PC/ABS合金阻燃性、相容性的研究

摘要 本文采用磷酸三苯酯（TPP）和四苯基[双酚-A]二磷酸（BDP）协同阻燃作用来提高PC/ABS合金的阻燃性能，同时加入ABS-g-MAH了来增容PC/ABS合金，使其具有良好的力学性能。

关键词：PC/ABS合金 阻燃性 相容性

【中图分类号】O62

1、前言

以PC和ABS为主要原料的共混体系是一种重要的工程塑料合金。与PC相比，这种合金熔体粘度降低，加工性能改善，并且产品的耐应力开裂性能大大提高。与ABS相比，其耐热性和耐候性提高。生产成本介于PC和ABS之间，又具有两者的良好性能，能够更好地应用于汽车、电子、电器等行业。

2、PC/ABS阻燃性的改善研究

与多数有机高分子材料一样，ABS树脂为可燃材料，其极限氧化指数（limit oxygen index ，LOI）低（18.3%～18.8% ），按UL94标准属于HB级别。ABS着火时燃烧速度快，并且放出大量毒气和黑烟，不利于实际应用。

2.1降低ABS树脂燃烧性主要有三个途径：

1、使用阻燃型聚合物与ABS共混；

2、对现有的ABS进行化学改性；

3、通过通用的方法向ABS中加入阻燃剂[1]。

PC作为一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有良好的机械性能、尺寸稳定性、耐热性和耐寒性、抗冲击强度好。将PC和ABS共混，提高了ABS的耐热性能和力学性能，改善了其耐化学品性和低温韧性，热变形温度可以比ABS高10摄氏度左右[2]。但是PC/ABS的阻燃效果也并不能完全满足人们需求，于是人们在PC/ABS基础上，添加了阻燃剂，进一步改善它的性能。目前，阻燃剂正向低卤、低烟或无烟、低毒或无毒、复合化、无尘化（母料、胶囊）、超细化及高分子化方向发展。其中效果较为突出的为磷类阻燃剂[3]。

2.2 BDP/TPP协同阻燃PC/ABS合金

目前使用最多的磷系阻燃剂是磷酸三苯酯（TPP）和四苯基[双酚-A]二磷酸酯（BDP）。

2.2.1 BDP阻燃 PC/ABS合金的性能

从表1可以看出，在 PC/ABS（70/30）合金体系中，BDP的添加量小于 20份时，合金材料 的氧指数提高得并不明显。当 BDP的添加量超过 20份时 ，材料的氧指数提高得很快 ，BDP的用量从 20份增加到 25份时，合金材 料 的氧指数从 24% 提 高到26.5%，增加 BDP的含量到 30份时，合金材料的氧指数达到 29%，阻燃性能已相当优越。

图1 BDP对PC/ABS阻燃性能和耐热性能的影响

表1

BDP质量分数% 0 5 10 15 20 25 30

氧指数% 23.0 23.2 23.7 24.1 24.8 26.1 29.0

热变形温度℃ 110.0 95.2 85.1 80.0 78.3 75.1 70.0

从表 1还可以看出，随着 BDP用量的增加 ，PC/ABS合金体系的热变形温度迅速下降。在 BDP的用量小于 15份时，其热变形温度下降得较快 ，在BDP用量超过 15份时，其热变形 温度下降得相对较慢 。这是因为，BDP是一种液体助剂 ，其在合金体系中阻燃的同时，也有明显的增塑效果 ，较大的提高了PC/ABS合金材料的塑性流动，降低了材料的热变形温度。

BDP在提高 PC/ABS合金材料阻燃性的同时较大程度地牺牲了材料的耐热性能 ，单独使用 BDP作为PC/ABS合金材料的无卤阻燃剂并不合适。

2.2.2 TPP阻燃 PC/ABS合金的性能

从表2可以看出，TPP的添加量达到30份时，PC/ABS合金体系的氧指数为26%，阻燃效果比BDP略差。从合金材料的热变形温度来看，TPP的添加量为30份时，复合材料的热变形温度为 80℃ ，比相同用量的 BDP时高出了 7℃ ，TPP对合金材料的耐热性能的保持比BDP较果更好。

BDP和 TPP两种阻燃剂对于 PC/ABS合金单一使用时，其添加量都较大。二者对阻燃性能和耐热性能的影响各自体现出不同特点，这方面性能正好形成互补。

2.2.3 BDP/TPP的复配及协同效应

从图4可以看出，采用 TPP和 BDP按质量比为3：2比例复配阻燃剂所得到的曲线 5具有相对于其他四种阻燃剂来说具有较高的阻燃效率。因此，复配后阻燃剂在PC/ABS合金体系中阻燃时存在协同效应 ，提高了阻燃效率。且TPP是合成 BDP的副产物，与BDP相比，具有价格低、对 PC/ABS合金耐热性的牺牲较少等优点，且与BDP具有较好的相容性。

3、PC/ABS相容性的研究

PC/ABS共混物实际是PC/SAN/PB三者的共混物，其中PC与SAN树脂的溶度参数之差为0.84（J/cm3）1/2，而PC与PB的溶度参数之差为7.45（J/cm3）1/2 [6-9]。因此PC与ABS具有一定的相容性。混体系相容性的好坏，直接影响了合金的各项性能指标.因此近年来对PC/ABS合金进行增容改性成为广泛关注的课题。

3.1目前研究现状

对PC/ABS相容剂目前的研究主要基于以下三类：MA 反应增容、PMMA 及胺基 SAN 等。一般相容剂的作用主要有3个：

（1）降低两种聚合物之间的表面张力；

（2）增加界面层的厚度；

（3）降低分散相粒径，从而使相结构更稳定，提高共混物的力学性能

3.2.1 ABS-g-MAH的增容原理

本实验通过选用ABS-g-MAH来进一步提高共混物的相容性。ABS-g-MAH相容剂是由ABS和马来酸酐直接反应得来，其主链结构与ABS相同，因此ABS-g-MAH相容剂与ABS有很好的相容性，通常作为PC/ABS共混体系首选的马来酸酐接枝类相容剂[5]。采用接枝共聚的方法在ABS上接枝酸酐的官能团，其官能团能与PC的端羟基或端羧基反应，在共混过程中形成PC-g-ABS接枝物，从而起到增容作用。[11]酯化反应如下：

3.2.2配方设计

3.2.5结论

加入相容剂 ABS-g-MAH 后合金的拉伸强度下降，且随着加入量的增加而逐渐下降，因为极性的MAH 被 ABS 接枝以后，增加了脆性、降低了强度。断裂伸长率和缺口冲击强度都是先升后降的趋势，在添加8份相容剂时达到最大值。

5、预期结果

因为PC/ABS的阻燃性能不好，故需加入阻燃剂来提高其阻燃效果，综合评价阻燃剂的性能，最后选择BDP/TPP复配阻燃剂，又考虑到阻燃剂的加入，会因为相容性对材料力学性能造成一定的降低，因此加入适宜的相容剂使其阻燃性和力学性能都能达到最佳，综合考虑配方4可能具有最好的性能。

6、参考文献

[1]《塑料改性工艺、配方与应用》杨明山，李林楷等主编

[2]《塑料制品生产工艺手册（第三版）》吴培熙，王祖玉，张玉霞等主编

[3]《塑料改性与实用工艺》罗河胜主编

[4]《复配磷酸酯阻燃PC/ABS合金的研究》石建江 ，陈宪 宏 ，邓 凯桓.

[5]宋健，周文君，陈 科，吕 群，马来酸酐接枝类相容剂对PC/ABS共混体系的影响1674-232X（2010）02-0118-06