耐蠕變、抗沖擊、耐熱、透明、介電性能佳、尺寸穩定等是聚碳酸酯（PC）的主要優點。但它的加工流動性弱、敏感缺口、耐溶劑性差、應力開裂易于發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的內應力，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。

 

 

       本文介紹了一些不同阻燃體系的PC/ABS組合物耐熱阻燃及力學性能。

 

一、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和有機磷系兩類。

1、無機磷系阻燃

       紅磷、聚磷酸銨等是典型的添加型無機磷系阻燃劑。紅磷是最為傳統的無機磷系阻燃劑，具有熱穩定好、阻燃效率高、不揮發、電絕緣性佳等優點。但紅磷在使用過程中易吸潮、氧化，而且粉塵易爆炸，這些缺點限制了紅磷作為阻燃劑的應用范圍。通常使用少量無機磷與有機磷或其他阻燃劑復配用于提高阻燃效率。

       研究進展：Yin 等將紅磷與聚磷酸銨復配用于 ABS 阻燃改性，實驗結果表明，紅磷添加量 2.0% 時，復合材料的極限氧指數（LOI）可以提升至 27%，UL-94 垂直燃燒等級可以達到 V-0 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構，有效改善復合材料的阻燃性能。此外，紅磷對膨脹型阻燃劑（IFR）具有良好的協同促進作用。

2、有機磷系阻燃

       有機磷化合物合成路線簡單，并具有諸如高熱穩定性的優點，可用于高溫加工，在聚合物熱分解過程中提高了炭的穩定性、密度和收率，并釋放了在火焰抑制過程中具有活性的磷。

 

 

       作為應用廣泛的有機磷阻燃體系，磷酸酯類聚合物的阻燃機理是：燃燒過程中，分解生成磷的含氧酸，后續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。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生的分解氣中氧氣的濃度，發揮阻燃作用。

       常用的有機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）、六苯氧基環三磷腈（HPTCP） 、磷酸三苯酯（TPP） 、間苯二酚雙[二(2,6-二甲基苯基)磷酸酯] 等。

       研究進展：姜慧敏等利用共混擠出制備了 PC/ABS 合金，并以 TPP 與熱塑性酚醛樹脂（TPPFR）復配體系作為 IFR 對 PC/ABS 進行阻燃改性。通過與 TPP 在燃燒時發生反應，酚醛樹脂有效抑制 TPP 揮發。酚醛樹脂的主鏈上的芳香基團，易于在燃燒過程中成炭，發揮自阻燃效能。調控 TPP 與 TPPFR 的最佳添加比例，有效提高了 TPP 的阻燃效率，使得 PC/ABS 合金熱穩定性提高，燃燒熱下降，具有良好的阻燃效果。

       Perret 等研究了以 TPP，RDP，BDP 為 PC/ABS 阻燃劑的熱解過程。發現了芳基磷酸酯和 PC 的分解溫度范圍之間的對應關系為：芳基磷酸酯與 PC 分解開始是典型結構之間發生反應的先決條件。該反應產生的交聯結構增強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發生交聯，該交聯導致炭化的增強。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。

 

二、硅系阻燃體系

       硅系阻燃劑主要分為無機硅系和有機硅系阻燃劑。

       二氧化硅是重要的無機硅系阻燃劑，燃燒時，聚合物表面形成層狀二氧化硅，發揮絕熱和隔離助燃物雙重作用。無機硅系阻燃劑通常與有鹵阻燃劑一并使用以提高阻燃效率，但這也限制了應用領域。

 

 

       有機硅系阻燃劑表現出毒害低、效率高、燃燒滴落小、發煙量小、環境污染輕等優點。有機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性能的保持。聚合物中的含碳物質形成 Si-C 鍵在燃燒中與有機硅分子的 Si-O 鍵形成硅化物和碳化物，它們構成的層狀化合物可隔離揮發物，阻隔可燃物與樹脂接觸，明顯緩解熔體滴落，從而實現阻燃目的。

       研究進展：俞海洲等制備了改性硅基雜化介孔材料（DM） 、TPP 和 PC/ABS 合金阻燃復合材料。實驗結果表明，復合材料的 LOI 達到 28%，當介孔材料及膦酸酯添加量達到 2% 和 6% 時，復合材料可以達到 UL-94 標準所述 V0 阻燃級別。DM 與 TPP之間的協同作用有效降低了復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，復合材料的熱穩定性明顯提高。

 

三、硼系阻燃體系

       含硼結構單元對于 PC/ABS 樹脂基體具有良好的促進成炭作用，是阻燃劑的重要組成配方。

       研究進展：宋健等考察了聚硼硅氧烷（BSi）對 PC/ABS 合金的阻燃作用。實驗結果表明，BSi 的添加促進復合材料形成炭層，可有效保護基體材料，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配使用，單獨使用時阻燃效率較低。

       Morgan 等合成了對苯二硼酸，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的環硼氧烷層狀網絡，具有良好的凝聚相火焰阻滯作用。通過 UL-94 火焰測試，發現加入 5% 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 中應用未能給出可量化的 UL-94 結果，但是 ABS 的殘炭率提高了 160%。

 

四、有鹵阻燃體系

       PC/ABS 燃燒產物中的高活性自由基直接決定燃燒熱效應的強度與程度。使用有鹵阻燃體系的 PC/ABS 復合材料燃燒時分解產物通常含有鹵化氫和羥基自由基，兩者更易結合為低活性鹵素自由基，從而減弱并終止燃燒鏈式反應，同步大幅降低熱效應，阻燃效率優異。

       燃燒時產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，力學性能無明顯降低。溴在運輸儲存環節無析出，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。

 

五、無機阻燃體系

       無機阻燃體系具有發煙量低、腐蝕性低、環境影響低、產品附加值高等優點。氫氧化鎂、氫氧化鋁、氧化鎂和氧化銻等是應用廣泛的最主要的無機阻燃劑。

       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阻燃。但無機阻燃劑對 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，形成明顯的島形結構，嚴重影響復合材料的力學性能。

       研究進展：鄧天銘研究了 PC 基體樹脂中氫氧化鎂的添加量對阻燃效果及力學性能的影響。當氫氧化鎂等添加量達到 50 份時，UL-94 測試結果顯示阻燃級別可達 V0 級，但是沖擊強度下降 70% 以上。當阻燃劑粒徑達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，力學性能得以保持，如在 ABS 樹脂中僅添加 2% （w）的有機改性層狀氫氧化物，LOI 可由 18% 升至 30% 以上。

 

六、各種阻燃體系的對比

       傳統的磷系阻燃劑 BDP、RDP、TPP、HPTCP 用于 PC/ABS 阻燃體系，添加量往往超過 10%，通過與無機納米阻燃劑配合使用可有效提高阻燃效率。新型有機磷系阻燃劑 DOPO 顯示出良好的阻燃效果及較高的阻燃效率。鹵系阻燃效率高，但應用領域受 RoHS，Reach 等法規限制。單純無機物的阻燃效率很低，且較大程度降低 PC/ABS 合金的力學性能。新型納米無機材料（如石墨烯）顯示出潛在的優異阻燃效能。磷硅復雜大分子化合物同樣顯示出良好的阻燃效率。

 

轉自——網絡

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