ABS复合材料的阻燃及静态力学性能研究

1、第23卷第1期2008年2月郑州轻工业学院学报(自然科学版JOURNAL OF ZHENGZHOU UN I V ERSITYOF L IGHT I N DUSTRY (Natural Science Vol . 23No . 1Feb . 2008 收稿日期:2007-06-13基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程资助项目(2003KYCX008作者简介:闫铨钊(1964 , 男, 河南省灵宝市人, 郑州轻工业学院讲师, 主要研究方向:高分子复合材料.文章编号:1004-1478(2008 01-0031-03ABS 复合材料的阻燃及静态力学性能研究闫铨钊1, 胡卉1, 马亿珠2, 李亚

2、东1, 张予东3, 李宾杰3(1. 郑州轻工业学院材料与化学工程学院, 河南郑州450002; 2. 国家建筑装修材料质量监督检验中心, 河南郑州450004; 3. 河南大学特种功能材料重点实验室, 河南开封475001摘要:以P VC, CPE, 纳米Mg (OH 2和纳米ZnSn O 3为阻燃剂对ABS 进行改性, 结果表明, ABS 复合体系的最佳配方为:m (ABS m (P VC m (CPE m (纳米Mg (OH 2 m (纳米ZnSnO 3 =10060113. 52. 此时, 体系的拉伸强度为36. 39MPa, 缺口冲击强度为34. 80kJ /m2, 氧指数为31. 5

3、%, 水平燃烧达到级, 垂直燃烧达到F V -0级, 而且燃烧过程中几乎没有黑烟产生, 复合体系综合性能较佳.关键词:ABS 复合材料; 纳米Mg (OH 2; 纳米ZnSnO 3; 阻燃性能中图分类号:T B331文献标识码:Ai g i ours and l properti es of ABS com positesY AN Quan 2zhao 1, HU Hui 1, MA Yi 2zhu 2, L I Ya 2dong 1, Z HANG Yu 2dong 3, L IB in 2jie3(1. College of M aterial and Che m. Eng . , Zhe

4、ngzhou U niv . of L ight Ind . , Zhengzhou 450002, China;2. N ational Center for Q uality Supervision and Inspection of B uilding D ecoration M aterials, Zhengzhou 450004, China; 3. Provincial Key L aboratory of Special Functional M aterials, Henan U niv . , Kaifeng 475001, China Abstract :P VC, CPE

5、, nano 2Mg (OH 2and nano 2ZnSn O 3were used t o modified ABS . The results showed that the best p rescri p ti on:m (ABS m (P VC m (CPE m (nano 2Mg (OH 2 m (nano 2ZnSnO 3 =10060113. 52. The tensile strength was 36. 39MPa, the notched i m pact strength was 34. 8kJ /m2, the oxy 2gen index was 31. 5%, l

6、evel firing ranked I, vertical firing ranked F V -0and al m ost there was no black s moke in the combusti on p r ocess . The comp rehensive perf or mance of compound syste m was better . Key words :ABS composites; nano 2Mg (OH 2; nano 2ZnSnO 3; fla me retarding0引言ABS 树脂是1940年代开发的一种新型通用工程塑料, 具有绝缘性好、易

7、染色、表面硬度高、耐腐蚀性强、坚韧、耐低温、冲击性好、耐蠕变性好、尺寸稳定性好、成型收缩率小、易于成型和机械加工等 郑州轻工业学院学报(自然科学版特点, 但其氧指数仅为18. 320, 故易燃, 且发烟量大, 燃烧时会放出大量有毒有害气体(如HCN , CO 等 . 纳米材料因其独特的尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特性而表现出常规填料所不具备的优异性能, 现已成为材料领域的研究热点1-6.本文以聚氯乙烯(P VC , 氯化聚乙烯(PEC , 纳米ZnSnO 3, 纳米Mg (OH 2为阻燃剂, 采用熔融共混法制备了ABS 复合材料, 并对其阻燃性能及静态力学性能进行研究, 以期解决AB

8、S 树脂的易燃性问题. 1实验1. 1材料ABS, 中国石油兰州化工有限公司产; P VC, 黑龙江齐化化工有限公司产; 稀土稳定剂, 南京惠恩实业公司产; PEC, 含氯量35%, 山东潍坊化工厂产; 纳米Mg (OH 2, ZnSn O 3, 均为4060nm , 河南大学特种功能材料重点实验室提供. 1. 2仪器GH 10型高速混合机, K Q218型超声波分散仪, 产; SK 1608; QLB D , ; HY W 型万能制样机, 河北省承德实验机厂产; XJJ 5型简支梁冲击试验机, 承德金建检验仪器有限公司产; HC 2型氧指数测定仪, 南京分析仪器厂产; JCY 1型烟密度测定

9、仪, 承德金建检验仪器有限公司产; C MT 6104型万能电子拉力机, 深圳新三思计量技术有限公司产. 1. 3操作过程将纳米ZnSn O 3, 纳米Mg (OH 2, P VC 及PEC 在适量的无水乙醇中用超声波处理40m in 后, 与ABS 一起在烘箱中干燥4h, 温度为8090; 再在双辊筒炼塑机上塑炼, 然后拉片、模压、制样. 其中, 塑炼温度为:前辊120130; 后辊110120. 塑炼时间510m in . 模压温度:上模板155165; 下模板145150. 模压时间:预热3m in, 压制58m in . 其工艺流程见图1.图1复合材料制备工艺流程1. 4性能测试氧指数

10、按G B /T24061993测定; 烟密度按G B /T 86271999测定; G B 104079测定; 垂直燃烧按/1984G B /T24082结果与讨论表1复合体系的阻燃效果及力学性能测定结果编号ABS P VC PEC纳米Mg (OH 2纳米ZnSn O 3氧指数/%烟密度等级最大烟密度拉伸强度/MPa缺口冲击强度/(kJ m -2水平燃烧级别垂直燃烧级别空气中发烟量1100000018. 781. 0810043. 7316. 00低于F V -2级黑烟很大21000321020. 773. 4195. 4336. 6517. 48低于F V -2级黑烟很大3100207582

11、4. 576. 1894. 4434. 8912. 54F V -1黑烟很大410030111626. 773. 4791. 4338. 6132. 89F V -0黑烟较大51004004424. 553. 8575. 9339. 7816. 60F V -1黑烟较大61005050227. 562. 0781. 3740. 4431. 78F V -0黑烟较小71006093029. 364. 9386. 8139. 1934. 26F V -0黑烟较小8100701361233. 574. 7588. 2137. 4327. 89F V -0黑烟较小注:ABS, P VC, PEC, 纳

12、米Mg (OH 2, 纳米ZnSn O 3用量均以份数计.采用均匀设计法7-8, 以P VC, 纳米ZnSnO 3,PEC, 纳米Mg (OH 2用量为考查因素, 对复合材料的阻燃效果和力学性能进行测试, 结果见表1. 从中可以看出:配方6#, 7#, 8#的综合力学性能和阻燃性能较好, 特别是8#的阻燃性能最好; 但是综合力学性能, 尤其是缺口冲击强度不如6#, 7#. 所以综合考虑后选择6#, 7#比较合适. 2#, 3#, 5#的阻燃效果和力学性能均不佳, 尤其是缺口冲击强度较差. 这可能是由于纳米ZnSnO 3和纳米Mg (OH 2两者之间没有232008年 闫铨钊等:ABS 复合材料

13、的阻燃及静态力学性能研究很好地协同作用, 当含量过高时, 由于分散不好而造成团聚, 从而使体系的冲击性能下降.利用SPSS 软件分别对复合体系的缺口冲击强度(y 1 , 拉伸强度(y 2 , 烟密度(y 3 , 氧指数(y 4 4项指标进行回归分析, 各项指标的回归方程如下:y 1=17. 75+0. 226x 1+0. 957x 2-0. 031x 3-2. 774x 4y 2=41. 34+0. 034x 1-0. 198x 2-0. 203x 3-0. 536x 4y 3=72. 72-0. 376x 1+1. 685x 2-0. 315x 3+0. 564x 4y 4=18. 67+0

14、. 139x 1+0. 286x 2+0. 141x 3-0. 053x 4其中, x 1为P VC 含量, x 2为PEC 含量, x 3为纳米Zn 2Sn O 3含量, x 4为纳米Mg (OH 2含量.试验的回归方程与直观分析结果基本一致. 通过直观分析及各指标的回归分析, 在6#和7#配方的基础上对复合材料的配比进行了改进. 改进后的配方为m (ABS m (P VC m (CPE m (纳米Mg (OH 2 m (纳米ZnSn O 3 =10060113. 52,此时体系的缺口冲击强度为34. 80kJ /m2, 拉伸强度为36. 39MPa, 氧指数为31. 5%, 水平燃烧达到级

15、, 垂直燃烧达到F V -0级, 乎没有黑烟产生, .3结论运用SPSS 软件分析处理试验数椐, 建立了无溴、阻燃ABS 复合体系的回归方程, 确定变量间存在相关关系及它们之间合适的数学表达式. 通过直观分析及各组分的回归分析, 确定ABS 复合体系的最佳配方为:m (ABS m (P VC m (CPE m (纳米Mg (OH 2 m (纳米ZnSnO 3 =10060113. 52.此时体系的缺口冲击强度为34. 80kJ /m2, 拉伸强度为36. 39MPa, 氧指数为31. 5%, 水平燃烧达到级, 垂直燃烧达到F V -0级, 而且在燃烧过程中几乎没有黑烟产生, 综合性能较好. 参考文献:1夏英, 蹇锡高, 王继红, 等. ABS 熔融接枝丙烯酸及在无卤阻燃ABS 中的应用J .塑料工业, 2005, 33(4 :57.2Fujii T, Okubo K, Yamashita N. Devel opment of high per 2f or mance ba mboo composite using m icr o fibrillated cellu 2l ose J .H igh Perf or mance Structures and Materials, 2004(3 :421.3李亚东, 李爱勤, 白宝丰, 等. 应用均匀试验