丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(ABS)工程热塑性复合材料由于良好的机械性能,耐化学性和易加工性而受到欢迎。然而,ABS树脂的易燃性是其在汽车工业,电器和办公用品供应中的一个严重问题。此外,ABS树脂在燃烧过程中会产生大量烟雾和有毒气体,这为其应用带来了另一个潜在风险。因此,提高ABS树脂的阻燃性和抑烟性势在必行。
中南大学周涛教授通过共沉淀法制备的Mg-Al-Co层状双氢氧化物(LDH)和[4-(二苯氧基 - 磷酰基氨基)-6-苯基 - [1,3,5 ]三嗪-2-基] - 磷酰胺二苯基酯(DPCPB),一种新型膨胀型阻燃剂。将其应用在ABS材料中有着突出的效果。
DPCPB的合成方法如图1所示,将ABS树脂和FR 的一定比例如图2所示在高速捏合机中机械混合。然后将该混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出和造粒。根据表2控制挤出机的温度,这由ABS树脂的熔融温度决定。最后,将干燥后的复合材料制备成标准样条,用于通过注塑机在温度(200-225℃)和高压(30-50MPa)下进一步测试。然后,复合材料在室温下冷却25秒。
通过LOI和垂直燃烧测试(UL-94)评估ABS复合材料的阻燃效率。结果如图3所示。与纯ABS的18.1相比,ABS / LDHs比率100/4的LOI值为23.3,并且同一样品的UL-94值为V-2水平。ABS / DPCPB比率为100/25时,相应复合材料的LOI值从18.1(纯ABS)提高到23.9,V-2水平通过UL-94测试获得。对于100/30的ABS / DPCPB比率,LOI值是26.4,UL-94是V-1级别。对于质量比为100/21/4的ABS / DPCPB / LDH,LOI值增加到24.7,UL-94为V-1级; 性能优于质量比为100/25的ABS / DPCPB。结果表明,协同阻燃体系在LOI测试中实现了更高的阻燃性能,并且在UL-94测试期间由于存在Mg-Al-Co-LDHs而产生更少的烟雾。
用TGA表征了不同配方的ABS复合材料的热分解性能。如图4所示,TGA在N 2气氛中以10℃/分钟的加热速率进行。纯ABS树脂的初始热分解温度约为330℃。分解速率在400-475℃时最快,分解几乎在500℃完成。在测试过程中,95.28%的纯ABS树脂被分解。当FR复合物配方为ABS / DPCPB = 100/25,ABS / DPCPB / LDHs = 100/21/4时,初始热分解温度分别为250和225℃。初始分解温度的降低归因于新型IFR DPCPB和LDH的存在。热分解后残碳收率分别为11.7%和12.3%这表明DPCPB的添加有效地增加了燃烧后的剩余碳产量。此外,LDHs的加入可能与DPCPB具有很好的协同效应。
纯ABS树脂及其不同复合材料的DTG曲线如图5所示 。曲线1是纯ABS树脂的失重率,表明ABS的热稳定性很好,在350℃之前没有明显的热分解。随着温度从350℃升高到420℃,纯ABS树脂的失重率显着增加,并且在420℃观察到最高的-20.8%/ min的失重率。
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