聚碳酸酯添加阻燃剂耐候性研究

邱均回，时宇，王受和

（中国电器科学研究院股份有限公司，工业产品环境适应性国家重点实验室，广东省高分子材料环境适应性评价与检测技术重点实验室，广州 510663）

引言

溴代聚碳酸酯类阻燃剂是用四溴双酚A制成的纯溴代聚碳酸酯齐聚物。它有很高的热稳定性，渗出量少，具有良好的加工性能，且对树脂的物理性能影响较小，耐腐蚀等优点[1]。

我国地域辽阔，太阳辐射、大气环流、经纬度、气候模式、不同的地形和地理位置，形成了各种典型气候，在全国各具代表性典型气候地区进行大气自然暴晒试验，表征各典型气候特点，分析各典型气候自然暴晒试验的因素，聚碳酸酯在湿热内陆、干热沙漠、亚热带季风、高原半干旱、温带季风气候、寒温带半湿润等各典型气候条件下、根据各行各业实际的应用情况，不断提高聚碳酸酯在各领域的可靠性。如今全球各地（如欧洲各国、北美洲、日本等）在各种典型气候条件下，设置各行各业、各种领域的大气自然暴晒试验场，对产品进行自然大气暴晒试验，建立不同产品在各种典型气候条件下的模型数据库，对材料提供可靠的自然暴晒参考数据，为各行各业、国家标准、阻燃性聚碳酸酯研究提供可靠数据和参考依据[2]。

1 材料及配方

1）试验材料选用阻燃性聚碳酸酯。阻燃性聚碳酸酯配方见表1。

表1 阻燃性聚碳酸酯配方

2）阻燃剂成分

四溴双酚A、溴化环氧树脂。

四溴双酚A比例：PC-U > PC-O > PC-G。

2 自然暴晒试验

自然暴晒试验主要用来研究自然环境对聚碳酸酯老化性能的影响因素，自然环境下研究聚碳酸酯的自然老化机理和规律，为预测聚碳酸酯的寿命提供重要的依据。

按GB/T 3681-2000《塑料大气暴露试验方法》，分别在琼海、吐鲁番、广州、拉萨、青岛和海拉尔（相关试验场环境数据见表2）6个自然暴露试验场开展聚碳酸酯的自然大气背板暴晒试验，暴晒角为南向45 °试验期为30个月，前12个月每隔3个月取一次样，之后隔6个月取一次样，进行失光率和色差测试。

表2 相关试验环境数据

3 材料性能测试

失光率和色差主要是测试材料在气候老化试验前后的光泽和色差变化情况，是衡量测试聚碳酸酯材料耐候性能的重要指标之一，本章节主要对失光率和色差进行说明。

3.1 失光率测试

失光率，全称光泽度失持率，即光泽度测试值相对初始值的百分比。测试设备为 byk 4430 mrco-tri-gloss微型多角度光泽仪； 参数设置： 测试角度为60 °。

光泽是在规定的入射角下，试样的镜面反射率与同一条件下基准面的镜面反射率之比。试验样品气候老化试验前后光泽的测量可应用光泽计，依据GB/T 8807-1988、GB/T 9754的相关规定进行。

图1 光泽仪原理示意图

光泽仪测量时的重要参数是入射角度，一般有20 °、60 °或85 °三种角度，其中20 °用于高光泽试样、85 °用于低光泽试样、60 °是最常选用的入射角度，本文中对试样的测试主要选用光泽测试。测量时，先对光泽仪进行校准，在选定的入射角度下测量试样的光泽值，通常每个试样测三点，取三点测量平均值作为试样的光泽测量值。

从对气候老化后试样光泽的实际测量结果来看，光泽测量值受试样表面光滑程度的影响较大，而老化后的试样表面形态变化较大，会导致即使同批试样的光泽测量值波动也很大，因此对光泽数据的处理和选用要谨慎。

必须注意的是，一般来说，随着老化周期的延长，试样光泽会明显下降，即有可能从初始的高光泽变为试验完毕后的低光泽，为失光前后光泽数据的可比性，一般在气候老化试验中，常选定60 °作为测量角度，并在老化前后失持一致[3]。

用公式（1）计算失光率

式中：

A0─老化前光泽测定值；

A1─老化后光泽测定值[4]。

分别在琼海、吐鲁番、广州、拉萨、青岛和海拉尔（相关试验场环境数据见表2）六个自然暴露试验场开展聚碳酸酯的自然大气背板暴晒试验，暴晒角为南向45 °试验期为30个月，前12个月每隔3个月取一次样，之后隔6个月取一次样，进行光泽测试，试验结果如图2～4所示。

图2 PC-G材料失光率曲线图

3.2 小结

根据标准GB/T 1766-2008[4]《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》进行失光率评定等级。失光率评定等级见表3所示。

表3 聚碳酸酯失光率评定等级

聚碳酸酯经过12个月暴晒试验后，添加不同比例四溴双酚A失光率评定等级如下：

图3 PC-O材料失光率曲线图

图4 PC-U材料失光率曲线图

1）PC-C分别在琼海、吐鲁番、广州、拉萨、青岛评定等级为1，海拉尔评定等级为2。

2）PC-O分别在琼海、吐鲁番、广州、拉萨、海拉尔评定等级为1，青岛评定等级为0。

3）PU-U分别在琼海、吐鲁番、广州、青岛评定等级为1，拉萨、海拉尔评定等级为0。

经试验证明，添加高比例四溴双酚A 对光泽度基本无影响，反而添加低比例四溴双酚A在寒温带半湿润地区有轻微失光。

3.3 色差测试

试验样品气候老化试验前后颜色的测量可应用色差仪，依据GB/T 3979-2008和GB/T 7921-2008的相关规定进行。

测试设备：X-Rite948便携式分光色差仪，参数设置：D65光源，10 °观察角。

国际照明委员会（CIE）规定用仪器测得的三色色标系统数据来表示颜色，常用表示方式如下：

1）用三刺激值X、Y、Z表示；

2）用刺激值Y和色度坐标，X、Y表示；

3） 用CIE均匀色空间色坐标L*、a*、b*表示。

目前，L*、a*、b*色空间是常用的表示颜色的色度坐标。该空间是三维直角坐标系统，以明度L*和色度坐标a*、b*来表示颜色在色空间中的位置。L*、a*、b*可由三刺激值X、Y、Z换算而来。

在气候老化颜色测量中，通常采用光谱光度计或光电积分类色差仪。积分球色差仪原理示意图见图5。一般在D65光源，10 °视场下测量试样颜色的L*、a*、b*，通常每个试样测三点，取三点测量平均值作为试样的颜色测量值。

图5 积分球色差仪原理示意图

式中：

分别在琼海、吐鲁番、广州、拉萨、青岛和海拉尔（相关试验场环境数据见表2）六个自然暴露试验场开展聚碳酸酯的自然大气背板暴晒试验，暴晒角为南向45 °试验期为30个月，前12个月每隔3个月取一次样，之后隔6个月取一次样，进行光泽测试，试验结果如图6～8所示。

图6 PC-G材料色差曲线图

3.4 小结

根据标准GB/T 1766-2008[4]《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》进行色差评定等级。色差评定等级见表4所示。

表4 聚碳酸酯色差评定等级

聚碳酸酯经过12个月暴晒试验后，添加不同比例四溴双酚A色差评定等级如下：

图7 PC-O材料色差曲线图

图8 PC-U材料色差曲线图

PC-G和PC-O在吐鲁番评定等级为1，其余地区和材料评定等级为0 。

经试验证明，添加四溴双酚A 色差基本无影响。

4 结论

根据聚碳酸酯自然暴晒试验分析数据表明，在高温、高湿和较高辐照量的湿热地区，聚碳酸酯的表观性能变化最大；而在干热地区，虽然辐照量比湿热地区还高，但由于其温湿度较低，聚碳酸酯的表观性能劣化程度相对较低，反映出对于聚碳酸酯的光学性能而言，温度和湿度所起的影响作用比辐照量更为显著。