PVC-ACS合金的耐候阻燃与抗静电性能

谢 滨 邱琪浩

（宁波镇洋新材料有限公司，浙江 宁波315204）

ACS树脂一般是指丙烯腈（AN）、氯化聚乙烯（CPE）、苯乙烯（St）的三元共聚物，即由AN和St接枝到CPE的主链上而形成的接枝聚合物[1]。由于采用耐老化的CPE代替了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）中的受光热作用易氧化老化的聚丁二烯组分，所以其耐候性、阻燃性、抗静电性能较ABS优异[2-4]。以聚氯乙烯（PVC树脂）、ACS树脂为基材，通过熔融共混技术制备的PVC-ACS合金，兼有PVC树脂优良的阻燃性能、常温力学性能、耐腐蚀性和耐候性，以及ACS树脂的耐老化、抗冲击的优点，性价比高，有阻燃、耐冲击等品种，可在多个领域部分代替ABS树脂以及ACS树脂加工制件，主要用于制作兼具阻燃、耐候等多重功能要求，户外使用的工程塑料制品或阻燃抗静电塑料制品，特别适用于机电产品及仪器仪表的外壳及零件，是一种发展前景良好的工程塑料合金。日本早在20世纪70年代便已开始PVC-ACS合金的开发研究，并有系列产品投入市场[5-6]。国内目前尚无大规模生产PVC-ACS合金的厂家，相关开发研究也几乎空白，因此，PVCACS合金的工业化成为国内热点。

1 实验部分

1.1 实验原料

PVC，SG5型；ACS，通用级，橡胶的质量分数20%，自制；ABS，GP22；丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯橡胶共聚物（ASA），GE7020；润滑剂、抗氧剂等助剂，抗静电母粒，工业级，市售。

1.2 设备仪器

AK-36型双螺杆挤出机，AX-10型高速混合机，AG5100型水平垂直燃烧试验仪，CEAST3367型万能试验机，CEAST9045型摆锤冲击试验机，QSUN氙灯试验箱。

1.3 材料制备

将PVC、苯乙烯系树脂分别置于80℃烘箱中热风干燥2 h，然后按配比与热稳定剂、润滑剂、抗氧剂加入到高速混合机1 000 r/min混合15min，由双螺杆挤出机塑化挤出成型。将粒料置于80℃烘箱中烘干2 h，然后按照标准制成注塑样条。

1.4 性能测试

氙灯人工气候老化试验按GB/T 16422.2—1999进行测试（辐照度0.35 W/m2（340 nm），黑板温度（65±3）℃，光照、冷凝周期108、12 min，无黑暗周期），阻燃等级测试按照GB/T 2408—2008测试，表面电阻率按GB/T 1410—2006测试[7-9]。

2 PVC-ACS合金性能

2.1 耐候性能

通用系树脂，比如ABS、高冲击强度苯乙烯（HIPS）通常含有丁二烯乳胶，聚丁二烯橡胶含不饱和碳碳双键，受紫外光（UV）辐照后容易断键，耐候性较差，添加UV吸收剂后方可满足户外使用需求。为了满足使下游产业使用需求，采用耐候性橡胶代替聚丁二烯橡胶制成的高分子材料应运而生，如ASA、丙烯腈-三元乙丙橡胶-苯乙烯三元共聚物（AES）和ACS，即使未经耐老化处理，其耐老化性能也可达到主流耐候ABS的水平。笔者将自制的PVC-苯乙烯系树脂合金进行氙灯老化实验，其结果见表1。

表1 多种苯乙烯系树脂及合金人工老化性能对比Tab 1 Artificial aging performance comparison of various styrene resin and alloy

从表1可见，经PVC改性后，ABS、ACS的耐候性均有不同程度的提高。PVC-ACS合金的耐候性大大优于PVC-ABS合金，基本与ASA持平。ABS、PVC-ABS不耐氙灯老化，人工老化1 000 h后，冲击强度损失超过50%，而PVC-ACS则下降19%，后期基本恒定不变，依然维持在很高的水平。这主要是ABS中的聚丁二烯橡胶含不饱和碳碳双键，受紫外光辐照后容易断键，耐候性较差，长期暴露于户外易引起力学强度大幅下降。而ACS由于采用耐老化的CPE代替ABS中的聚丁二烯橡胶，其耐候性能较ABS优异。CPE橡胶分子链近视饱和，不饱和碳碳双键，分子链结构中无明显弱键，可以承受紫外线的照射从而使得制件的力学性能不会迅速下降[10]。

上述5种材料具有相似的物理特性，用途也多有重叠和交叉，由于PVC-ACS合金耐候性能与ASA树脂整体相当，具有更加优异的性价比，因此应用领域更宽。

2.2 阻燃性能

ACS树脂由于引入了CPE橡胶，分子链上含有一定数量的卤素基团，具备一定的阻燃效果[11-13]。通过共混阻燃性能优异的PVC，PVC-ACS合金的阻燃性能将有大幅提高。为了验证其阻燃效果，将PVCACS、PVC/ABS等进行阻燃性对比实验，其结果如表2所示。

从表2可见，几种阻燃级树脂比较，PVC-ACS合金阻燃性能最优。由于ACS树脂中的橡胶成分CPE含有氯，其本身就具有一定的阻燃性，因此相同配比的PVC-ACS合金阻燃性能明显优于PVCABS合金。通常，阻燃ABS及PVC-ABS合金需要加入一定量聚四氟乙烯（PTFE）以防止燃烧过程中发生火焰滴落现象[14-15]。但加入PTFE会使树脂物性下降，生产成本上升，而PVC-ACS合金本身燃烧无滴落，无须加入PTFE，性价比更优。

表2 垂直燃烧实验结果Tab 2 Experimental results of vertical combustion

2.3 抗静电性能

为了防火安全，对合成树脂特别是用来制备电器外壳的材料，除要求具有阻燃性外，对火源之一的静电也有特殊要求。为此，ABS树脂及合金配方中通常加入一定量抗静电剂，但抗静电剂的加入会造成其他性能的下降。ACS表面的电荷泄漏速度比ABS树脂大，在不使用抗静电剂的情况下，也不会因为静电而吸附尘埃，带电而造成的污染很小。几种树脂体系表面电阻率ρs见表3。

表3 各树脂体系表面电阻率Tab 3 The surface resistivity of resin system

表3表明，ACS树脂及合金的抗静电性要优于ABS树脂及合金，根据ACS树脂内CPE种类及含量的不同，PVC-ACS合金表面电阻率一般比PVCABS合金的低1～2个数量级，添加1～3份抗静电母粒，PVC-ACS合金的表面电阻率即可降至10～103 MΩ，满足抗静电要求，特别适用于精密电子仪器以及电器产品外壳。

3 结论

1）PVC-ACS合金的耐候性能、阻燃性能和抗静电性能均优于PVC-ABS合金。

2）当PVC、苯乙烯系树脂质量比为1:1时，PVC-ACS合金氙灯老化3 000 h后的缺口冲击强度保留率大于70%，与ASA树脂相当。

3）PVC-ACS合金体系中卤素含量高，阻燃等级达到1.6mmV0，可满足阻燃领域使用要求。

4）PVC-ACS合金极性相对较高，表面电阻率可达到106 MΩ，添加少量抗静电母粒，其表面电阻率可大幅下降，可满足抗静电要求。

基于此开发的阻燃抗静电PVC-ACS合金已成功应用于低压电器开关面板、220 V插座等小功率电器外壳。

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