磷-氮系膨胀阻燃剂阻燃聚丙烯耐水性能研究

2015-10-10刘平平李方舟于晓璐黄兆阁

橡塑技术与装备 2015年12期

关键词：耐水性阻燃性阻燃剂

刘平平，李方舟，于晓璐，黄兆阁

（青岛科技大学，山东　青岛　266042）

磷-氮系膨胀阻燃剂阻燃聚丙烯耐水性能研究

刘平平，李方舟，于晓璐，黄兆阁*

（青岛科技大学，山东青岛266042）

通过研究磷-氮阻燃剂对阻燃聚丙烯浸水前后力学性能和阻燃性能的影响，结果表明，浸水后聚丙烯的拉伸强度、弯曲强度和阻燃性能均有所下降，简支梁缺口冲击强度下降幅度较大，但阻燃性能下降幅度不大。

磷-氮膨胀阻燃剂；浸水；力学性能；阻燃性能

磷、氮膨胀型阻燃剂（IFR2）是以磷、氮为主要阻燃元素的阻燃剂，由于其在燃烧过程中产生无腐蚀性气体，具有低烟、低毒等优点已广泛应用于聚合物的阻燃改性。通常用的膨胀型阻燃剂主要聚磷酸胺作为酸源，在燃烧过程中促进多羟基化合物脱水成炭形成具有一定厚度的泡沫碳层覆盖在聚合物表面来达到阻燃目的，但聚磷酸胺容易水解，用其阻燃改性后的聚丙烯材料浸水后性能往往下降较大，制约了其应用领域拓展，因此研究磷、氮膨胀型阻燃剂阻燃材料的耐水性能很有必要。

1　实验部分

1.1原料与设备

1.1.1实验原料

聚丙烯（PP），EPS30R，齐鲁石化公司；磷-氮膨胀阻燃剂，IFR-2，青岛方达化工有限公司。

1.1.2实验设备与仪器

双螺杆挤出机，SHJ-20，江苏昆山科信塑料机械有限公司；塑料注射成型机，TTI-130F2，东华机械设备有限公司；电热恒温水浴，HHS11，北京三二八科学仪器有限公司；JF-5，南京市江宁区分析仪器厂；水平垂直燃烧测定仪，СZF-3，高铁检测仪器有限公司；电子拉力试验机，TСS-2000，高铁检测仪器有限公司；简支梁冲击试验机，7045-MDH，高铁检测仪器有限公司。

1.2试样制备与性能测试

1.2.1试样制备

（1）配方：聚丙烯100 phr，阻燃剂用量分别为0 phr、25 phr、30 phr、35 phr、40 phr。

（2）工艺流程：配料→挤出造粒→干燥→注射制样→性能测试。

（3）试样制备条件。

造粒：采用双螺杆挤出机挤出，一区温度为170 ℃，二区温度为180 ℃，三区温度为190 ℃，四区温度为200 ℃，五区温度为210 ℃，机头温度为205 ℃，螺杆转速为100 r/min。

干燥：在80 ℃烘箱中4 h。

制样：各段温度采用机头220 ℃，一区210 ℃，二区 200 ℃，三区170 ℃。注射压力5 MPa，保压压力6 MPa，保压时间6 s，冷却时间15 s。

1.2.2性能测试

垂直燃烧按UL-94进行，试样厚度为3.2 mm；拉伸性能按GB/T1040.2-2006进行，A型试样，拉伸速度50 mm/min；简支梁缺口冲击强度GB/T1043.1-2008/1eA进行，摆锤冲击能量0.5 J；耐水性能测试按照UL-746С进行，将阻燃聚丙烯测试样条放入70.0 ℃的蒸馏水中浸泡7 d，前5 d每天换一次水。浸泡完成后，将测试样条放在23.0 ℃的蒸馏水中再浸泡0.5 h，然后立即进行力学性能测试；将进行阻燃测试的样条在23.0 ℃，相对湿度50%的环境中进行两周的状态调节，然后进行阻燃测试。

2　结果与讨论

2.1阻燃剂用量对聚丙烯浸水前后力学性能的影响

从表1中可以看出，随IFR2阻燃剂用量的增加，阻燃聚丙烯的拉伸强度变化不大，弯曲强度和简支梁缺口冲击强度均有一定程度的下降；浸水后材料的拉伸强度变化不大，弯曲强度出现一定程度的下降，而简支梁缺口冲击强度急剧下降，这可能是因为一方面浸水后阻燃剂中酸源从复合体系中被抽出，形成较多微小孔洞，另一方面，70 ℃条件下浸泡168 h，对聚丙烯本身也有一定老化共同作用造成的。

表1　阻燃剂用量对阻燃聚丙烯浸水前后力学性能的影响

替换

2.2浸水前后阻燃剂用量对阻燃聚丙烯阻燃性能的影响

从表2中能够看出，浸水实验前，加入30份阻燃剂即可达到UL-94 垂直燃烧V-0级，而经过浸水实验后，加入35份阻燃剂才能够达到V-0级，这是由于阻燃剂中的有效成分呈极性，与非极性的聚丙烯相容性差。在浸水实验过程中，阻燃剂有效成分容易从聚丙烯基体中迁移析出，致使阻燃聚丙烯中的有效阻燃成分减小，从而导致阻燃效率下降。