膨胀型阻燃sebspp体系的研究

膨胀型阻燃sebspp体系的研究

sebs-pp组合体系具有优异的机械性能、加工性能和耐老化性能，在汽车、医疗、玩具等行业得到了广泛应用。但SEBS/PP易燃,燃烧时产生大量熔滴,火焰传播速度快,不适合有阻燃要求的场所,大大限制了其应用范围。提高SEBS/PP的阻燃性能一直是一个重要的研究领域。在无卤阻燃剂中,膨胀阻燃剂IFR是最重要的一种,它不仅阻燃效果好、低烟、无毒,且对PP有着很好的阻燃效果。以IFR为主体阻燃SEBE/PP既符合无卤阻燃的环保要求,又具有一定的实用价值,在电线电缆等行业中有着重要的应用。1实验部分1.1粉料、聚磷酸铵SEBS:503,巴陵石化合成橡胶事业部;PP:粉料,吉林化学工业公司锦江油化厂;聚磷酸铵:APP201,什邡长丰化工有限公司;季戊四醇:PER,四川科龙化工有限公司;各种助剂,市售。1.2压力、仪器双辊开炼机:上海西玛伟力橡塑机械有限公司;万能材料实验机:4302型,Instron公司;压力成型机:HP263(D)型,上海西玛伟力橡塑机械有限公司;氧指数测定仪:HC-2型,江宁县分析仪器厂;水平垂直燃烧仪:CEF-3型,江宁县分析仪器厂;扫描电子显微镜:JSM-5900LV,日本;热分析仪:Q-100型热分析仪,TA公司。1.3阻燃剂ifr改性先将SEBS/PP混合物,在双辊上塑化均匀,接着加入阻燃剂IFR及其它助剂,继续混炼,出片;使用压机制片后按测试需要裁制样条。1.4垂直燃烧与极限氧指数法拉伸性能:按照GB/T1040—1992进行测试,拉伸速率500mm/min;垂直燃烧:按UL94测试,试样尺寸:127mm×12.7mm×3.2mm;极限氧指数:按照GB/T2406—1993执行,试样尺寸127mm×6.5mm×3mm;热重分析:升温速率10℃/min,空气气氛,试样质量10mg左右。2结果与讨论2.1阻燃剂用量的影响图1是阻燃剂用量对SEBS/PP共混物力学性能的影响。从图1可看出,由于阻燃剂与基体树脂存在极性和相容性问题以及热膨胀系数的不一致,随着阻燃剂用量的增加,共混物的力学性能下降。尽管如此,当阻燃剂的质量分数达到40%时,共混物的拉伸强度10.5MPa,断裂伸长率413.8%,仍然具有较好的力学性能。2.2共混体系的阻燃效果提高表1为阻燃剂用量对SEBS/PP共混物阻燃性能的影响。从表1可以看出,随着阻燃剂含量的增加,共混物的极限氧指数逐渐增加。当阻燃剂的质量分数达到30%时,共混物的极限氧指数由原来未加阻燃剂前的17%提高到了27%,并达到UL94V-0级。随后共混物的极限氧指数增幅不大。在垂直燃烧实验中,未加阻燃剂的共混物燃烧时有滴落产生并伴有大量的烟生成。随着阻燃剂含量的增加,滴落现象消失,生烟量迅速下降,且试样离开火源后即熄灭,并有大量膨胀炭层生成。这说明IFR膨胀阻燃体系对SEBS/PP共混体系有着很好的阻燃效果。SEBS503摩尔质量比较高,不易塑化,为了提高其加工性能添加了一定量的操作油。操作油沸点低,易燃烧,增加了阻燃SEBS/PP共混物的难度。这也可能是在SEBS/PP共混体系氧指数增加至27%后,继续增加IFR用量氧指数增加缓慢的一个主要原因。2.3阻燃体系残炭量测定图2为纯SEBS/PP(空白样)及添加30%IFR阻燃的SEBS/PP(对比样)的热重曲线。由图2可以看出,阻燃SEBS/PP(对比样)的初始分解温度率低于纯SEBS/PP(空白样),然而当温度超过400℃后,阻燃试样的失重速度明显降低。在600℃时,未添加阻燃剂的空白样残炭量为1.84%,而添加30%阻燃剂的对比样提高到14.84%。以IFR复合体系实验残炭量为33%,对比样中由IFR产生的理论残炭量约为10%,而阻燃体系的残炭量实测值达到14.84%,超出其5%左右,这可能是由于IFR复合膨胀型阻燃剂与SEBS/PP基材在热分解的过程中发生了相互作用。在IFR的作用下,不成炭的聚合物参与了体系的成炭。炭层覆盖于聚合物基材的表面,有效地阻止了热和氧的传递,阻止和延缓由聚合物热分解产生小分子可燃物进入气相,从而起到显著的阻燃作用。2.4阻燃炭层的扫描电镜图3为试样燃烧后的照片。从图3中可以清楚看到,添加阻燃剂后的试样在燃烧时产生了大量的膨胀炭层结构,这样的结构能有效地抑制试样的燃烧。图4为添加30%IFR膨胀性阻燃剂试样燃烧后表面炭层的扫描电镜照片。从图中可以看出炭层为多孔结构的泡沫状固体。当复合材料受热燃烧时,阻燃剂也随之发生分解、膨胀、交联,能形成内部多孔、外部致密的炭层。这是由于IFR混合物受热时(至250℃左右),APP开始与PER反应生成季戊四醇磷酸酯,该产物通过分子内酯化形成环状磷酸酯。随着温度继续升高,通过炭化反应,磷酸酯键几乎完全断裂,生成不饱和富碳结构。含有烯烃结构的磷酸酯经D-A反应(Diels-Alderreaction)生成芳香结构的产物。通过D-A反应的反复进行,进一步生成芳香结构的泡沫状炭层。3保护炭层碳层1)IFR阻燃SEBS/PP共混物在受热燃烧时,具有显著的成炭及促进聚合物成炭作用,能在聚合物表面形成内部多孔、外部致密的保护炭层,并提高聚合物残炭量,从而