.8kJ／g，點(diǎn)燃溫度（ignition temperature）為548.7℃。添加協(xié)效阻燃劑后，阻燃改性PC 材料的燃燒數(shù)值均有所降低，協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，熱釋放速率降至367J／g·K，降低了37.16%，熱釋放速率峰值為510.8 W／g，降低了37.85%，總熱釋放量為17.6kJ／g，降低了15.38%。熱釋放速率和總熱釋放量常用于評估火災(zāi)危害性。熱釋放速率的增加不僅會(huì)加快火災(zāi)的蔓延，而且會(huì)造成氧氣濃度的下降，導(dǎo)致材料的不完全燃燒，生成更多的煙氣；而總熱釋放量則決定火災(zāi)的大小及潛在的危害。從表4可知：添加了PCPZ和AHP 協(xié)效阻燃劑后，阻燃改性PC 材料的阻燃性能進(jìn)一步提高。這種變化可以解釋為：樣品在熱解燃燒過程中成炭量增加，在PC 材料表面形成膨脹炭層，阻礙了氧氣、可燃物和熱量的流通，發(fā)揮了保護(hù)層的作用，從而導(dǎo)致熱釋放速率的下降，提高了PC 的阻燃性能。

圖1 阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對阻燃PC的熱釋放速率與溫度的關(guān)系曲線

表4 協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對阻燃PC的燃燒性能

2.4 熱重分析

阻燃PC在N2中的熱重殘?zhí)柯?，如?所示。阻燃改性PC的熱降解過程分為三個(gè)階段：第一階段主要是阻燃劑的分解；然后是基體PC 材料的降解；最后是殘?zhí)康难趸到?。?00 ℃時(shí)，純PC的殘?zhí)柯手挥?.22%。隨著協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，阻燃PC的殘?zhí)柯室仓饾u增加。阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，殘?zhí)柯试黾拥?3.19%。這可能是因?yàn)樽枞紕┰谑軣釙r(shí)放出的三氧化硫使PC膨脹，并迅速分解而形成炭層，從而阻止熱量和氣體向材料內(nèi)部擴(kuò)散，減緩了PC 的分解，提高了材料的阻燃性。由表5可知：協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2.5%增加到7.5%時(shí)，殘?zhí)柯试黾泳徛?；但是?.5%增加到10.0%時(shí)，殘?zhí)柯拾l(fā)生突變。這和燃燒量熱測試數(shù)據(jù)一致，說明協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10.0%以上時(shí)，可以有效提高PC材料的阻燃性能，通過UL 94V－0級。

3 結(jié)語

（1）通過單組分阻燃劑改性PC 阻燃性能對比，AHP比PCPZ的阻燃效果更好。

表5 阻燃PC在N2中的熱重殘?zhí)柯?/p>

（2）將PCPZ和AHP按1∶1的質(zhì)量比復(fù)配，協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，阻燃PC 的氧指數(shù)為35.5%，通過UL 94V－0（1.6mm），說明復(fù)配后兩者之間存在協(xié)同阻燃作用，明顯提高PC 的阻燃性能。

（3）從微型量熱測試數(shù)據(jù)可知：復(fù)配阻燃改性PC材料的燃燒數(shù)值均有所降低。與純PC 2200的相比，協(xié)效阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，熱釋放速率降至367J／g·K，降低了37.16%，熱釋放速率峰值為510.8 W／g，降低了37.85%，總熱釋放量為17.6kJ／g，降低了15.38%。

（4）通過熱重分析，研究了協(xié)效阻燃PC 的熱重過程。添加阻燃劑后可以使PC 的熱分解延遲，殘?zhí)柯蕪?.22%增加到13.19%。

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