玻纤增强阻燃PBT的性能
来源 : 公开网络
作者 : 公开网络
时间 : 2022-01-07

聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)是热塑性聚酯,也是五大工程塑料之一。PBT综合性能优良,是最坚韧的工程塑料之一,并且具有较高的尺寸稳定性、良好的耐化学腐蚀性、优异的电绝缘性、良好的力学性能和弹性、较低的吸水性等。但它的耐热性不如聚对苯二甲酸乙二酯(PET),PBT极易燃烧,燃烧时熔融滴落且火焰传播速度快,因此PBT的阻燃性能研究显得尤为重要。

 

山东泰星新材料股份有限公司利用氰尿酸和三聚氰胺在合成三聚氰胺氰尿酸盐过程中对次磷酸铝进行包覆,并用氢氧化铝、偶联剂(KH–560)对其进行表面处理,得到三聚氰胺氰尿酸盐包覆次磷酸铝阻燃剂,在制备阻燃PBT制品过程中,调节聚乙烯(PE)树脂、硬脂酸钙、抗滴落剂的用量来提高加工流动性能和力学性能,最终在阻燃剂添加量较少的情况下,得到阻燃、力学性能优异的30%玻纤(GF)增强PBT阻燃材料。

 

试样制备

(1)依次向反应釜中加入150份水、85份无机次磷酸铝、7.5份氰尿酸,开启蒸汽加热,开启搅拌,待体系温度升至95℃后,加入7.3份三聚氰胺,恒温反应2?h结束后,停止搅拌;降温、沉降,除去上清液后,洗涤、干燥后投入高速混合机中,并加入0.3份氢氧化铝、0.06份KH–560,启动低速档,3 min后启动高速档,6 min后出料,得到三聚氰胺氰尿酸盐包覆次磷酸铝阻燃剂,即PBT专用无卤阻燃剂。

 

(2)将10份十溴二苯乙烷和5份三氧化二锑加入高速混合机中,启动低速档,3 min后启动高速档,6 min后出料,得溴锑阻燃剂。

 

(3)将PBT粒料于(105±5)℃下鼓风干燥2 h,按照配比分别与专用阻燃剂和溴锑阻燃剂混合均匀,将混合好的物料分别经挤出机挤出造粒,短切GF从侧喂料口加入,挤出机各区温度为:一区225℃,二区228℃,三区230℃,四区230℃,五区228℃,六区225℃,机头温度为225℃,螺杆转速为260 r/min,侧喂料转速为23 r/min,控制短切GF质量分数为30%。

 

专用阻燃剂和溴锑阻燃剂阻燃PBT性能对比

30% GF增强专用阻燃剂阻燃PBT和溴锑阻燃PBT配方见表1,相应的性能对比见表2。从表2可以看到,当专用阻燃剂添加的质量分数为13%,或溴锑阻燃剂添加质量分数为15%时,制备的阻燃PBT垂直燃烧等级达到UL94 V–0级,可通过960℃灼热丝起燃温度测试,故专用阻燃剂完全可以替代溴锑阻燃剂达到阻燃效果。专用阻燃剂阻燃PBT的拉伸强度、弯曲强度及弯曲弹性模量和溴锑阻燃剂阻燃PBT的测试数据几乎没差别,而简支梁缺口冲击强度提高了6.48%,因此在专用阻燃剂添加量降低至13%情况下,专用阻燃剂阻燃PBT的力学性能完全可以达到溴锑阻燃剂阻燃PBT的力学性能。另外,专用阻燃剂阻燃PBT的CTI可达到600 V,而溴锑阻燃剂阻燃PBT的CTI<200 V,两种阻燃PBT的热变形温度相差不大,因此使用专用阻燃剂阻燃PBT的电性能和热性能是完全可以达到传统的溴锑阻燃制品的要求。

 

PE树脂添加量对阻燃PBT性能的影响

不同PE添加量的阻燃PBT配方见表3,相应的性能见表4。GF增强PBT配方中添加的阻燃剂和GF与PBT粒料的包裹性差,对其加工有一定影响,因此在配方中添加PE来改善加工流动性。从表4可以看出,添加少量PE (0.5%,1.5%)对PBT的垂直燃烧等级无影响,对力学性能影响不大,但PE添加质量分数为3%时,阻燃PBT的垂直燃烧等级只能达到UL94 V–2级。这主要是因为,PE可以改善基材的流动性,过多的添加量会使得试样在燃烧时形成滴落现象,火焰未熄灭的熔滴会引燃脱脂棉。所以,从阻燃性能考虑,PE的添加量不能过多,以质量分数1.5%为宜。

 

硬脂酸钙添加量对阻燃PBT性能的影响

不同硬脂酸钙添加量的阻燃PBT配方见表5,相应的性能见表6。GF增强PBT配方中添加的阻燃剂和GF与PBT的相容性差,在加工过程中摩擦力大,对设备有一定影响。硬脂酸钙是一种很好的润滑剂,因此在配方中添加硬脂酸钙来提高加工流动性。从表6可以看出,少量硬脂酸钙(0.2%,0.4%)的添加对PBT的垂直燃烧等级无影响,对力学性能影响不大,但当硬脂酸钙添加质量分数为0.6%时,阻燃PBT的垂直燃烧等级只能达到UL94 V–2级。这主要是因为硬脂酸钙提高了基材的流动性,过多的添加量,会使得试样在燃烧时形成滴落现象,火焰未熄灭的熔滴落会引燃脱脂棉。所以,从垂直燃烧性能考虑,硬脂酸钙的添加量不能过多,以质量分数0.4%为宜。

 

抗滴落剂添加量对阻燃PBT性能的影响

不同抗滴落剂添加量的阻燃PBT配方见表7,相应的性能见表8。GF增强PBT在燃烧过程中容易滴落引燃脱脂棉而降低垂直燃烧等级,因此在PBT中往往添加少量抗滴落剂来抑制PBT燃烧时产生的熔滴引燃脱脂棉现象。从表8可以看出,在没有添加抗滴落剂的配方中,专用阻燃剂添加质量分数为15%,而添加抗滴落剂质量分数为0.3%,0.5%时,专用阻燃剂添加质量分数分别为13%,12%,添加少量抗滴落剂可以降低阻燃剂的添加量,且少量添加抗滴落剂对阻燃PBT的垂直燃烧等级无影响,对力学性能影响不大。综合配方比例,阻燃PBT中添加质量分数0.3%的抗滴落剂,可将阻燃剂的添加质量分数降低2%。

 

结论

利用氰尿酸和三聚氰胺在合成三聚氰胺氰尿酸盐过程中对次磷酸铝进行包覆,并用氢氧化铝、偶联剂对其进行表面处理,得到三聚氰胺氰尿酸盐包覆次磷酸铝阻燃剂。将阻燃剂应用到PBT基材中,在较低的添加量下PBT的阻燃性可以达到UL94 V–0 (1.6 mm)。在制备PBT过程中添加质量分数1.5%的PE树脂,0.4%的硬脂酸钙可以提高PBT的加工流动性,添加质量分数0.3%的抗滴落剂可以降低质量分数2%的阻燃剂。最终在阻燃剂添加量较少的情况下,得到阻燃、力学等综合性能优异的30% GF增强PBT阻燃材料。

 

来源:王鲁静,王艳辉,段金凤,等.玻纤增强阻燃PBT的性能[J].工程塑料应用,2021,49(12):142–146.