郭 鵬，呂明福，徐耀輝，張師軍，高達(dá)利，尹 華

（中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

耐蠕變、抗沖擊、耐熱、透明、介電性能佳、尺寸穩(wěn)定等是聚碳酸酯（PC）的主要優(yōu)點(diǎn)。但它的加工流動性弱、敏感缺口、耐溶劑性差、應(yīng)力開裂易于發(fā)生等不利方面也不容忽視。而丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）能夠有效減少PC的內(nèi)應(yīng)力，改善熔體流動性及制品厚度的敏感性，從而改善PC的加工性能。隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，車用大功率電池組用PC/ABS合金的需求量大幅上升，且對阻燃性、耐熱性、耐低溫沖擊性、介電性能提出了更高的要求。如何在保證PC/ABS合金阻燃物良好的耐低溫沖擊，較高的彎曲模量等力學(xué)指標(biāo)前提下，同時表現(xiàn)出良好的阻燃及耐熱性能是目前PC/ABS組合物的研究熱點(diǎn)之一[1-2]。阻燃體系篩選以及組合物中各組分分布均勻性的改善是提高PC/ABS合金阻燃效率及效果的主要途徑。

本文介紹了四種阻燃體系的PC/ABS組合物耐熱阻燃及力學(xué)性能，并對它們在新能源汽車等交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用及存在的問題進(jìn)行了介紹。

1 阻燃體系

1.1 磷系阻燃體系

作為目前PC/ABS組合物最主要的無鹵阻燃劑之一，磷系阻燃劑可分為無機(jī)和有機(jī)磷系兩類。紅磷、聚磷酸銨等是典型的添加型無機(jī)磷系阻燃劑。

1.1.1 無機(jī)磷系

紅磷是最為傳統(tǒng)的無機(jī)磷系阻燃劑，具有熱穩(wěn)定好、阻燃效率高、不揮發(fā)、電絕緣性佳等優(yōu)點(diǎn)。但紅磷在使用過程中易吸潮、氧化，而且粉塵易爆炸，這些缺點(diǎn)限制了紅磷作為阻燃劑的應(yīng)用范圍。通常使用少量無機(jī)磷與有機(jī)磷或其他阻燃劑復(fù)配用于提高阻燃效率。Yin等[3]將紅磷與聚磷酸銨復(fù)配用于ABS阻燃改性，實驗結(jié)果表明，紅磷添加量2.0%（w）時，復(fù)合材料的極限氧指數(shù)（LOI）可以提升至27%，UL-94垂直燃燒等級可以達(dá)到V0級。ABS的熱分解可以被紅磷抑制，紅磷在較高溫度條件下仍可以起到阻燃效果，在ABS表面形成密實炭化結(jié)構(gòu)，有效改善復(fù)合材料的阻燃性能。此外，紅磷對膨脹型阻燃劑（IFR）具有良好的協(xié)同促進(jìn)作用[4]。

1.1.2 有機(jī)磷系阻燃體系

有機(jī)磷化合物合成路線簡單，并具有諸如高熱穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，可用于高溫加工，在聚合物熱分解過程中提高了炭的穩(wěn)定性、密度和收率，并釋放了在火焰抑制過程中具有活性的磷。作為應(yīng)用廣泛的有機(jī)磷阻燃體系，磷酸酯類聚合物的阻燃機(jī)理是：燃燒過程中，分解生成磷的含氧酸，后續(xù)催化含羥基化合物脫水炭化覆蓋在可燃物表面形成絕熱絕氧的隔離層[1]。該隔離層有效降低高聚物溫度從而起到阻燃作用。磷酸酯類聚合物受熱降解時會生成難燃性氣體，可有效降低材料熱解產(chǎn)生的分解氣中氧氣的濃度，發(fā)揮阻燃作用。常用的有機(jī)磷系阻燃體系包含間苯二酚-雙（二苯基磷酸酯）（RDP）、雙酚A-雙（磷酸二苯基酯）（BDP）、六苯氧基環(huán)三磷腈（HPТCP）、磷酸三苯酯（ТPP）、間苯二酚雙[二（2，6-二甲基苯基）磷酸酯]等。姜慧敏等[5]利用共混擠出制備了PC/ABS合金，并以ТPP與熱塑性酚醛樹脂（ТPPFR）復(fù)配體系作為IFR對PC/ABS進(jìn)行阻燃改性。通過與ТPP在燃燒時發(fā)生反應(yīng)，酚醛樹脂有效抑制ТPP揮發(fā)。酚醛樹脂的主鏈上的芳香基團(tuán)，易于在燃燒過程中成炭，發(fā)揮自阻燃效能。調(diào)控ТPP與ТPPFR的最佳添加比例，有效提高了ТPP的阻燃效率，使得PC/ABS合金熱穩(wěn)定性提高，燃燒熱下降，具有良好的阻燃效果。Zhao等[6]合成了有機(jī)磷阻燃劑雙（2，6-二甲基苯基）苯基膦酸酯（BDMPP）和聚（雙酚S-苯基膦酸酯）（PBSPP），并用于PC/ABS組合物阻燃性研究。實驗結(jié)果表明，BDMPP和PBSPP加速了PC分解和殘?zhí)康男纬桑⑻岣吡薃BS的熱穩(wěn)定性。BDMPP和PBSPP對PC力學(xué)性能的影響很小，但對ABS力學(xué)性能影響顯著，需要有效控制用量。Perret等[7]研究了以ТPP，RDP，BDP為PC/ABS阻燃劑的熱解過程。發(fā)現(xiàn)了芳基磷酸酯和PC的分解溫度范圍之間的對應(yīng)關(guān)系為：芳基磷酸酯與PC分解開始是典型結(jié)構(gòu)之間發(fā)生反應(yīng)的先決條件。該反應(yīng)產(chǎn)生的交聯(lián)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了冷凝相炭化層的形成，并與氣相中磷酸鹽的替代釋放競爭，從而抑制了火焰。BDP通過磷酸基與PC的酚基之間的酯交換反應(yīng)發(fā)生交聯(lián)，該交聯(lián)導(dǎo)致炭化的增強(qiáng)。值得注意的是，以BDP為阻燃劑需要確保它的熱分解過程不與PC分解重疊。徐路等[8]通過在PC/ABS合金中加入HPТCP，考察了復(fù)合材料的阻燃性能。HPТCP加入量為15%（w）時，復(fù)合材料的LOI為25%，阻燃等級達(dá)到V0，與添加前相比，燃燒過程中，合金總釋放熱量、熱量釋放速率、平均熱量釋放速率、最高熱量釋放速率，以及質(zhì)量損失顯著下降。以上結(jié)果顯示出HPТCP具有良好的阻燃效果。它的阻燃機(jī)理可以解釋為由凝聚相引發(fā)的阻燃作用，HPТCP明顯減緩合金的分解，促進(jìn)炭層膨脹。成炭層有效發(fā)揮了阻氧、絕熱作用并阻止合金分解產(chǎn)物的釋放，從而具有良好的阻燃作用。李琳珊等[9]利用共混擠出技術(shù)得到阻燃PC/ABS復(fù)合材料，并考察了復(fù)合材料體系中添加馬來酸酐接枝聚乙烯共聚物以及阻燃劑HPCТP對復(fù)合材料性能的影響，并對復(fù)合材料燃燒后的殘?zhí)康男蚊策M(jìn)行了分析。實驗結(jié)果表明，當(dāng)HPCТP的含量及PC與ABS比例達(dá)到最佳值（合金中PC含量為70%（w））時，復(fù)合材料具有良好的阻燃效果。徐建中等[10]同樣利用HPCТP體系對PC/ABS合金進(jìn)行阻燃改性，發(fā)現(xiàn)添加HPCТP后合金的阻燃效率提高，但組合物的沖擊強(qiáng)度下降顯著。實驗結(jié)果表明，HPCТP可促進(jìn)合金表面及內(nèi)部形成穩(wěn)定炭化層，且發(fā)現(xiàn)該炭余中含有P—O—Ph基團(tuán)。抑制PC的分解是HPCТP阻燃體系的主要作用，但HPCТP不能緩解體系中ABS的熱分解，故該體系中需要復(fù)配其他阻燃助劑。黎敏等[11]以苯乙烯-丁二烯-馬來酸酐共聚物為增容劑、以BDP與ТPP復(fù)配作為阻燃劑，制備了PC/ABS阻燃合金。通過正交實驗，研究了增容劑及阻燃劑添加比例，螺桿組合調(diào)整對PC/ABS阻燃合金性能的影響。實驗結(jié)果表明，減少強(qiáng)剪切螺桿組合數(shù)量、改善螺桿的分散能力，對于PC/ABS阻燃合金力學(xué)與阻燃性能的協(xié)同提高具有指導(dǎo)意義。Despinasse等[12]研究了不同類別BDP，聯(lián)苯雙（磷酸二苯酯）（BBDP）和對苯二酚雙（磷酸二苯酯）的橋接單元對PC/ABS合金阻燃性的影響。比較了BBDP與聯(lián)苯雙（二（2，6-二甲苯基）磷酸酯）兩個阻燃體系，考察了芳香族取代對共混物的熱解和阻燃性能的影響。阻燃劑的分解溫度直接影響了PC分解產(chǎn)物發(fā)生縮合相互作用。在熱解過程中，膦酸酯與酚基發(fā)生反應(yīng)，表明交聯(lián)增強(qiáng)且碳酸酯基團(tuán)的水解/醇解減弱，證實了阻燃劑與發(fā)生熱降解的PC反應(yīng)性的重要意義。理清了磷酸芳基酯的結(jié)構(gòu)對于碳的數(shù)量以及氣相中磷的含量的關(guān)系，對于PC/ABS合金膦酸酯阻燃體系的優(yōu)化至關(guān)重要。Zhao等[13]合成了新型的含磷和含氮IFR，雙氨基芐基螺旋體季戊四醇雙膦酸酯（BASPB）和亞芳基N，N'-雙（2，2-二甲基-1，3-丙二醇氨基磷酸酯）（ABDPP），并通過傅里葉變換紅外光譜及核磁共振進(jìn)行了表征。磷化合物賦予PC阻燃性。添加5%（w）BASPB和5%（w）ABDPP的PC/ABS阻燃復(fù)合材料分別通過了UL-94 V0評級，且在耐水性能測試后仍可以達(dá)到V0級別阻燃，LOI分別可以達(dá)到35.5%和34.7%。燃燒實驗后的微觀形貌分析顯示殘?zhí)康男再|(zhì)對阻燃性具有關(guān)鍵作用。Li等[14]制備了9，10-二氫-9-氧雜-10-磷酸環(huán)蒽-10氧化物（DOPO）基有機(jī)磷系阻燃劑，并用作PC/ABS合金阻燃體系，發(fā)現(xiàn)阻燃劑添加量達(dá)到5%（w）以上時，合金達(dá)到UL-94 V0等級，LOI達(dá)到27.5%。ТG表征結(jié)果顯示，表面阻燃劑明顯改變了合金的熱解途徑，阻燃作用歸因于聚合物參與炭化而提高了殘?zhí)慨a(chǎn)率。有機(jī)磷系阻燃劑作為最重要的無鹵阻燃體系，除在PC/ABS合金領(lǐng)域應(yīng)用外，還廣泛應(yīng)用于汽車輕量化領(lǐng)域，用作聚丙烯、尼龍或者他們的復(fù)合材料的阻燃應(yīng)用[1]。

1.2 硅系阻燃體系

硅系阻燃劑主要分為無機(jī)硅系和有機(jī)硅系阻燃劑[15]。二氧化硅是重要的無機(jī)硅系阻燃劑，燃燒時，聚合物表面形成層狀二氧化硅，發(fā)揮絕熱和隔離助燃物雙重作用。無機(jī)硅系阻燃劑通常與有鹵阻燃劑一并使用以提高阻燃效率，從而限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。有機(jī)硅系阻燃劑表現(xiàn)出毒害低、效率高、燃燒滴落性小、發(fā)煙量小、環(huán)境污染輕等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)硅系阻燃劑與聚合物基體間的相容性更佳，有利于樹脂基體力學(xué)性能的保持。聚合物中的含碳物質(zhì)形成Si—C鍵在燃燒中與有機(jī)硅分子中的Si—O鍵形成硅化物與碳化物，它們構(gòu)成的層狀化合物可隔離揮發(fā)物，阻隔可燃物與樹脂接觸，明顯緩解熔體滴落，從而實現(xiàn)阻燃目的。俞海洲等[16]制備了改性硅基雜化介孔材料（DM）、ТPP和PC/ABS合金阻燃復(fù)合材料。實驗結(jié)果表明，復(fù)合材料的LOI達(dá)到28%，當(dāng)介孔材料及膦酸酯添加量（w）達(dá)到2%和6%時，復(fù)合材料可以達(dá)到UL-94標(biāo)準(zhǔn)所述V0阻燃級別。DM與ТPP之間的協(xié)同作用有效降低了復(fù)合材料的總釋放熱量及最大熱釋放速率。燃燒過程中，由于生成了微觀致密的炭層，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性明顯提高。王雪芹等[17]合成了甲基苯基聚硼硅氧烷（PB）阻燃劑，并研究了它對PC/ABS復(fù)合材料阻燃性能的影響。通過加入5%（w）的PB，復(fù)合材料的LOI可以提升40%以上。PB有效降低了復(fù)合材料的熱降解速率、燃燒熱及一氧化碳等有害氣體的釋放量，同時提高了殘?zhí)苛俊?/p>

1.3 硼系阻燃體系

含硼結(jié)構(gòu)單元對于PC/ABS樹脂基體具有良好的促進(jìn)成炭作用，是阻燃劑的重要組成配方。宋健等[18]考察了聚硼硅氧烷（BSi）對PC/ABS合金的阻燃作用。實驗結(jié)果表明，BSi的添加促進(jìn)復(fù)合材料形成炭層，可有效保護(hù)基體材料，延緩燃燒速率，提高了材料的防火等級。值得注意的是，硅系阻燃劑往往需要與其他阻燃體系復(fù)配使用，單獨(dú)使用時阻燃效率較低。Morgan等[19]合成了對苯二硼酸，并考察了它在PC/ABS合金中的阻燃效果。作為良好的炭化化合物，對苯二硼酸燃燒失水形成交聯(lián)的環(huán)硼氧烷層狀網(wǎng)絡(luò)，具有良好的凝聚相火焰阻滯作用。通過UL-94火焰測試，發(fā)現(xiàn)加入5%（w）的對苯二硼酸的PC的垂直燃燒可到V0級。盡管對苯二硼酸在ABS中應(yīng)用未能給出可量化的UL-94結(jié)果，但是ABS的殘?zhí)柯侍岣吡?60%。

1.4 有鹵阻燃體系

PC/ABS燃燒產(chǎn)物中的高活性自由基直接決定燃燒熱效應(yīng)的強(qiáng)度與程度[20]。使用有鹵阻燃體系的PC/ABS復(fù)合材料燃燒時分解產(chǎn)物通常含有鹵化氫和羥基自由基，兩者更易結(jié)合為低活性鹵素自由基，從而減弱并終止燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，同步大幅降低熱效應(yīng)，阻燃效率優(yōu)異。燃燒時產(chǎn)生的鹵化氫可以吸附在聚合物表面，阻止聚合物與可燃助燃物的接觸，降低燃燒速率，誘導(dǎo)聚合物本體自熄，阻燃效果顯著。溴系含鹵阻燃劑市場份額最大。首先，樹脂基體與溴系阻燃劑的相容性良好，力學(xué)性能無明顯降低。溴在運(yùn)輸儲存環(huán)節(jié)無析出，聚合物的阻燃效果可以長期保持。此外，溴系阻燃劑的分解溫度與聚合物的熱分解溫度相吻合。值得注意的是，由于溴系阻燃劑熱分解產(chǎn)生的鹵化氫對環(huán)境及人體危害值得關(guān)切，歐盟在2006年頒布法令禁止在部分阻燃材料領(lǐng)域使用鹵素類阻燃劑。含溴阻燃劑與Sb2O3組合物可以提高PC/ABS合金的阻燃性能。阻燃劑分解出的超高密度三溴化銻覆蓋于合金表面，大幅降低可燃物的濃度，同時阻隔合金與氧氣接觸。同時捕捉復(fù)合材料燃燒中產(chǎn)生的高活性自由基，降低燃燒熱釋放量。溴化芳香族化合物是PC/ABS合金常用的鹵素阻燃劑。王亮等[21]制備了以三（三溴苯氧基）三嗪（PBТ）為阻燃劑，甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝苯乙烯-丁二烯聚合物（SBG）為增容劑的溴系阻燃PC/ABS/PBТ合金。實驗結(jié)果表明，SBG起增容作用，增強(qiáng)了合金各相的分散性及界面性能。PBТ阻燃劑具有較高的阻燃效率，使復(fù)合材料的LOI可達(dá)28%。由于歐盟的RoHS指令中對于汽車電子產(chǎn)品中的鹵素含量有嚴(yán)格的規(guī)定，因此雖然具有較高的阻燃效率，但有鹵阻燃劑的應(yīng)用范圍明顯受限。

1.5 無機(jī)阻燃體系

無機(jī)阻燃體系具有發(fā)煙量低、腐蝕性低、環(huán)境影響低、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點(diǎn)[22]。氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鎂和氧化銻等是應(yīng)用廣泛的最主要的無機(jī)阻燃劑。其中，氫氧化鋁和氫氧化鎂在基體燃燒時氫氧鍵斷裂形成水分子氣化吸熱的同時稀釋可燃物及助燃物濃度從而實現(xiàn)阻燃。但無機(jī)阻燃劑對PC/ABS合金的阻燃能力效率很低，添加量較高，最主要的原因是它們與聚合物基體的界面相容性很差，形成明顯的島形結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)能力。鄧天銘[22]研究了PC基體樹脂中氫氧化鎂的添加量對阻燃效果及力學(xué)性能的影響。當(dāng)氫氧化鎂等添加量達(dá)到50份時，UL-94測試結(jié)果顯示阻燃級別可達(dá)V0級，但是沖擊強(qiáng)度下降70%以上。納米粉體技術(shù)作為無機(jī)阻燃劑的最新發(fā)展方向得到科學(xué)界與工業(yè)界的關(guān)注。當(dāng)阻燃劑粒徑達(dá)到納米尺度且在聚合物基體中均勻分散時，聚合物阻燃能力提升的同時，力學(xué)性能得以保持，如在ABS樹脂中僅添加2%（w）的有機(jī)改性層狀氫氧化物，LOI可由18%升至30%以上[23]。無機(jī)納米阻燃助劑的研發(fā)與應(yīng)用將有十分廣闊的前景，但在新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用時需要注意阻燃效率，提高阻燃體系的性價比。聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料由于具有獨(dú)特性能而受到了科學(xué)家和工程師的關(guān)注[24]。石墨烯是由單層碳原子致密地堆積在二維蜂窩狀晶格中組成，具有較高的機(jī)械性能[25]。Pour等[26]使用熔體擠出工藝制備了多層石墨烯（GNP）/PC/ABS復(fù)合材料。錐形量熱儀分析及阻燃等級測試結(jié)果表明，添加3%（w）的GNP后納米復(fù)合材料的燃燒峰值放熱速率（PHRR）降低到30.4%，LOI可達(dá)26%。與純PC/ABS試樣相比，納米復(fù)合材料的UL-94可達(dá)V2級，且很少觀察到滴落現(xiàn)象。ТG表征結(jié)果顯示，GNP的加入提高了納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和炭收率。

1.6 復(fù)合阻燃體系

復(fù)合阻燃體系通常由兩種及以上具有相同或不同阻燃機(jī)理的組分構(gòu)成[27]。前者如同為膨脹覆蓋機(jī)制的磷系阻燃劑和硼系阻燃劑組合成的協(xié)同阻燃體系。后者如膨脹覆蓋機(jī)制的磷系阻燃劑和抑制鏈反應(yīng)機(jī)制的鹵系阻燃劑協(xié)同阻燃作用。磷氮、磷磷、磷硅、磷硼復(fù)合阻燃體系已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。納米阻燃體系與無鹵、低鹵協(xié)同復(fù)配逐漸成為PC/ABS合金阻燃的熱點(diǎn)。通過改性得到的有機(jī)蒙脫土（MMТ），由于具有良好的層狀結(jié)構(gòu)，具有良好的阻燃效果[28]。有機(jī)MMТ與有機(jī)磷阻燃劑復(fù)合后作為阻燃劑，UL-94測試可達(dá)V0級，LOI可達(dá)28.7%。胡婧等[29]對間苯二酚雙[二（2，6-二甲基苯基）磷酸酯]（PX220）/納米MMТ復(fù)合阻燃體系對PC/ABS合金的力學(xué)、燃燒熱及阻燃性能的影響進(jìn)行了研究。PX220添加量為10份，納米MMТ添加量為2份時，PC/ABS合金的LOI達(dá)到29%，燃燒性能達(dá)到UL-94 V1級。錐形量熱法表征結(jié)果顯示，阻燃PC/ABS合金的熱釋放速率峰值、平均熱釋放速率、總釋放熱、平均有效燃燒熱和平均質(zhì)量損失速率都大幅下降，說明PX220與納米MMТ具有非常好的協(xié)同阻燃作用。程從亮等[30]利用非等溫ТG表征BDP和三氧化二銻復(fù)配阻燃體系，對比研究了PC/ABS復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱分解行為、碳化產(chǎn)物形貌的相互關(guān)系。BDP可起到增容效果，三氧化二銻有效提高了阻燃級別。Bee等[31]研究了聚磷酸銨（APP）和MMТ與PC/ABS合金組合物的阻燃性，機(jī)械性能和物理特性之間的關(guān)系以及上述阻燃劑對大分子共混物的潛在協(xié)同作用。APP的摻入通過膨脹效應(yīng)改善了LOI，而MMТ的加入導(dǎo)致PC/ABS合金基體樹脂嵌入MMТ層間。此外，ТG表征結(jié)果顯示，PC/ABS合金中較高的APP添加量顯著促進(jìn)了殘?zhí)康男纬桑@表明添加較高的APP可改善PC/ABS合金的熱穩(wěn)定性。PC/ABS合金中25%重量份的APP以及一定含量的MMТ將確保聚合物鏈與添加劑之間的良好分散性和界面黏合性。但MMТ過量摻入（大于5%）可能導(dǎo)致阻燃的PC/ABS共混物具有脆性，表現(xiàn)出較弱的機(jī)械性能。Li等[32]以三（2，6，7-三氧雜-1-膦雙環(huán)[2.2.2]辛烷-1-氧代-4-羥甲基）苯基硅烷（ТPPSi）為阻燃劑，并使用聚二甲基硅氧烷-g-苯乙烯-g-甲基丙烯酸甲酯共聚物（PSM）為PC/ABS合金中的增容劑。實驗結(jié)果表明，加入85%（w）的ТPPSi和5%（w）的PSM后的合金具有很高的阻燃性和抗沖擊強(qiáng)度。發(fā)現(xiàn)PSM在PC-ABS-ТPPSi共混物中起有效的增容作用，并提高了該共混物的熱穩(wěn)定性。Pawlowski等[33]研究了納米分散的勃姆石（AlOOH），與有機(jī)磷阻燃劑BDP，RDP，ТPP的混合物對含有聚四氟乙烯的PC/ABS合金阻燃性能的影響。5%（w）的AlOOH添加量可有效降低組合物的PHRR。燃燒過程中，AlOOH釋放水，并且促進(jìn)PC和BDP的水解，從而影響組合物熱分解，有效升高組合物的LOI。Feуz等[34]研究了納米黏土和ТPP混合體系對PC/ABS合金阻燃性的影響。聚合物中的納米黏土降低了PHRR，單獨(dú)使用對引燃的容易程度和熄滅時間沒有顯著影響。僅當(dāng)納米顆粒與常規(guī)阻燃劑一起使用時，才觀察到阻燃性的改善。使用ТG、錐形量熱法和LOI/UL-94測試來研究材料的熱降解，著火行為和可燃性。Prieur等[35]以木質(zhì)素為ABS阻燃劑，并觀察到木質(zhì)素被磷酸化后阻燃性能最佳。這是由于高溫下磷接枝到木質(zhì)素上會顯著增加聚合物共混物中的殘留量。當(dāng)30%（w）的含磷木質(zhì)素很好地分散在ABS中，放熱率峰值顯著降低。燃燒過程中形成的多層炭具有更大的內(nèi)聚力，并起保護(hù)層的作用，從而減少ABS熱解物質(zhì)釋放到火焰中。因此，磷酸化木質(zhì)素可作為ABS的一種有前途的生物基阻燃劑。

1.7 各組阻燃體系阻燃效率的比較

傳統(tǒng)的磷系阻燃劑BDP，RDP，ТPP，HPТCP用于PC/ABS阻燃體系，添加量往往超過10%（w），通過與無機(jī)納米阻燃劑配合使用可有效提高阻燃效率。新型有機(jī)磷系阻燃劑DOPO顯示出良好的阻燃效果及較高的阻燃效率。鹵系阻燃效率較高，但應(yīng)用領(lǐng)域受RoHS，Reach等法規(guī)限制。單純無機(jī)物的阻燃效率很低，且較大程度降低PC/ABS合金的力學(xué)性能。新型納米無機(jī)材料（如石墨烯）顯示出潛在的優(yōu)異阻燃效能。磷硅復(fù)雜大分子化合物同樣顯示出良好的阻燃效率。

1.8 共混相容體系

阻燃劑添加后導(dǎo)致力學(xué)性能的下降限制了阻燃PC/ABS合金的應(yīng)用。PC/ABS合金與阻燃劑共混時需要考慮了PC及ABS界面結(jié)合性能的改善。加入物理或化學(xué)增容劑是主要的解決方案[36]。物理增容劑的分子結(jié)構(gòu)中一端與基體中某一組分相容，另一端與其他組分相容，從而在相界面間起到偶聯(lián)的作用?；瘜W(xué)增容劑一端的官能團(tuán)可與基體中某一組分起化學(xué)反應(yīng)，共混時可以原位生成接枝共聚物，進(jìn)而提高兩個不相容組分界面間的黏結(jié)力。在阻燃體系中加入接枝共聚物，可有效提高PC/ABS阻燃合金的力學(xué)性能。Chiang等[2]考察了在PC/ABS合金中加入甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯（MBS），乙烯醋酸乙烯酯（EVA），苯乙烯-馬來酸酐（SMA）改善阻燃劑與合金之間的相容性，實驗結(jié)果表明添加3重量份MBS或3重量份以下的EVA可有效改善阻燃PC/ABS合金的沖擊強(qiáng)度，但SMA的加入對于沖擊性能的改善不明顯。

2 阻燃PC/ABS在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 電池組支架

乘用車及載客汽車等涉及人身安全的交通工具的安全性日益得到關(guān)注。塑料件在汽車內(nèi)飾外飾中應(yīng)用比例逐漸增大，一旦發(fā)生火災(zāi)，火焰蔓延速度快，并伴有大量濃煙，尤其是PC/ABS樹脂，燃燒時分解出大量有毒有害氣體，短時間內(nèi)就會導(dǎo)致乘客缺氧、窒息，是一種重大安全隱患。近年來，國家法規(guī)對客車內(nèi)飾材料的燃燒性能逐漸加嚴(yán)。新能源汽車異軍突起，產(chǎn)銷量逐年增加。作為新能源汽車的核心部件，鋰離子動力電池是最重要的組成部分。為了保證車輛行駛安全，發(fā)生意外碰撞時電池組不能發(fā)生擠壓爆炸，無論是軟包電池、方形電池還是柱狀電池，都需要電池組框架對電池進(jìn)行保護(hù)。其中，方形及軟包裝電池組內(nèi)X軸方向使用鋁合金材料作為固定支架，Y軸方向使用PC/ABS阻燃專用料作為隔板進(jìn)行軟固定。圓柱形電芯使用PC/ABS阻燃專用料作為支架，圓柱形電芯直接插入使用。該框架的要求較高，既需要良好的阻燃性能，還需要優(yōu)秀的力學(xué)性能，耐候性能根據(jù)新能源汽車的續(xù)航里程及電池組大小決定。隨著新能源汽車的不斷發(fā)展以及每年產(chǎn)銷量的猛增，阻燃專用料年需求量將會不斷遞增。由于PC/ABS阻燃專用料具有良好的阻燃，尺寸穩(wěn)定性，表面極性以及拼裝黏接性，長玻纖增強(qiáng)聚丙烯短時間內(nèi)無法取代去作為電池組支架及隔板的主要原材料。此外，由于價格優(yōu)勢，具有同樣性能的玻纖增強(qiáng)聚酰胺也無法取代PC/ABS。電池模組主要由上蓋、框體、托盤、卡子、保護(hù)座等組成。其中PC/ABS阻燃復(fù)合材料UL-94測試需達(dá)V0級，無鹵阻燃，簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度23 ℃下大于30 kJ/m2，-30 ℃下大于15 kJ/m2。電池組框架和動力電池組裝成的電池組需要進(jìn)行的測試內(nèi)容包括：耐熱、耐寒、冷熱交替、耐水性、耐濕性、絕緣電阻、自由跌落、模塊振動等。老化性能、冷熱交變、耐寒測試要求電池蓋板、托盤及支架在測試完成后均不能出現(xiàn)龜裂、交形、脆裂等現(xiàn)象。耐熱測試要求電池蓋板、托盤及支架測試后均不能出現(xiàn)龜裂、褪色等現(xiàn)象。耐濕及耐水測試后電池模組托盤、上蓋、框架均需要不出現(xiàn)龜裂、變形、脆裂、剝離、溶脹、釋出、發(fā)白、表面發(fā)黏等情況。絕緣測試要求電池蓋板、托盤、支架等材料與正負(fù)極端子之間均無絕緣電阻數(shù)值。自由跌落測試要求電池蓋板、支架輕微磨損無破裂，托盤完好無損傷。模塊震動測試要求電池模組無泄漏、外殼破裂、著火或爆炸等現(xiàn)象，且實驗后模組底部支架未出現(xiàn)變形，蓋板及托盤均完好。綜上所述，新能源汽車用PC/ABS阻燃復(fù)合材料的性能耐久性及穩(wěn)定性要求較高，阻燃體系的選擇需綜合考慮并平衡阻燃、力學(xué)及外觀等性能。

2.2 充電樁

作為新能源汽車電能來源的重要輸送途徑，充電樁的功能與傳統(tǒng)加油機(jī)類似，可固定在地面或墻壁，安裝于居民小區(qū)停車場、充電站及公共建筑（商場、公共停車場及寫字樓等）內(nèi)，可調(diào)整電壓等級為新能源電動汽車充電。充電樁的輸出端都裝有充電插頭連接電動汽車，輸入端與電網(wǎng)直接相連。充電樁殼體要求阻燃級PC/ABS復(fù)合材料外觀顆粒、顏色均一，無雜質(zhì)。對于復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度要求如下：拉伸強(qiáng)度不低于55 MPa，斷裂伸長率不低于60%，彎曲模量不低于2.3 GPa，23 ℃及-30℃下懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度應(yīng)分別不低于40 kJ/m2及12 kJ/m2，熱變形溫度不低于85℃，相對電痕化指數(shù)不低于175 ℃，UL-94阻燃測試（1.6 mm）達(dá)V0級，灼熱絲可燃性指數(shù)（2.0 mm）達(dá)到850 ℃，產(chǎn)品的環(huán)保要求應(yīng)滿足有毒有害物質(zhì)的控制規(guī)定。耐候性能測試后要求材料的燃燒等級不發(fā)生變化，表面不出現(xiàn)粉化、龜裂、變形等異?，F(xiàn)象，殘余懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度應(yīng)不低于原始材料的70%。耐潮性能測試后材料燃燒等級不發(fā)生變化；殘余懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度應(yīng)不低于原始材料的50%。綜上所述，充電樁用阻燃級PC/ABS復(fù)合材料的力學(xué)、耐候、阻燃等性能要求不亞于新能源汽車的應(yīng)用場景。

3 結(jié)語

作為一種重要的工程塑料制品，阻燃級PC/ABS樹脂的需求日益增長。一方面，對于沖擊及阻燃要求較高的電子產(chǎn)品、平板電腦、手機(jī)、小家電的應(yīng)用不斷拓展，阻燃等級及力學(xué)性能逐漸提高；另一方面，對阻燃，介電及絕緣性能有較高要求的新能源及充電樁領(lǐng)域需求旺盛。未來PC/ABS阻燃復(fù)合材料將向著高性能、易加工、可回收、低氣味、高光澤免噴涂等方向發(fā)展。實現(xiàn)電子產(chǎn)品，家用電器、新能源汽車及充電樁中的PC/ABS阻燃復(fù)合材料回收利用將是重要的研究領(lǐng)域。同時，高性能保證的同時實現(xiàn)氣味及外觀的同步升級至關(guān)重要。