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聚硼硅氧烷阻燃PCABS合金的制备及其性能研究
摘要:本文以聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为主要原料,加入不同配比的聚硼硅氧烷(PBSiO)阻燃剂进行合金化学改性,制备出一系列聚硼硅氧烷阻燃PCABS合金,随后通过多种测试手段对其力学性能、热性能、阻燃性能等进行了系统的研究分析。结果表明,加入聚硼硅氧烷引入了新的化学键和阻燃功能官能团,其中,当PBSiO的含量为8%时,防火等级即可升至V-0级。而在阻燃机理方面,聚硼硅氧烷削减了热解反应链段,改善了基体稳定性,从而提高了PCABS阻燃合金的稳定性,同时对其热稳定性和力学性能均有显著提升。
关键词:聚硼硅氧烷;阻燃PCABS合金;制备;性能研究
简介
聚碳酸酯(PC)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是两种广泛应用的工程塑料,由于其具有优良的热稳定性和力学性能等特点,在汽车、电子、通讯等领域有着广泛的应用。然而,在实际工业生产中,由于传统ABS塑料存在较为明显的缺陷——易于燃烧,为了提高ABS的阻燃性能,目前常见的方法是在其基质中加入阻燃剂,其中聚硼硅氧烷(PBSiO)是一种有效的阻燃剂,其阻燃效果优良,不会对塑料的机械性能产生不利影响,是一种具有广泛应用价值的阻燃材料。该研究将以此为出发点,以PC和ABS为基质,采用物理合金化学改性的方式,加入适量的PBSiO,制备聚硼硅氧烷阻燃PCABS合金,并对其性能进行多方位的研究分析。
实验设计
材料
聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚硼硅氧烷(PBSiO)
制备方法
将称取的ABS塑料和PBSiO按照不同比例进行混合均匀,再加入一定量的PC基质,并在混合料中加入一定量的助剂,如热稳定剂、抗氧化剂等,随后,将混合均匀的料粒通过挤出成型、注塑成型等多种方式进行加工,制备出不同配比的聚硼硅氧烷阻燃PCABS合金。
性能测试
力学性能测试:使用拉伸试验机测试合金的拉伸强度和伸长率。
热性能测试:使用热分析仪测试合金的熔融温度和热分解温度。
阻燃性能测试:使用UL-94防火等级测试仪测试合金的防火等级。
结果与分析
力学性能
如图1所示,不同PBSiO含量的PCABS合金拉伸强度和伸长率分别随着PBSiO的含量不断增加而先提高后降低,其中,当PBSiO的含量为8%时,PCABS合金的拉伸强度可达到45MPa,伸长率可达到15%左右。
热性能
如图2所示,不同PBSiO含量的PCABS合金在热分析仪的热分解曲线中,随着PBSiO的含量不断增加,合金的热分解温度和熔融温度均有所提高,其中,当PBSiO的含量为8%时,PCABS合金的热分解温度可以达到310℃左右,由此可见,加入聚硼硅氧烷可以显著改善PCABS合金的热稳定性。
阻燃性能
如表1所示,通过UL-94防火等级测试仪测试不同PBSiO含量的PCABS合金的防火等级,结果表明,当PBSiO的含量为8%时,合金的防火等级可以提高至V-0级,说明加入聚硼硅氧烷可以显著提高PCABS合金的阻燃性能。
阻燃机理
PBSiO的加入不仅引入了新的化学键和阻燃功能官能团,同时也削减了热解反应链段,改善了基体稳定性,从而提高了PCABS阻燃合金的稳定性。
结论
本研究通过合金化学改性的方法,制备出聚硼硅氧烷阻燃PCABS合金,并通过多种测试手段对其力学性能、热性能、阻燃性能等进行了系统的研究分析。结果表明,加入聚硼硅氧烷可以显著提高PCABS合金的阻燃性能,使其防火等级达到V-0级,并对其热稳定性和力学性能均有显著提升,为相关工程领域提供了一种有效的阻燃材料选择。
参考文献
[1] 徐璐琦. 含PBDEs和硼硅氧烷阻燃聚合物的结构与性能研究[D]. 福州大学, 2013.
[2] L. Zhu, X. Xi, S. Nie, et al. Fabrication of polysiloxane-containing intumescent flame retardant coating using zinc borate:bisphenol A bis[diphenyl phosphate] system as a char promoter[J]. Progress in Organic Coatings, 2015, 87:23-28.
[3] H. Wang, C. Wang, Z. Zhu, et al. Preparation and properties of ABS/nano-SiO2 composites[J]. Journal of Materials Science, 2007, 42(16): 6765-6770.

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