王彦辉

(开封龙宇化工有限公司 ， 河南 开封　475200)



环保型阻燃ABS复合材料的制备与性能研究

王彦辉

(开封龙宇化工有限公司 ， 河南 开封475200)

摘要：采用阻燃剂十溴二苯乙烷(DBDPE)和三氧化二锑(Sb2O3)、氢氧化铝(Al(OH)3)、硅酮粉等协效阻燃剂以及抗滴落剂等环保阻燃体系熔融共混制备阻燃ABS复合材料，并对复合材料力学性能、热性能和阻燃性能等进行分析与研究。研究表明，该环保阻燃体系对ABS材料具有良好的阻燃效果，使阻燃材料达到V-0级时DBDPE的最少添加量为8%；随着DBDPE添加量的增加，复合材料的屈服应力、10 mm对应的弯曲强度、简支梁缺口冲击强度等力学强度性能均呈下降趋势，而负荷热变形温度(1.8 MPa)有所提高；当DBDPE添加量在6%时复合材料的弯曲模量最低、负荷热变形温度(1.8 MPa)最高，分别为2 306 MPa 和 75.2 ℃。

关键词：丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物 ； 阻燃复合材料 ； 汽车轻量化

丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)树脂是一种性能优越的通用型热塑性工程塑料，具有较高的冲击强度、优良的电绝缘性、良好的加工性能和化学稳定性，易于模塑成型，制品富有光泽和较高的韧性，被广泛应用于家用电器、建筑材料、汽车工业等领域。但其极限氧指数(LOI)仅为18% ，易燃，且燃烧时产生大量的浓烟和有毒气体，各国对ABS的阻燃性能要求十分严苛，很多应用领域需对其进行阻燃抑烟处理，大大限制了ABS的应用。

汽车材料技术发展的主要方向是轻量化和环保化、提高燃油效率。随着汽车轻量化应用技术的发展，作为汽车材料的重要品种，车用工程塑料材料产值不断增长，新型轻量化塑料材料的开发与应用将继续成为汽车材料的热点。本文通过采用环保型阻燃剂十溴二苯乙烷(DBDPE)和三氧化二锑(Sb2O3)、氢氧化铝(Al(OH)3)、硅酮粉等环保型协效阻燃剂以及抗滴落剂等制备环保型阻燃ABS复合材料，分析其实用效果及发展趋势，着重开发一种新型轻量化塑料材料。

1实验部分

1.1主要原料

ABS：PA-747，台湾奇美实业股份有限公司；DBDPE：工业级，山东天一化学股份有限公司；Sb2O3：工业级，常州永武化工有限公司；Al(OH)3：工业级，济南泰星精细化工有限公司；硅酮粉：HR-208，上虞市惠尔塑业有限公司；抗滴落剂：工业级，浙江衢州万能达科技有限公司；润滑剂：EBS，苏州联胜化学有限公司；抗氧剂：215，北京极易化工有限公司；分散剂：工业级，市售。

1.2主要仪器和设备

双螺杆挤出机：LTE26-44型美国Lab Tech Inc公司；高速混合机：SHR-100A，张家港市鑫达塑料机械制造有限公司；射出成型机：80T型，奥地利ENGEL公司；模温机：TCWP-200H型，上海恩德克机械有限公司；万能材料试验机：H25KS-0480型，美国Tinius Olsen公司；摆锤冲击试验机：IT503型，美国Tinius Olsen公司；试片缺口切割机：899型，美国Tinius Olsen公司；热变形维卡软化点试验机：TMT-W30，珠海市三思泰捷电气设备有限公司；热重分析仪：TG209F3型，德国Netzsch公司；水平垂直燃烧性能试验机：LFY-627型，山东纺织机械研究院。

1.3生产加工工艺

挤出条件：温度范围185～200 ℃；下料速度20 r/min；主螺杆转速170 r/min；切粒速度12 r/min。干燥条件：鼓风干燥箱70～90 ℃干燥3～5 h。注塑条件：温度180～210 ℃；注射速度45～60 mm/s；螺杆直径33 mm；油温40 ℃；模温80 ℃；冷却时间18～22 s；保压时间15～22 s。

1.4性能测试依据

环境条件：标准测试样条在恒温恒湿箱存放48 h(温度23 ℃，湿度50%±5%)。拉伸性能按GB/T 1040-2006测试(50 mm/min)；弯曲性能按GB/T 9341-2008测试(2 mm/min)；简支梁冲击强度按GB/T 1043-2008测试；负荷变形温度按GB/T 1634-2004测试；燃烧性能的测定按GB/T 2408-2008测试(厚度3.2 mm)。

TG分析条件为：升温速率20 ℃/min，温度范围25～900 ℃，氮气(N2)气氛；升温速率20 ℃/min，恒温300 ℃保持2 h，氮气(N2)气氛。

2结果与讨论

2.1阻燃性能分析

阻燃ABS复合材料标准样条的垂直水平燃烧等级分析测试结果见表1。

表1　阻燃ABS复合材料燃烧性能

由表1可知，当DBDPE质量分数为6%时制备的阻燃ABS复合材料标准样条的垂直燃烧等级可以达到V-1。当DBDPE质量分数为8%以上时可以达到V-0。可见DBDPE为阻燃剂并添加相关协效剂制备的阻燃ABS复合材料要使阻燃材料达到V-0级的最少添加量为8%。

2.2力学性能分析

阻燃ABS复合材料力学强度和冲击强度分析曲线图如图1-2所示。 阻燃ABS复合材料弹性模量分析曲线图如图3所示。

图1　阻燃ABS复合材料力学强度分析曲线

图2　阻燃ABS复合材料冲击强度分析曲线

图3　阻燃ABS复合材料弹性模量分析曲线

由图1-3可知，纯ABS的屈服应力、10 mm对应的弯曲强度、简支梁缺口冲击强度、拉伸模量、弯曲模量分别为44.4、60.7、41.0、2 173、2 351 MPa。随着DBDPE添加量的增加，复合材料的屈服应力、10 mm对应的弯曲强度、简支梁缺口冲击强度都呈下降趋势，其中简支梁缺口冲击强度呈急剧下降趋势。当阻燃剂添加量为8%时，复合材料的屈服应力、10 mm对应的弯曲强度、简支梁缺口冲击强度分别为38.3、59.1、15.9 MPa。

当DBDPE添加量在6%时复合材料的弯曲模量最低为2 306 MPa；而阻燃复合材料的拉伸模量随着DBDPE添加量的增加呈缓慢增长趋势；当DBDPE添加量为8%时，复合材料的拉伸模量、弯曲模量分别为2 236、2 319 MPa。

2.3热学性能分析

2.3.1负荷热变形温度(1.8 MPa)

阻燃ABS复合材料负荷热变形温度(1.8 MPa)分析曲线如图4所示。

图4　阻燃ABS复合材料负荷热变形温度(1.8 MPa)分析曲线

由图4可知，随着DBDPE添加量增加复合材料的负荷热变形温度(1.8 MPa)有所提高，当DBDPE添加量在6%时复合材料的负荷热变形温度(1.8 MPa)最高温75.2 ℃，当DBDPE添加量为8%时，复合材料的负荷热变形温度(1.8 MPa)为74.3 ℃。

2.3.2热失重(TG)分析

根据实验可知，ABS在360 ℃左右开始分解，在温度低于390 ℃时的质量变化率小于10%，材料相对稳定；但当温度超过400 ℃后ABS开始剧烈分解，开至500 ℃左右时失重基本完全，残炭量仅为2.02%。而加入8%含量DBDPE的阻燃ABS复合材料，虽然阻燃材料的起始分解温度与起始分解时间有所提前，但材料的质量变化速率明显降低，分解温度范围明显增宽，残炭量由未加DBDPE阻燃体系的2.02%猛增至11.66%，这说明DBDPE阻燃体系的加入起到了显著的阻燃效果。

随着DBDPE含量的增加阻燃ABS复合材料的最大质量变化速率出现的时间有所延迟，且随着DBDPE含量的增加阻燃ABS复合材料的分解温度范围明显增宽，这充分说明DBDPE的加入在一定程度上减缓了ABS的热降解速度，提高了ABS材料在高温条件下的热稳定性。阻燃ABS复合材料等比例失重所需温度分析数据见表2。

表2　阻燃ABS复合材料等比例失重所需温度分析数据

由表2可知，随着DBDPE含量的增加阻燃ABS复合材料等比例失重所需温度逐渐增高，阻燃ABS复合材料的热稳定性也越好。

3结论

研究表明，以十溴二苯乙烷(DBDPE)为阻燃剂并添加相关协效剂组成的阻燃体系对ABS材料具有良好的阻燃效果，使阻燃材料达到V-0级时DBDPE的最少添加量为8%。随着DBDPE添加量的增加，复合材料的屈服应力、10 mm对应的弯曲强度、简支梁缺口冲击强度等力学强度性能均呈下降趋势，而负荷热变形温度(1.8 MPa)有所提高；当DBDPE添加量在6%时复合材料的弯曲模量最低为2 306 MPa ，负荷热变形温度(1.8 MPa)最高温度为75.2 ℃。随着DBDPE含量的增加阻燃ABS复合材料的分解温度范围明显增宽，等比例失重所需温度逐渐增高，且最大质量变化速率出现的时间有所延迟。

Preparation and Performance Research of Environmentally Friendly Flame-retardant ABS Composites

WANG Yanhui

(Kaifeng Longyu Chemical Co.Ltd ，Kaifeng475200 ， China)

Abstract:1,2-Bis(pentabromophenyl) ethane (DBDPE),antimony trioxide(Sb2O3),aluminum hydroxide (Al(OH)3),silicone powder and low resistance agent are used to blend with ABS,the compound material mechanics performance,thermal performance and flame retardant performance of the flame retardant ABS composite material are analysised and researched.Research shows that the green flame retardant system of ABS material has good flame retardant effect, the minimum level of DBDPE to make the flame retardant materials to V-0 is 8%;as DBDPE with the increase of adding amount of composite material the strength properties about yield stress and 10 mm of beam bending strength and notched impact strength of corresponding mechanical are declining,but the heat distortion temperature (1.8 MPa) increased,when DBDPE added at 6%,the bending modulus of the composites is the lowest and the load heat deformation temperature (1.8 MPa) is highest are respectively 2 306 MPa and 75.2 ℃.

Key words:ABS ; flame retardant composites ; automotive lightweighting

中图分类号：TB332

文献标识码：A

文章编号：1003-3467(2016)03-0030-03

作者简介：王彦辉(1988-)，男，助理工程师，从事高分子材料的改性研究与检测表征工作，电话：15093275875。

收稿日期：2016-02-01