礦用阻燃抗靜電塑料性能的研究

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2015-01-20 14:40:38點擊率：

　　近年來,由于礦山安全事故的頻發(fā),礦用安全產(chǎn)品得以大規(guī)模使用,而礦用高分子材料制品需滿足井下更加苛刻的阻燃抗靜電要求,對于礦用阻燃抗靜電高分子制品的研究也越來越多。塑料制品的阻燃抗靜電功能都是通過加入阻燃劑(多為溴-銻體系或磷系)和抗靜電劑(導電炭黑、有機抗靜電劑等)實現(xiàn)的,但以往的研究[1-6]多通過大量的實驗來確定阻燃劑和抗靜電劑的配比,而對于兩者的共同作用和相互之間的影響研究較少。本文選擇了兩種不同的基體材料PP和ABS,通過改變阻燃劑(溴-銻阻燃體系)和抗靜電劑(導電炭黑)的含量,研究它們對礦用阻燃抗靜電塑料性能的影響,以及兩者間的相互影響。同時,使用偶聯(lián)劑(KH-550)對共混物進行了處理以解決阻燃劑和抗靜電劑(導電炭黑)在較高填充量下的分散問題。

　　1　實驗部分

　　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;導電炭黑: YML-100,九江亞米特石化有限公司;偶聯(lián)劑: KH-550,南京康普頓曙光有機硅化工有限公司;十溴聯(lián)苯醚:山東天一化學有限公司;三氧化二銻(Sb2O3):云南木利銻業(yè)有限公司;硬脂酸鈣:重慶長江揚帆化工有限公司;抗氧劑: 1010、168,瑞士汽巴精細化工有限公司。

　　1·2　主要儀器及設(shè)備

　　高速混合機: SHR-100型,張家港市億利機械有限公司;同向雙螺桿擠出機: TE-35,南京科亞化工裝備有限公司;注塑機: SZ-90,廣東東華機械有限公司; CMT4204型試驗機、ZBC1000型懸臂梁沖擊試驗機、ZRZ1452型熔體流動速率儀:美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司;絕緣電阻測試儀:YD2683型,常州市揚子電子有限公司;阻燃試驗箱: CMK-1型,煤炭科學研究總院重慶研究院。

　　1·3　試樣制備

　　將各種物料分別按表1配比稱量后,經(jīng)高速混合機混合均勻,然后在雙螺桿擠出機上熔融共混,擠出造粒。PP擠出各段溫度從加料口到機頭依次為180、200、220、220、210℃; ABS擠出各段溫度從加料口到機頭依次為180、200、220、230、220℃;螺桿轉(zhuǎn)速均為120 r/min,注塑機噴嘴控制在220℃,注射壓力為65 MPa,成型周期為50s。將所得粒料在90℃干燥4 h,經(jīng)注塑機注射成標準試樣,以供性能測試使用。

　　1·4　性能測試

　　拉伸強度按GB/T1040·2—2006測試,拉伸速率50 mm/min;熔體質(zhì)量流動速率(MFR)按GB/T3682—2000測試;懸臂梁沖擊性能按GB/T 1843—2008測試;彎曲性能按GB/T 9341—2008測試;表面電阻按MT113—1995測試;阻燃性能按MT113—1995測試;掃描電鏡(SEM)分析:將樣品在液氮中脆斷,經(jīng)噴金后使用SEM觀察斷面變化。

　　2　結(jié)果與討論

　　2·1　阻燃劑、抗靜電劑和偶聯(lián)劑對PP力學性能的影響

　　表2是PP樣條的各項性能。根據(jù)表2,對比PP和PP-1可以發(fā)現(xiàn),阻燃劑的加入,降低了PP的力學強度,如拉伸強度、彎曲強度等;同時也降低了PP的形變能力和加工性能,如斷裂伸長率從95%降低到26%,MFR從24·5 g/10min下降到9·3 g/10min;對比PP-4和PP-6也有類似現(xiàn)象。其原因主要是由于十溴聯(lián)苯醚本身強度較PP低,流動性也不如PP7726,所以添加到PP基體中,會明顯降低PP的相關(guān)性能。

　　同時,對比PP-1和PP-2可以看出,加入KH-550可在一定程度上提高PP-1的力學強度和加工性能,這主要是由于KH-550含有氨基和三個可水解基團乙氧基,其中乙氧基先水解生成硅醇,由于硅醇不穩(wěn)定,極易與無機物或金屬表面的羥基結(jié)合脫水,從而與無機物或金屬結(jié)合起來。氨基上帶有兩個活潑氫可以和各種聚合物發(fā)生反應(yīng),從而通過化學鍵將兩種性質(zhì)完全不同的材料緊密地結(jié)合起來。終使阻燃劑與基體材料結(jié)合力增強的同時,也使阻燃劑得到更好的分散。以上現(xiàn)象也可從PP-3和PP-4的對比以及PP-5和PP-6的對比中得到。

　　從PP和PP-3對比可以發(fā)現(xiàn),導電炭黑的加入增強了PP的導電性能,同時也在一定程度上提高了PP的力學強度,如拉伸強度、彎曲強度等;但也降低了PP的形變能力和加工性能,如斷裂伸長率,從95%降低到36%,MFR從24·5 g/10min下降到10·6 g/10min。這是因為炭黑作為抗靜電劑的同時也是一種無機填料,所以添加到PP的基體中,會明顯地增加PP的力學強度,同時也會降低PP的延展性和加工性能。

　　2·2　抗靜電劑和偶聯(lián)劑對PP阻燃性能的影響

　　根據(jù)表2,對比PP和PP-1可以發(fā)現(xiàn),阻燃劑的引入,可以明顯提高PP的阻燃性,這主要是源于阻燃劑燃燒時形成的氣層隔絕了PP和氧氣,從而達到阻燃的效果。對比PP-1和PP-2可以發(fā)現(xiàn),偶聯(lián)劑的引入,可進一步提高其阻燃效果,這主要是由于偶聯(lián)劑的橋接作用所導致。對比PP-1和PP-5可以發(fā)現(xiàn),抗靜電劑炭黑的加入,有焰燃燒時間有一定的增加,主要是由于導電炭黑雖然導電能力很強,但本身易于燃燒,降低了材料的阻燃性能。

　　2·3　阻燃劑和偶聯(lián)劑對PP抗靜電性能的影響

　　根據(jù)表2,對比PP-3和PP-5可以發(fā)現(xiàn),阻燃劑的加入,材料表面電阻從1·6×105Ω下降到5·7×104Ω,表明阻燃劑的添加對材料的抗靜電性有一定的增強作用,這可能是由于阻燃劑中的三氧化二銻具有一定導電性能所致。對比PP-5和PP-6可以發(fā)現(xiàn), KH-550的加入,對PP-5的抗靜電性能幾乎沒有影響。

　　綜上所述,阻燃劑的加入會削弱PP的力學性能和加工性能,但能在一定程度上提高其抗靜電性能;KH-550的加入可在一定程度上提高PP的力學性能、加工性能和阻燃性能,但對靜電性能沒有影響;炭黑的加入雖然能增強PP的力學強度,但也降低了PP的形變能力、加工性能和阻燃性能。

　　2·4　阻燃劑、抗靜電劑和偶聯(lián)劑對ABS力學性能和其他性能的影響

　　為了驗證以上現(xiàn)象或規(guī)律是否具有普適性,本文還選擇了ABS基體材料來加以驗證。實驗測得的性能數(shù)據(jù)如表3所示。表3表明, ABS的力學性能、阻燃性能和電性能的變化規(guī)律和PP的基本一樣。

　　3　結(jié)論

　　1)阻燃劑十溴聯(lián)苯醚/Sb2O3的加入,會降低PP的力學性能和流動性能,但能在一定程度上提高抗靜電性能。

　　2)偶聯(lián)劑KH-550的加入,可在一定程度上提高PP的力學性能、加工流動性能和阻燃性能,但對靜電性能沒有影響。

　　3)抗靜電劑導電炭黑的加入,雖然能增強PP的力學強度,但也降低了PP的形變能力、加工流動性能和阻燃性能。

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