ATM中塑料件的阻燃性能研究探讨

2015-11-21王淑萍

橡塑技术与装备 2015年24期

关键词：可燃性氧指数阻燃性

王淑萍

（恒银金融科技有限公司（产品研发中心），天津 300308）

ATM中塑料件的阻燃性能研究探讨

Research on f ame retardant properties of plastic parts in ATM

王淑萍

（恒银金融科技有限公司（产品研发中心），天津 300308）

随着ATM的普及和应用，已将多种塑料材料应用于ATM机器零件中，人们对塑料材料的阻燃性能提出了更高的要求，开展塑料阻燃性能的研究已迫在眉睫。本文结合ATM中常见的塑料材料，利用科学的测试方法和测试标准对阻燃性能进行了研究评价。

塑料件；阻燃性能；研究

随着高分子聚合技术的不断发展和进步，大量的塑料材料被开发出来，市场上陆续出现多种多样的塑料制品，并且在时代的发展过程中，塑料制品以轻巧、耐用的特点逐渐取代更多的传统产品，不断影响人们的衣食住行。针对ATM而言，其中也含有大量的塑料件，为了提高机器整体的安全性和可靠性，必须对塑料性的阻燃性能进行分析研究。

1 ATM中常见塑料的特点和应用

1.1 聚甲醛

聚甲醛具有良好的抗冲击性和较高的抗拉强度，尺寸稳定性较好，耐摩擦性能优越，在高温和水中也有很大的刚性，可以抵抗低程度的化学腐蚀，耐反复扭曲，回弹能力较好，加热状态下不易分解[1]。

聚甲醛一般用于制作ATM中的各种齿轮或滑轮零件，此种材料的收缩率2%～3.5%，48 h内还会收缩1%。

1.2 尼龙

尼龙材料具有良好的抗疲劳能力和刚性，耐热性较好，摩擦系数低，具有良好的耐磨性，但吸湿性较大，因此尺寸稳定性较差。

尼龙材料适用于ATM中无润滑或少润滑条件下，一般作为耐磨材料使用。

1.3 ABS塑料

ABS树脂具有良好的抗冲击性、耐热性、耐腐蚀性，生产加工过程也较为简单，产品性能优良，表面光泽好，易于着色，方便进行二次加工，是ATM中应用较多的材料。ABS化学名称为丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物，由丙烯晴、丁二烯和苯乙烯共聚而成的三元聚合物。在ATM中，ABS一般用作耐磨受力传动零件、耐腐蚀构件等，收缩率0.4%～0.7%，溢边值0.04 mm。

1.4 PC+ABS

PC+ABS是一种工程塑料合金，俗称塑料王，这种材料具有PC树脂的优良耐热性和耐冲击性能，同时具有ABS树脂优良的加工流动性，常用于ATM的塑料面板和用户操作模块。

1.5 PMMA

PMMA化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，通过丙烯酸与酯类聚合得到的化合物统称为冰丙烯酸类树脂，其中的PMMA应用最为广泛，PMMA能够溶解于苯酚和苯甲醚等有机溶剂中，具有良好的介电性能，在有机场效应管中最为常见，具有良好的化学稳定性和耐热性，同时PMMA的透光性较好，机械强度较高，尺寸也较为稳定，易于成型。

1.6 PE

PE化学名称为聚乙烯，通过乙烯聚合制得，聚乙烯无臭、无毒，耐低温性和化学稳定性较好，在80～100 ℃的温度下也能发挥良好的特性，能抵抗大多数酸碱的附属，常温下基本不具吸水性，不溶于有机溶剂，介电性能优良。PE作为ATM中电缆的外包部分而得到广泛的应用，也可直接将其涂于金属表面，作为辅抗腐蚀剂使用。

1.7 NBR

NBR也称为丁腈橡胶，通过丁二烯和丙烯腈聚合制得，丁腈橡胶具有良好的耐油性和耐磨性，但耐低温性较差，绝缘性能不强，主要用于制造耐油橡胶制品，例如奶油的胶管、密封圈。

1.8 PVC

PVC化学名称为聚氯乙烯，通常分为硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯。硬质聚氯乙烯具有量好的机械强度和化学稳定性，耐油性和抗老化性也较好，但耐高温性不强，温度超过60 ℃时会发生变形软化。软质聚氯乙烯的抗拉强度和抗弯强度不及硬质聚氯乙烯，破裂延伸率就较高，有良好的耐低温性和电器性能。

ATM中的PVC一般用于制作耐腐蚀材料和绝缘胶皮。

2 塑料阻燃性能测试方法

2.1 研究背景

针对塑料材料的阻燃性能测试与评价，大都采用小型试验，试验结果无法反应真实火灾中材料的实际变化，只能用作在该试验条件下与不同材料相比得出的阻燃特性，这样的比较方法也存在一定的局限性。尽管如此，小型测试方法仍然是各国普遍采用的对塑料产品进行阻燃性能评价的方法，并且相关国际组织已颁发了测试标准。

为了保证ATM中的塑料材料在实际火灾中更加接近真实的变化，很多国家将材料的大型阻燃性测试投入试验，通过模拟真实火灾，结合材料的相关特性，建立完善的计算机模型。这种大型试验耗资巨大，试验周期较长，一般实验室并不采用。针对有些大型测试试验，目前也存在较多的经验成分，得出的结果也并不太满意。

随着科学技术的进步，人们将数学和物理模型应用于材料试验中，以期能通过小型试验推测出材料在真实火灾中的变化，近年来这一项目取得了较快的发展。

2.2 塑料点燃性和可燃性的测定

点火源关系到材料的点燃性，材料的点燃性也直接表征着火灾发生的概率。材料的可燃性是指具有火焰燃烧的特性。若试验条件一定，可以进行有火焰燃烧的材料都称为可燃材料。

2.2.1 塑料点燃温度的测定

在规定的试验条件下，塑料分解放出可燃气体，利用外界火焰将气体点燃后，气体可以维持燃烧的最低温度称为塑料的点燃温度。测试时利用sketchkin仪，先将试验材料剪成2.0 cm×2.0 cm的方片材。

测试时，将温度调至400 ℃，调整空气流速，空气温度恒定后，试样盘适当降低至炉内，点燃引火源，开始计时[2]。

如果试样在5 min内点燃，则需要根据事情试验状况降低空气温度，并计时更换试样后重新测试；若试样在5 min内没有点燃，则根据实际试验状况提高空气温度后重新测试，及时记录发生闪光时的最低空气温度，此时的温度即为试样的最低点燃温度。试样的自燃温度可以采用同样的方法进行测定，不同的是不需要点火源。

2.2.2 塑料可燃性的测定

ATM中塑料可燃性的测定一般利用UL94可燃性试验进行，以对塑料的可燃性进行评价，主要用于测定按照一定位置放置的塑料产品被施加火焰后的具体变化。

UL94可燃性测试试验最先由美国保险业研究室开发，后来被广泛应用于测试塑料材料的可燃性，可以评价塑料材料对某一特定环境的适应性，UL94可燃性试验包括3个测试方法。

（1）材料分类为94 HB的水平燃烧试验，如图1。

如图2所示，本测试中的主要装置有金属丝网、测试炉、燃烧器。试样大小为130 mm×13mm。

测试过程中点燃燃烧器，生成25 mm高度的蓝色火焰，试样受火焰灼烧30 s，燃烧过程中不改变燃烧器的位置，然后移开试样，若没有到规定时间试样就燃烧至25 mm标记位置，需要撤去火焰，撤走火焰后，若试样继续燃烧，记录火焰前端到25 mm处的标记位置，计算燃烧速度。每个样品测试5个试样，消除误差，将最大的燃烧速度和燃烧长度作为此种材料的评定标准。

（2）材料分类为94V—0、94V—1、94V—2的垂直燃烧试验。垂直燃烧试验装置如图3所示。

图1 材料分类为94 HB的水平燃烧试验图

图2 水平燃烧装置示意图

图3 垂直燃烧装置实验图

试样大小为130 mm×13mm，测定过程中，将本生灯放于垂直的试样下端，点火约10 s，移走火源，记录试样的有焰燃烧时间，若试样在移走火源后30 s内熄灭，则需要重新点燃试样10 s，记录移走火源后试样有焰燃烧时间和无焰燃烧时间，观察脱脂棉（cotton）是否被熔滴点燃。垂直试验法判别指标如表1。

表1 垂直试验法判别指标

（3）塑料耐灼燃性测定。测定的目的是评价塑料的耐灼燃性，保持炽热棒与被测试样接触一定的时间，观察试样的变化特点。主要装置为炽热棒试验仪，炽热棒采用直流或交流电加热，温度稳定在950 ℃，将炽热部分固定在绝缘板上，用试样接触。

试验前，试验宽面距离点火端25 mm和100 mm位置做上标记，把定位帮旋转至炽热棒的位置，利用试样夹将试样水平固定。试验时，将炽热棒加热到950 ℃，转动支架，保证炽热棒与试样就接触，此时开始计时，3 min后将炽热棒转离，从开始计时起观察试样是否出现火焰，如果试样有火焰，记录两条标记之间燃烧的时间，计算燃烧速度，若火焰未到达100 mm标线位置就已经熄灭，记录燃烧的长度。

2.3 塑料极限氧指数测定（LOl）

规定条件下，试样在氮氧的混合气体中维持平衡燃烧所需的最低氧气浓度称为极限氧指数，其中的氧气浓度以体积百分含量测定。测定的主要装置为氧指数仪，其中有玻璃燃烧筒、试样夹、流量和测定控制系统，将玻璃珠放置于燃烧筒底部，以维持气流平衡，玻璃珠上有金属网，用以承接滴落物[3]。试验装置如图4所示。

测试时，将试样垂直装于试样夹，将氮氧的混合气体通过燃烧筒底部通入，点火器从上端将试样点燃，改变混合气体在中氧气的浓度，指导火焰前沿刚好到达标线，以此计算材料的氧指数，3次试验后取算数平均值为测定值。

3 PC+ABS性能测试试验

在一定温度下，将ABS树脂与阻燃剂在双辊混炼机上充分混合，将得到的ABS/阻燃剂母料与PC混合，在双螺杆挤出机上进行共混、冷却、造粒，得到PC+ABS合金粒料，双螺杆挤出机的机头温度为230 ℃，五区的温度分别为200 ℃、220 ℃、230 ℃、230 ℃、230 ℃，螺杆转速180 r/min。

图4 氧指数测定装置

以10 ℃/min的升温速度对样品进行扫描，测定相应的TG曲线，在常温常压下，将试样尺寸定位于50 mm×10 mm×4 mm，测试阻燃性能。不同阻燃体系的TG分析如图5所示。

PC+ABS合金中加入符合阻燃剂提高了材料的其实热分解温度。有关实验[4]表明，复合阻燃体系（BDP/Sb2O3=7/3）质量分数为10%时，PC+ABS合金的综合性能最好，氧指数可达29.5%，缺口冲击强度84.23 kJ/m2，BDP对PC+ABS合金具有一定的增容作用，可以提高材料的相容性，扩大在ATM中的应用范围。