工程塑料阻燃體系全解析

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在工程塑料領(lǐng)域，阻燃體系的構(gòu)建至關(guān)重要，它不僅關(guān)乎產(chǎn)品的安全性能，也影響著材料的加工和使用性能。本文將深入探討工程塑料中常見的阻燃劑類型、基礎(chǔ)樹脂的特性以及抗滴落劑的應(yīng)用，旨在為工程塑料的阻燃改性提供全面的參考。

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一. 阻燃劑的分類與特性

阻燃劑作為工程塑料阻燃體系的核心，主要分為鹵系阻燃劑和磷系阻燃劑。

鹵系阻燃劑涵蓋氯系和溴系。氯系阻燃劑成本低廉，但熱穩(wěn)定性欠佳，僅適用于加工溫度低于200℃的產(chǎn)品。溴系阻燃劑則憑借高效的阻燃性能脫穎而出，其阻燃效率是氯系的兩倍，用量少且與基體樹脂互容性好，對材料力學(xué)性能影響輕微，在阻燃領(lǐng)域占據(jù)重要地位。然而，鹵系阻燃劑燃燒時會產(chǎn)生濃煙和腐蝕性氣體，對環(huán)境和健康造成危害，促使低鹵或無鹵環(huán)保型阻燃劑逐漸受到關(guān)注。

磷系阻燃劑種類豐富，包括無機(jī)磷酸鹽、磷酸酯、磷雜菲、磷腈和紅磷等。其阻燃原理是在燃燒過程中分解形成高沸點含氧酸，促進(jìn)聚合物脫水和炭化，生成炭化殘渣保護(hù)層隔絕空氣，并通過脫出的水分吸收熱量降低表面溫度。磷系阻燃劑具有低毒、低腐蝕、熱穩(wěn)定性好和持久有效的優(yōu)點。在電子設(shè)備制造領(lǐng)域，多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚等鹵系阻燃劑已被歐盟禁用，而磷酸酯類磷系阻燃劑如雙酚A -雙磷酸二苯酯BDP，因與PC / ABS等工程塑料相容性好，環(huán)保、熱穩(wěn)定性高且對材料性能影響小，在電子電器設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

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二. 基礎(chǔ)樹脂及其阻燃性能

1.?PC / ABS 合金

PC 具有高沖擊強(qiáng)度、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定、耐熱、透明和優(yōu)良介電性能等優(yōu)點，但存在加工流動性差、易應(yīng)力開裂、對缺口敏感和耐磨性差等不足。ABS則耐化學(xué)藥品性好、成型加工性佳，但耐熱和耐候性較差。PC/ABS合金結(jié)合兩者優(yōu)勢，耐熱性、沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度優(yōu)于 ABS，熔體粘度低于PC，加工性能良好，制品內(nèi)應(yīng)力和沖擊強(qiáng)度對厚度敏感性降低，廣泛應(yīng)用于汽車、通信、電子電器和照明等領(lǐng)域。

為滿足防火安全要求，PC/ABS合金需具備良好阻燃性。新能源汽車充電樁及部分電子電氣領(lǐng)域要求阻燃等級達(dá)V-0。熱穩(wěn)定性好的雙磷酸酯類和磷酸酯齊聚物等在PC/ABS共混體系中效果顯著，其中BDP對其阻燃性能表現(xiàn)突出。

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2.?PC

PC 具備耐熱性好、光學(xué)性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高和沖擊強(qiáng)度優(yōu)良等特點，廣泛應(yīng)用于家電、電子電器、汽車配件、機(jī)械設(shè)備和光學(xué)儀器零部件等領(lǐng)域。其極限氧指數(shù)LOI可達(dá)21％～24％，本身可達(dá)UL94-V2級阻燃，但難以滿足特殊領(lǐng)域?qū)Ω咦枞夹阅艿囊?，如電子電氣和汽車領(lǐng)域要求PC阻燃等級達(dá)V-0。

阻燃PC中，全氟烷基磺酸鉀PPFBS等磺酸鹽類阻燃劑效果最佳，少量添加即可顯著改善 PC 阻燃性能，達(dá)到 1.6～3.0mm V-0阻燃等級，且改性后PC的物理和力學(xué)性能與通用 PC 相當(dāng)。工業(yè)化PC產(chǎn)品中，使用最多的磷系阻燃劑有三苯基磷酸酯TPP、間苯二酚雙二苯基磷酸酯RDP和BDP。當(dāng)阻燃劑添加量為 10％質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，1.6mm厚度 PC可達(dá)V-0級別。TPP常溫下為固態(tài)，熱穩(wěn)定性差，易揮發(fā)，僅在氣相中發(fā)揮阻燃作用；RDP和BDP常溫下為液體，熱穩(wěn)定性好，可同時在氣相和固相發(fā)揮阻燃效果，且BDP較RDP抗水解性能更優(yōu)。

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3.?ABS 樹脂

ABS 具有高光澤度、良好韌性、耐熱耐低溫性能、優(yōu)異加工性能和優(yōu)良綜合力學(xué)性能，電性能受溫度和濕度影響小，是良好絕緣材料，廣泛應(yīng)用于家用電器、視聽設(shè)備、辦公用品和電子電氣等領(lǐng)域。但ABS易燃，LOI為 18.3％～18.8％，按UL94標(biāo)準(zhǔn)屬HB級別，著火時燃燒速率快，釋放大量毒氣和黑煙，不利于實際應(yīng)用。

目前主要采用鹵素阻燃劑與Sb2O3復(fù)配使用，通過鹵銻協(xié)同作用對ABS進(jìn)行阻燃改性。阻燃ABS廣泛應(yīng)用于電話、電腦、液晶顯示器LCD等電子電氣設(shè)備外殼、汽車內(nèi)外部構(gòu)件、小型廚房電器、工具盒和真空吸塵器外殼等。

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4.?HIPS

HIPS由聚苯乙烯PS與聚丁二烯PB共聚而成，兼具兩者優(yōu)點，易加工、尺寸穩(wěn)定、電絕緣性優(yōu)良且抗沖性高，廣泛應(yīng)用于食品包裝、家用電器、電子產(chǎn)品及軍用物資外殼包裝等領(lǐng)域。但其LOI僅為18％，易燃燒，需進(jìn)行阻燃改性。主要阻燃劑為溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷DBDPE等，與Sb2O3配合協(xié)同作用，可取得良好阻燃效果。

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5.?PBT

PBT是結(jié)晶型飽和聚酯，具有優(yōu)異力學(xué)性能、良好尺寸穩(wěn)定性、電絕緣性和耐化學(xué)藥品腐蝕等特點，廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器和機(jī)械等領(lǐng)域。但PBT阻燃性能差UL94 HB 級，在空氣中易燃燒，難以成炭，燃燒時易滴落且釋放大量濃煙和有毒氣體，存在較大危險，需進(jìn)行阻燃改性。主要阻燃劑為鹵系阻燃劑，常用溴系阻燃劑如 DBDPE、溴化環(huán)氧樹脂等，與 Sb2O3 配合協(xié)同作用，可達(dá)到優(yōu)良阻燃效果。此外，PBT中還可使用二乙基次膦酸鋁ADP或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復(fù)配產(chǎn)品。

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6.?PA

PA 具備良好力學(xué)性能、電學(xué)性能和突出潤滑性能，廣泛應(yīng)用于電子元件及汽車零件等領(lǐng)域。未改性 PA 阻燃等級為UL94-V2級，LOI為20％～22％，接觸明火易快速燃燒，釋放大量熱，且熔融時存在焰滴落現(xiàn)象，易擴(kuò)散明火。工業(yè)上對汽車、電器等產(chǎn)品中使用的PA復(fù)合材料有明確阻燃要求，通常需達(dá)UL94-V0級別。鹵系阻燃劑因與PA相容性好、阻燃效率高，在PA中應(yīng)用廣泛。此外，PA中還可使用二乙基次膦酸鋁ADP或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復(fù)配產(chǎn)品。

綜上所述，在工程塑料阻燃體系中，阻燃PC／ABS、阻燃PC主要采用磷系阻燃劑 BDP；而阻燃ABS、阻燃HIPS、阻燃PBT、阻燃PA則主要使用溴系阻燃劑。

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三. 抗滴落劑的作用與應(yīng)用

抗滴落劑在工程塑料阻燃體系中扮演著重要角色。早期的抗滴落劑如氯化聚乙烯、硅橡膠等，因存在環(huán)保、可操作性和遷移等問題，逐漸被高分子量聚四氟乙烯PTFE取代，成為市場主流。PTFE 在燃燒狀態(tài)下可與銻形成化合物促進(jìn)氣相阻燃，并且在剪切力作用下具有纖維化特性，在塑料基體中形成貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。受熱時，PTFE不燃燒且具有收縮性，其纖維化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可防止塑料滴落，從而提高阻燃性能。

經(jīng)過特殊改性的包覆型PTFE，相較于常規(guī)PTFE純粉，具有更好的分散性和易操作性，常溫下不結(jié)團(tuán)，注塑制品不起皺，黑白制品無晶點，能顯著改善制品表面光澤度，并且由于良好的相容性，對高抗沖配方中的沖擊強(qiáng)度影響較小。包覆型 PTFE 適用于需達(dá)到V-0或V- 1阻燃等級的PC、ABS、PC／ABS、HIPS、PBT、PA阻燃塑料，可幫助塑料達(dá)到更高的阻燃標(biāo)準(zhǔn)。

工程塑料的阻燃改性是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的領(lǐng)域，需要綜合考慮阻燃劑的類型、基礎(chǔ)樹脂的特性以及抗滴落劑的應(yīng)用等因素。通過合理選擇和搭配這些材料，可以有效提高工程塑料的阻燃性能，滿足不同應(yīng)用場景的安全需求，同時兼顧材料的加工和使用性能，推動工程塑料在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

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四. 銀塑阻燃公司的創(chuàng)新貢獻(xiàn)

在工程塑料阻燃領(lǐng)域，銀塑阻燃公司作為行業(yè)創(chuàng)新的先鋒，專注于研發(fā)高效、環(huán)保的阻燃劑解決方案。公司針對塑料行業(yè)的多樣化需求，開發(fā)出一系列專為塑料量身定制的阻燃劑產(chǎn)品，涵蓋從溴系、磷系到無鹵環(huán)保型阻燃劑等多個品類。這些阻燃劑不僅具備卓越的阻燃性能，還能與多種基礎(chǔ)樹脂完美相容，有效提升塑料制品的防火安全等級，同時兼顧材料的力學(xué)性能和加工性能，為塑料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。