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淺談阻燃PP配方及其注塑工藝 |
本文作者：王先生，四川大學(xué)高分子碩士畢業(yè)，長(zhǎng)期從事聚烯烴方面的改性研究，尤其對(duì)PP在家電行業(yè)的應(yīng)用和改性比較了解。目前在華南一家上規(guī)模的改性塑料企業(yè)擔(dān)任研發(fā)；如果想和作者討論阻燃PP材料的開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用，包括注塑工藝，可以加論壇負(fù)責(zé)人微信：18666186648，注明“阻燃PP”。
一、為什么PP要阻燃？？——應(yīng)用廣而極易燃燒
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聚丙烯（PP）具有密度小、剛性好、強(qiáng)度高、耐化學(xué)藥品等優(yōu)點(diǎn)，而且加工性能優(yōu)異，被廣泛用于機(jī)械零件、電子電器、民用制件等諸多領(lǐng)域。同時(shí)，由于PP價(jià)格低廉、產(chǎn)品型號(hào)多、改性方法齊全，使其最有希望實(shí)現(xiàn)通用塑料的工程化。 |
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但是，PP極易燃燒，極限氧指數(shù)（LOI）僅有17.8，且燃燒時(shí)熔滴嚴(yán)重，很容易傳播火焰引起火災(zāi)，存在極大的安全隱患。PP的阻燃化是其應(yīng)用于工程領(lǐng)域的重要部分，阻燃性能優(yōu)異的PP材料可以很大程度上擴(kuò)大使用和應(yīng)用范圍。 |
二、不同阻燃PP的配方體系，以及不同配方體系下阻燃PP的注塑工藝的差異與注意事項(xiàng)。
為了更加形象、具體地來(lái)探討和了解阻燃PP的性能與應(yīng)用，下面給出了幾張阻燃PP的制件照片，基本上涵蓋了市場(chǎng)上流通的不同種類的阻燃PP。通常，我們按照UL 94中的規(guī)定，把PP垂直燃燒的阻燃等級(jí)劃分為V-2、V-1、V-0以及5VA、5VB不同等級(jí)。關(guān)于等級(jí)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)就不再這里贅述了，下面來(lái)著重分析探討一下不同阻燃PP的配方體系，以及不同配方體系下阻燃PP的注塑工藝的差異與注意事項(xiàng)。
1.八溴醚為主的溴銻阻燃體系
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說(shuō)到不同的阻燃PP，即是按照阻燃PP所采用的不同的阻燃劑或阻燃體系來(lái)劃分的。圖1-3所示均為V-2級(jí)阻燃PP的制件，不同的是1中采用八溴醚的阻燃體系，而2,3中采用的是低鹵阻燃劑（一般Br%<4000 ppm），前者屬于添加型后者則屬于反應(yīng)型。一般而言，八溴醚阻燃劑具有增塑作用，因而材料的韌性可以得到很大的提高。圖1中展示的是一組線圈骨架，其厚度為1mm，如此薄的制件既要保證韌性又要要求具備一定的阻燃性，以八溴醚為主的溴銻阻燃體系即可保證制件具備高韌性的同時(shí)滿足UL 94 V-2級(jí)。對(duì)于V-2級(jí)的材料，一般制件的厚度越薄越容易通過(guò)，而占全部重量組分6%的八溴醚阻燃劑搭配2%的三氧化二銻即可使不同聚合類型的聚丙烯樹(shù)脂達(dá)到很好的阻燃效果。該阻燃體系的材料系阻燃劑的分子量低容易出現(xiàn)遷移析出的現(xiàn)象，因而產(chǎn)品一般以本色和白色為主，且注塑時(shí)溫度不宜過(guò)高，螺桿的剪切速度要適中，過(guò)高的注射壓力與速度會(huì)造成強(qiáng)的剪切作用，使阻燃劑發(fā)生不同程度的降解以致影響最終產(chǎn)品的外觀與性能。
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2.阻燃劑外加無(wú)機(jī)礦物粒子
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圖2,3中所示的阻燃PP材料除了要達(dá)到UL 94 V-2級(jí)外，還需要滿足尺寸穩(wěn)定性和耐熱性的要求，甚至對(duì)灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI）也有一定的要求。因此，阻燃體系中除了添加阻燃劑外還需要添加無(wú)機(jī)礦物粒子來(lái)改善基體樹(shù)脂的耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。由于該類反應(yīng)型阻燃劑的添加份數(shù)一般不超過(guò)總量的3%，那么就要求阻燃劑的阻燃效率高，這一條件的滿足即是要保證其在基體中的良好分散。因而，合適的分散潤(rùn)滑體系是必要的，尤其當(dāng)該阻燃PP具有多種顏色時(shí)。該體系具備了較高的耐熱性，無(wú)機(jī)粒子的添加又增加了流動(dòng)性，因而其注塑時(shí)的工藝參數(shù)條件較為寬松，上下限閾值范圍大，基本上可以參照原料的注塑工藝，前提是選擇了好的分散和潤(rùn)滑體系。 |
3.膨脹型無(wú)鹵阻燃PP
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圖4和圖5分別代表了無(wú)鹵阻燃PP和溴-銻阻燃PP。無(wú)鹵阻燃PP是符合環(huán)保理念的綠色高分子材料，但是以磷-氮膨脹型阻燃劑為主的無(wú)鹵阻燃PP耐溫性差，其它成分（如無(wú)機(jī)填料、色粉等）的存在嚴(yán)重影響其阻燃性，尤其韌性和外觀性能較差，這些都使得無(wú)鹵阻燃PP的應(yīng)用受到限制。一般而言，市場(chǎng)上流通的膨脹型無(wú)鹵阻燃PP的添加量在25-30%之間，如此高的添加量使材料的流動(dòng)性變差，注塑的工藝條件也隨之變得苛刻。 |
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首先，注塑溫度一般維持在200 ℃左右，過(guò)高易分解，過(guò)低塑化不良； 第二，螺桿轉(zhuǎn)速為中低速，轉(zhuǎn)速過(guò)高容易產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象； 第三，物料在炮筒中的停留時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)產(chǎn)生炭化現(xiàn)象； 最后，在保證以上參數(shù)的同時(shí)，合適的保壓與模溫能夠降低產(chǎn)品的尺寸偏差。 |
4.十溴二苯乙烷和三氧化二銻為阻燃劑
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由于歐盟禁用了多溴聯(lián)苯醚的使用，溴-銻阻燃PP主要以十溴二苯乙烷和三氧化二銻為阻燃劑，這也是家電行業(yè)大量使用的PP材料。溴-銻阻燃體系以氣相阻燃機(jī)理為主，阻燃效率高且穩(wěn)定，不受PP樹(shù)脂種類的影響，且無(wú)機(jī)填料的加入能提高材料的氧指數(shù)和耐熱性，并能和其它阻燃劑有良好的協(xié)同作用（如無(wú)機(jī)氫氧化物、紅磷等），材料最終的強(qiáng)度、韌性和顏色都可以隨意DIY！在所有的阻燃PP中，也只有該體系可以實(shí)現(xiàn)不同阻燃等級(jí)（包括5VA和5VB）的阻燃PP。對(duì)于該體系下材料具備較高的耐溫性其注塑工藝所需要注意的問(wèn)題較少，注塑的溫度、壓力和速度等可在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，關(guān)鍵在于兩方面一個(gè)是體系的相容性和流動(dòng)性，一個(gè)是模具結(jié)構(gòu)本身的作用。 |
本文作者：王先生，四川大學(xué)高分子碩士畢業(yè)，長(zhǎng)期從事聚烯烴方面的改性研究，尤其對(duì)PP在家電行業(yè)的應(yīng)用和改性比較了解。本文亦是作者授權(quán)下，微信平臺(tái)首發(fā)，未經(jīng)允許不可轉(zhuǎn)載；目前在華南一家上規(guī)模的改性塑料企業(yè)擔(dān)任研發(fā)；如果想和作者討論阻燃PP材料的開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用，包括注塑工藝，可以加論壇負(fù)責(zé)人微信：18666186648，注明“阻燃PP”。
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