高抗冲聚苯乙烯的阻燃研究

时 伟，崔文广

(1.石家庄学院 科研处，河北 石家庄 050035；2.石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035)

高抗冲聚苯乙烯(HIPS)被广泛应用于电子电器、汽车、家具和建筑等诸多领域，然而，HIPS极易着火燃烧，给人民的生命财产带来了潜在的威胁。随着火灾安全日益受到重视和相关法规的不断健全，人们对HIPS阻燃性能的要求也越来越高[1-2]。

与其他类型阻燃剂相比，含卤有机阻燃剂虽然阻燃效果最好，但统计结果表明当火灾发生时死亡人群中80%以上是被含卤化氢的有毒烟雾熏迷致死，直接被烧致死的只是少数，并且含卤有机阻燃剂在分解过程中还会造成严重的二次污染。无机阻燃剂的阻燃效果虽然较差，但其具有热稳定性好、毒性低或无毒、不产生腐蚀气体、在储存过程中不挥发、不易析出、有持久阻燃效果等优点，并且原料来源丰富、价格低廉，在解决大量易燃高聚物材料的阻燃以及低烟、低毒问题上，仍然是一种既简单而又富有实效的方法[3-5]。本文研究了ATH、和红磷母料对HIPS基复合材料阻燃性能和力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料

HIPS：476L，扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司；ATH：市售；抗氧剂：1010，北京化工二厂；红磷母料：磷含量40%，中蓝晨光化工研究院工程塑料公司。

1.2 主要设备仪器

双螺杆挤出机：TE-20型，南京科亚塑料机械公司；单螺杆挤出机：SJ-25型，北京塑料工业联合开发公司；简支梁冲击试验机：XJJ-5型，承德金建检测仪器制造厂；万能材料试验机：4706型，美国Instron公司；氧指数测定仪：HC-2型，南京江宁分析仪器厂；水平垂直燃烧测定仪：CZF-1型，南京江宁分析仪器厂。

1.3 复合材料的制备

把ATH、红磷母料、HIPS和抗氧剂按一定比例充分混合后，在双螺杆挤出机上挤出造粒，将所得粒料用单螺杆挤出机挤成样条，然后按测试要求加工成型试样。

1.4 性能测试

冲击强度按GB/T1043-1993测试，拉伸强度按ASTM D638-81测试，氧指数按GB/T 2406-1993测试，垂直燃烧按GB/T 2408-1996测试。

2 结果与讨论

2.1 ATH对复合材料性能的影响

在HIPS中，如果单独使用ATH，需要较大添加量(添加量大约为50%)才能使材料的阻燃性能达到要求，但添加量太大时材料的力学性能就会变得很差，所以本研究将其与红磷母料复配对HIPS进行阻燃，以降低ATH的用量。

保持红磷母料用量不变，改变ATH的用量，制备出含不同量ATH的复合材料，考察其用量对复合材料性能的影响，结果见表1和图1。

表1 ATH对复合材料氧指数和垂直燃烧性能的影响Tab.1 Effect of ATH on vertical combustion grade and oxygen index

从表1可以看出，随着ATH的加入，复合材料的氧指数不断增加，当ATH的添加量为20%时，复合材料的氧指数达到了26%。不添加ATH的复合材料通不过垂直燃烧的阻燃要求，添加量小于15%时，均通不过垂直燃烧的阻燃要求，添加量增大到15%后，垂直燃烧等级可以达到FV-1，添加量增大到20%后，垂直燃烧等级可以达到FV-0。由此可见，ATH与红磷母料之间有很好的协效阻燃作用。

图1 ATH对复合材料力学性能的影响Fig.1 Effect of ATH on mechanical property

由图1可知，随着ATH用量的增大，复合材料的冲击强度不断下降，ATH用量从0增加到20%时，冲击强度从6.1kJ/m2下降到3.12 kJ/m2。可见，ATH的加入会使复合材料的韧性变差。从图中还可以看出，ATH对复合材料有一定的增强作用，随着其用量的增大，复合材料的拉伸强度从29.346MPa增加到31.73MPa，大约增加了8%。

2.2 红磷母料对复合材料性能的影响

红磷比较适合应用于含氧高聚物，而对聚烯烃的阻燃效果不太理想，必须与其它阻燃剂配合使用才能达到较好的阻燃效果。本实验用ATH作为红磷的协效阻燃剂，取得了良好的效果。

保持ATH用量不变，改变红磷母料的用量，考察其变化对复合材料性能的影响，结果见表2和图2。

表2 红磷母料对复合材料氧指数和垂直燃烧性能的影响Fig.2 Effect of red phosphorus masterbatch on vertical combustion grade and oxygen index

由表2可知，随着红磷母料用量的增加，复合材料的氧指数不断增加，当红磷母料用量为12%时，氧指数达到26.0，与未添加红磷母料时的氧指数相比，增加了12.1%。复合材料的垂直燃烧等级随着红磷母料用量的增大有了明显的提高，其用量为9%时，垂直燃烧可以达到FV-1，继续增大其用量到12%时，垂直燃烧达到最高级FV-0。

从图2可以看出，随着红磷母料用量的增大，复合材料的冲击强度不断降低。红磷母料添加量低于6%时，随着其用量的增加，复合材料的冲击强度下降较快，红磷母料用量超过6%后，对冲击强度的影响变小。随着红磷母料用量的增大，复合材料的拉伸强度不断增大，用量为9%时，达到最大，继续增大用量时，拉伸强度急剧下降。

图2 红磷母料对复合材料力学性能的影响Fig.2 Effect of red phosphorus masterbatch on mechanical property

3 结论

ATH和红磷母料之间有很好的协效阻燃作用，配合使用可以使HIPS的垂直燃烧达到FV-0级，氧指数达到26.0，但是所得复合材料的韧性较差。

[1] Jelle Kaspersmaa, Cindy Doumena,Sheila Munrob,et al.Fire retardant mechanism of aliphatic bromine compounds in polystyrene and polypropylene[J].Polymer Degradation and Stability,2002，77:325-331.

[2] 尤 飞，李玉臻，杨 玲，等.阻燃高抗冲聚苯乙烯/有机改性蒙脱土纳米复合材料阻燃效应的研究(Ⅱ)-蒙脱土改性比率对阻燃协效性的影响[J].火灾科学，2004，13(2):128-134.

[3] 郑水林，四季春，路迈西，等.无机复合阻燃填料的开发及阻燃机理研究[J].材料科学与工程学报，2005，23(1):60-63.

[4] 李 响，钱立军，孙凌刚，等.阻燃剂的发展及其在阻燃塑料中的应用[J].塑料，2003，32(2):79-83.

[5] 马淑花，郭 奋，陈建峰.化学改性氢氧化铝的反团聚研究[J].高校化学工程学报，2005，19(2):244-247.

(本文文献格式：时伟，崔文广.高抗冲聚苯乙烯的阻燃研究[J].山东化工，2018，47(02)：33-34.)