ABS复合材料的阻燃及静态力学性能研究

以PVC, CPE,纳米Mg(OH) 2 和纳米ZnSnO3 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 ( PVC) ∶m (CPE) ∶m (纳米Mg(OH) 2 ) ∶m (纳米ZnSnO3 ) = 100∶60∶11∶3. 5∶2. 此时,体系的拉伸强度为36. 39MPa,缺口冲击强度为34. 80 kJ /m2 ,氧指数为31. 5% ,水平燃烧达到Ⅰ级,垂直燃烧达到FV - 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.

第23卷　第1期2008年2月

郑州轻工业学院学报(自然科学版)

JOURNALOFZHENGZHOUUNIVERSITYOFLIGHTINDUSTRY(NaturalScience)

Vol.23　No.1

Feb.2008

文章编号:1004-1478(2008)01-0031-03

ABS复合材料的阻燃及静态力学性能研究

闫铨钊,　胡　卉,　马亿珠,　李亚东,　张予东,　李宾杰

(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)

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摘要:以PVC,CPE,纳米Mg(OH)2和纳米ZnSnO3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(PVC)∶m(CPE)∶m(纳米Mg(OH)2)∶m(纳米ZnSnO3)=100∶60∶11∶3.5∶2.此时,体系的拉伸强度为36.39MPa,缺口冲击强度为34.80kJ/m,氧指数为31.5%,水平燃烧达到Ⅰ级,垂直燃烧达到FV-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ZnSnO3;阻燃性能中图分类号:TB331

文献标识码:A

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igioursandlpropertiesofABScomposites

YANQuan2zhao,　HUHui,　MAYi2zhu,　LIYa2dong,　ZHANGYu2dong,　LIBin2jie

(1.CollegeofMaterialandChem.Eng.,ZhengzhouUniv.ofLightInd.,Zhengzhou450002,China;

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2.NationalCenterforQualitySupervisionandInspectionofBuildingDecorationMaterials,Zhengzhou450004,China;3.ProvincialKeyLaboratoryofSpecialFunctionalMaterials,HenanUniv.,Kaifeng475001,China)

Abstract:PVC,CPE,nano2Mg(OH)2andnano2ZnSnO3wereusedtomodifiedABS.Theresultsshowedthatthebestprescription:m(ABS)∶m(PVC)∶m(CPE)∶m(nano2Mg(OH)2)∶m(nano2ZnSnO3)=100∶60∶11∶3.5∶2.Thetensilestrengthwas36.39MPa,thenotchedimpactstrengthwas34.8kJ/m,theoxy2genindexwas31.5%,levelfiringrankedI,verticalfiringrankedFV-0andalmosttherewasnoblacksmokeinthecombustionprocess.Thecomprehensiveperformanceofcompoundsystemwasbetter.Keywords:ABScomposites;nano2Mg(OH)2;nano2ZnSnO3;flameretarding

2

0　引言

ABS树脂是1940年代开发的一种新型通用工

收稿日期:2007-06-13

程塑料,具有绝缘性好、易染色、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

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.

以PVC, CPE,纳米Mg(OH) 2 和纳米ZnSnO3 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 ( PVC) ∶m (CPE) ∶m (纳米Mg(OH) 2 ) ∶m (纳米ZnSnO3 ) = 100∶60∶11∶3. 5∶2. 此时,体系的拉伸强度为36. 39MPa,缺口冲击强度为34. 80 kJ /m2 ,氧指数为31. 5% ,水平燃烧达到Ⅰ级,垂直燃烧达到FV - 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.

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郑州轻工业学院学报(自然科学版)

2008年　

特点,但其氧指数仅为18.3～20,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]

适量的无水乙醇中用超声波处理40min后,与ABS一起在烘箱中干燥4h,温度为80～90℃;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120～130℃;后辊110～120℃.塑炼时间5～10min.模压温度:上模板155～165℃;下模板145～150℃.模压时间:预热3min,压制5～8min.其工艺流程见图1

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本文以聚氯乙烯(PVC),氯化聚乙烯(PEC),纳米ZnSnO3,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ABS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;PVC,黑

图1　复合材料制备工艺流程

1.4　性能测试

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,ZnSnO3,均为40～60nm,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,KQ218型超声波分散仪,氧指数按GB/T2406—1993测定;烟密度按GB/T8627—1999测定;GB1040—79

测定;垂直燃烧按/1984GB/T2408—产;SK—1608;QLB—D,;HY—W型

2　结果与讨论

采用均匀设计法,以PVC,纳米ZnSnO3,

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ZnSnO3和纳米Mg(OH)2两者之间没有

空气中发烟量

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#[7-8]

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型烟密度测定仪,承德金建检验仪器有限公

司产;CMT—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ZnSnO3,纳米Mg(OH)2,PVC及PEC在

纳米

Mg(OH)2

02514036

表1　复合体系的阻燃效果及力学性能测定结果

编号ABSPVCPEC

12345678

100100100100100100100100

00203040506070

0371105913

纳米氧指数烟密度最大拉伸强缺口冲击强水平燃

垂直燃烧级别-2

ZnSnO3/%等级烟密度度/MPa度/(kJ m)烧级别

0108642012

18.720.724.526.724.527.529.333.5

81.0873.4176.1873.4753.8562.0764.9374.75

10095.4394.4491.4375.9381.3786.8188.21

43.7336.6534.8938.6139.7840.4439.1937.43

16.0017.4812.5432.8916.6031.7834.2627.89

ⅢⅢⅡⅡⅡⅡⅡⅠ

低于FV-2级黑烟很大低于FV-2级黑烟很大

FV-1FV-0FV-1FV-0FV-0FV-0

黑烟很大黑烟较大黑烟较大黑烟较小黑烟较小黑烟较小

注:ABS,PVC,PEC,纳米Mg(OH)2,纳米ZnSnO3用量均以份数计.

以PVC, CPE,纳米Mg(OH) 2 和纳米ZnSnO3 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 ( PVC) ∶m (CPE) ∶m (纳米Mg(OH) 2 ) ∶m (纳米ZnSnO3 ) = 100∶60∶11∶3. 5∶2. 此时,体系的拉伸强度为36. 39MPa,缺口冲击强度为34. 80 kJ /m2 ,氧指数为31. 5% ,水平燃烧达到Ⅰ级,垂直燃烧达到FV - 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.

　第1期闫铨钊等:ABS复合材料的阻燃及静态力学性能研究 33

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(y1),拉伸强度(y2),烟密度(y3),氧指数(y4)4项指标进行回归分析,各项指标的回归方程如下:

y1=17.75+0.226x1+0.957x2-0.031x3-2.774x4y2=41.34+0.034x1-0.198x2-0.203x3-0.536x4y3=72.72-0.376x1+1.685x2-0.315x3+0.564x4y4=18.67+0.139x1+0.286x2+0.141x3-0.053x4

最佳配方为:m(ABS)∶m(PVC)∶m(CPE)∶m(纳米Mg(OH)2)∶m(纳米ZnSnO3)=100∶60∶11∶3.5∶2.

此时体系的缺口冲击强度为34.80kJ/m,拉伸强度为36.39MPa,氧指数为31.5%,水平燃烧达到Ⅰ级,垂直燃烧达到FV-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

2

其中,x1为PVC含量,x2为PEC含量,x3为纳米Zn2SnO3含量,x4为纳米Mg(OH)2含量.

无卤阻燃ABS中的应用[J].塑料工业,2005,33

(4):57.

[2]　FujiiT,OkuboK,YamashitaN.Developmentofhighper2

formancebamboocompositeusingmicrofibrillatedcellu2lose[J].HighPerformanceStructuresandMaterials,2004(3):421.

[3]　李亚东,李爱勤,白宝丰,等.应用均匀试验设计研究

ABS/PVC无溴阻燃配方[J].郑州轻工业学院学报:

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(PVC)∶m(CPE)∶m(纳米Mg(OH)2)∶m(纳米ZnSnO3)=100∶60∶11∶3.5∶2,

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此时体系的缺口冲击强度为34.80kJ/m,拉伸强度为36.39MPa,氧指数为31.5%,水平燃烧达到Ⅰ级,垂直燃烧达到FV-0级,乎没有黑烟产生,.

2

自然科学版,2003,18(2):45.

[4]闫福丰,,.PVA流延膜力学

[:自然科学版,

().

[,.PVC/ABS合金性能研究[J].塑料科

技,2007,35(8):70.

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

[6]　陈桂兰,刘波,汪凌,等.阻燃ABS及其合金的研究

[J].中国塑料,2000,14(7):34.

[7]　方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京:科学出版

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u6b4.html