无卤阻燃抑烟ABS材料的制备及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.008

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (12): 45-50.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.008

无卤阻燃抑烟ABS材料的制备及性能研究

张泽, 贾垚, 崔永岩()

天津科技大学化工与材料学院，天津 300457

收稿日期:2021-07-01 出版日期:2021-12-26 发布日期:2021-12-22

Preparation and properties of halogen⁃free flame retardancy and smoke suppression of ABS composites

ZHANG Ze, JIA Yao, CUI Yongyan()

School of Chemical Engineering and Materials，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China

Received:2021-07-01 Online:2021-12-26 Published:2021-12-22
Contact: CUI Yongyan E-mail:cyy@tust.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用熔融共混法，以二乙基次膦酸铝（ADP）为主阻燃剂，聚磷酸铵（APP）为协效阻燃剂，对丙烯腈?丁二烯?苯乙烯共聚物（ABS）实现了良好的阻燃抑烟改性。利用极限氧指数测定仪、烟密度测试箱和锥形量热测试仪对复合材料的燃烧性能进行了测试，通过扫描电子显微镜、差示扫描量热仪等分析表征了复合材料的微观结构和热性能。结果表明，当ABS/ADP/APP质量比为100∶16∶4时，复合材料的极限氧指数（LOI）可提高到29 %，烟密度等级下降到68.5，火点指数（FPI值）提高到0.215 s/（kW·m^-2）；复合材料在燃烧过程中会分解产生磷氧自由基，抑制基体燃烧的链式反应，并在材料表面形成大量细小空穴、膨胀疏松的炭层，取得了气相阻燃和凝聚相阻燃之间的良好协效。

关键词: 丙烯腈?丁二烯?苯乙烯共聚物, 二乙基次膦酸铝, 聚磷酸铵, 无卤, 阻燃, 抑烟

Abstract:

Acrylonitrile?butadiene?styrene copolymer （ABS） was melt blended with aluminum diethylphosphinate （ADP） as a main flame retardant， ammonium polyphosphate aluminum diethylphosphinat （APP） as an auxiliary flame retardant. The resultant compounds achieved good flame?retardant performance and smoke suppression. Based on the analysis results obtained from the ultimate oxygen index， smoke density， cone calorimetry， scanning electron microscopy， and differential scanning calorimetry， the compounds gained an increase in limited oxygen index by 29 vol% at a ABS/ADP/APP mass ratio of 100∶16∶4. Their smoke density decreased down to 68.5， but their fire potential index increased to 0.215 s / （kW·m^-2）. During the combustion process， the compounds decomposed to produce phosphorus oxygen free radicals， inhibiting the chain reaction of the matrix combustion. This resulted in the formation of a huge number of small cavities as well as the expanded and loose carbon layers on the surface of the compounds， generating a good synergetic effect between the gas?phase and condensed?phase flame retardants.

Key words: acrylonitrile?butadiene?styrene copolymer, aluminum diethylphosphinate, ammonium polyphosphate, halogen?free, smoke suppression, flame retardant

中图分类号:

TQ325.2

张泽, 贾垚, 崔永岩. 无卤阻燃抑烟ABS材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 45-50.

ZHANG Ze, JIA Yao, CUI Yongyan. Preparation and properties of halogen⁃free flame retardancy and smoke suppression of ABS composites[J]. China Plastics, 2021, 35(12): 45-50.

图/表 10

试样编号	ABS	ADP	APP
1^#	100	0	0
2^#	100	0	20
3^#	100	4	16
4^#	100	8	12
5^#	100	12	8
6^#	100	16	4
7^#	100	20	0

表1 试样的组分配比 (份)

Tab.1 Formulations of the samples

图1 复合材料的LOI值

Fig.1 LOI of the composite materials

试样编号	UL 94等级
1^#	无
2^#	无
3^#	无
4^#	V?2
5^#	V?1
6^#	V?0
7^#	V?0

表2 复合材料的UL 94等级

Tab.2 UL 94 level of the composite materials

图2 复合材料的烟密度等级和烟密度释放曲线

Fig.2 Smoke density rates and smoke density release of the composite materials

试样编号	冲击强度/kJ·m^-2	弯曲强度/MPa	拉伸强度/MPa
1^#	18.1	94.2	48.1
2^#	5.1	76.0	32.9
3^#	4.5	59.9	33.7
4^#	3.8	52.5	35.0
5^#	4.4	47.2	35.8
6^#	4.1	50.0	36.9
7^#	3.3	29.3	34.7

表3 复合材料的力学性能

Tab.3 Mechanical performance of the composite materials

试样编号	点燃时间/s	PHRR/kW·m^-2	FPI/s·（kW·m^-2）^-1
1^#	55	780	0.070
2^#	43	428	0.100
6^#	47	218	0.215
7^#	54	494	0.109

表4 试样的锥形量热数据

Tab.4 Cone calorimeter test data of the samples

图3 试样的HRR曲线

Fig.3 HRR curves of the samples

图4 不同样品的TG 和DTG 曲线

Fig.4 TG and DTG curves of the samples

试样编号	T₀/℃	P₁/%·℃^-1	T₁/℃	P₂/%·℃^-1	T₂/ ℃	500 ℃残炭率/%	700 ℃残炭率/%
1^#	384	21.02	424	无	无	2.68	2.29
2^#	385	16.77	426	1.03	493	17.31	14.62
6^#	359	18.02	424	无	无	7.54	6.76
7^#	377	17.48	420	8.79	460	3.69	3.52

表5 样品的热失重数据

Tab. 5 Thermogravimetry analysis data of the samples

图5 不同样品的SEM照片

Fig.5 SEM images of different samples

参考文献 7

1	刘逸，易江松，蔡绪福. ABS新型无卤膨胀阻燃体系的研究［J］. 中国塑料，2011， 25（4）： 77⁃82.
	LIU Y， YI J S， CAI X F. Effect of novel intumescent retardant on flame retardancy of ABS［J］. China Plastics，2011， 25（4）： 77⁃82.
2	李想，陈明，郑邦婞，等. ABS树脂的冲击韧性极限及形变机理的研究［J］. 中国塑料，2013， 27（9）： 22⁃27.
	LI X， CHEN M， ZHENG B X， et al. Ultimate impact toughness and deformation mechanism for ABS resin［J］. China Plastics，2013， 27（9）： 22⁃27.
3	WANG B， ZHOU K Q， JIANG S H， et al. The application of transition metal molybdates （AMoO₄， A = Co， Ni， Cu） as additives in acrylonitrile⁃butadiene⁃styrene with improved flame retardant and smoke suppression properties［J］. Polymers for Advanced Technologies，2014， 25（12）： 1 419⁃1 425.
4	PAN Y， SONG L， WANG W M， et al. Polydimethylsiloxane wrapped aluminum diethylphosph⁃inate for enhan⁃cing the flame retardancy of polyamide 6［J］. Journal of Applied Polymer Science，2020， 137（35）： 49027.
5	RAO W H， SHI J J， YU C B， et al. Highly efficient， transparent， and environment⁃friendly flame⁃retard⁃ant coa⁃ting for cotton fabric［J］. Chemical Engineering Journal，2021， 424： 130566.
6	王荣伟，杨为民，辛敏琦，等. ABS树脂及其应用［M］. 北京：化学工业出版社， 2011： 108⁃110.
7	张文超. 吹熄阻燃环氧树脂机理及应用研究［D］. 北京：北京理工大学， 2013.

[1]	吴唯, 胡焕波, 沈辉, 赵天瑜. 4A沸石与钙镁铝水滑石对膨胀阻燃聚丙烯的双重协效阻燃作用与机理[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 1-7.
[2]	魏思淼, 邵路山, 许准, 刘艳婷, 赵思衡, 许博. 次磷酸盐⁃环四硅氧烷双基化合物复配二乙基次磷酸铝对PA6的阻燃性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 129-135.
[3]	李金凤, 梁卓恩, 彭新龙. 膨胀型阻燃剂/二乙基次磷酸铝阻燃改性不饱和树脂基复合材料[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 116-123.
[4]	陈轲, 刘鸣飞, 赵彪, 潘凯. 有机硅改性高分子材料阻燃及耐烧蚀性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 149-154.
[5]	孙旗, 高兴, 崔雪梅, 连慧琴, 崔秀国, 汪晓东. 黑磷烯纳米阻燃剂研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 133-139.
[6]	杨木森, 钱立军, 王靖宇, 赵震, 王光禹, 辛晓华. 磷酸三苯酯和甲基八溴醚在阻燃聚苯乙烯中的协同行为研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 36-42.
[7]	李梦琪, 陈雅君. 纳米材料阻燃聚乳酸的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 102-114.
[8]	徐伟华, 郑宇, 沈向阳, 张炎, 刘桔文, 严石静. 不同POSS对磷⁃硅协同阻燃环氧树脂性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 115-120.
[9]	刘川, 许苗军, 王景春, 李斌. 膨胀石墨对乙烯基硅橡胶的阻燃作用研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 15-18.
[10]	郭意明, 董晓晨, 梁士通, 王森, 刘继纯. 石墨种类和粒径对高抗冲聚苯乙烯阻燃性能的影响及作用机制[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 26-32.
[11]	田保政. 烷基次膦酸盐阻燃剂复配体系的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 197-208.
[12]	杨正, 王振华, 鲁世科, 柳妍, 房晓敏, 李建通, 刘保英, 丁涛. 硼酸锌协效二乙基次膦酸铝阻燃PA6[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 120-127.
[13]	张伟, 陈杰, 李陈莹, 胡丽斌, 谭笑, 曹京荥. 无卤阻燃聚烯烃电力电缆料的应用现状[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 184-191.
[14]	梁孟珂, 邱杰, 朱永晨, 田华峰, 武志鹏, 罗振扬. 锥形量热法研究木质素基膨胀型阻燃剂对环氧树脂阻燃抑烟效果[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 103-108.
[15]	彭凡畅, 陈小随, 张爱清, 周洪福. 超支化聚磷酰胺包覆碳纳米管的可控制备及阻燃应用[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 55-63.

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Preparation and properties of halogen⁃free flame retardancy and smoke suppression of ABS composites

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试样编号	ABS	ADP	APP
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试样编号	ABS	ADP	APP
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试样编号	ABS	ADP	APP
1^#	100	0	0
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3^#	100	4	16
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试样编号	ABS	ADP	APP
1^#	100	0	0
2^#	100	0	20
3^#	100	4	16
4^#	100	8	12
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试样编号	ABS	ADP	APP
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试样编号	ABS	ADP	APP
1^#	100	0	0
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