盤點工程塑料阻燃體系

隨著高分子合成以及加工技術的不斷進步，工程塑料已經滲透到人們生活的各個領域，在一些經常接觸高溫環境的領域中，工程塑料的阻燃性成為衡量其綜合性能的一個重要指標。

塑料的阻燃性能可通過燃燒實驗法進行評價，分為水平法和垂直法2種。

垂直法是通過測量余焰及余輝的持續時間、燃燒的范圍及顆粒滴落情況來評價材料的阻燃性能，根據試樣的行為，按表1所示的判據，把材料分為Ｖ－０、Ｖ－１和 Ｖ－２級（V表示垂直燃燒）。

不同塑料的燃燒性能不一樣，如PC自身具有一定的阻燃性，垂直燃燒測試中可以達到Ｖ－２等級，而ABS自身易燃，無法定級。通過添加阻燃劑對塑料進行阻燃改性，能夠延緩燃燒和降低燃燒的強度。但是，塑料在燃燒過程中，除了自身燃燒外，還會產生滴落物引燃其他可燃物，造成火勢的蔓延，產生嚴重的后果。因此，阻燃塑料中，往往還需要添加抗滴落劑來防止燃燒過程中的熔體滴落。

工程塑料阻燃體系

工程塑料阻燃體系包括阻燃劑、基礎樹脂和抗滴落劑等。

（一）阻燃劑

工程塑料中使用的阻燃劑主要為鹵系阻燃劑和磷系阻燃劑。

（1）鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑分為氯系阻燃劑及溴系阻燃劑。氯系阻燃劑的價格便宜，但是它熱穩定性差，僅適用于加工溫度低于200℃的產品。溴系阻燃劑阻燃效率高，是氯系阻燃劑的2倍，因此相對用量少，又由于它與基體樹脂互容性好，對材料的力學性能影響較小，在阻燃領域有著重要的地位。

鹵系阻燃劑是塑料中主要應用的阻燃劑之一，阻燃效率高，耐候性和熱穩定性好，對材料的力學性能影響小。鹵系阻燃劑主要是在氣相中發揮阻燃作用，它在受熱時分解放出難燃的鹵化氫氣體，可以稀釋空氣中氧氣和可燃性氣體的濃度，并能消除或降低聚合物燃燒過程中產生的活性自由基，從而終止或減緩氣相燃燒過程中的鏈式反應，起到阻燃的目的。

同時，在凝聚相中鹵系阻燃劑還可通過脫水反應形成炭化層，覆蓋在聚合物表面隔絕空氣，從而在凝聚相起到阻燃作用。鹵系阻燃劑與金屬氧化物、含磷化合物等協效劑配合使用，阻燃效果更佳，因此在實際應用中，鹵系阻燃劑常與三氧化二銻（Sb2O3）協同使用。鹵系阻燃劑在燃燒過程中會產生濃煙及腐蝕性氣體等，給人類健康和環境帶來嚴重的二次災害，所以低鹵或無鹵環保型阻燃劑備受關注。

（2）磷系阻燃劑

磷系阻燃劑已形成了門類繁多的品種，包括無機磷酸鹽、磷酸酯、磷雜菲、磷腈以及紅磷等。磷系阻燃劑在燃燒過程中分解形成的高沸點含氧酸可以促進聚合物脫水和炭化，并形成炭化殘渣保護層，使聚合物與空氣隔絕。同時，脫出的水分吸收大量的熱，也可降低聚合物表面溫度，從而達到阻燃的效果。磷系阻燃劑優點是毒性和腐蝕性低、熱穩定性好、效果持久。

歐盟已經禁止在電子設備制造時使用多溴聯苯、多溴聯苯醚等鹵系阻燃劑。磷酸酯類的磷系阻燃劑雙酚Ａ－雙磷酸二苯酯（BDP）與PC/ABS等工程塑料相容性好，并且具有環保性能好、熱穩定性高、對材料性能影響小等優點，因此在手機、筆記本電腦以及電視機等電子電器設備中得到廣泛應用。

（二）基礎樹脂

（1）PC/ABS

PC具有沖擊強度高、抗蠕變、尺寸穩定性好、 耐熱、透明和介電性能優良等優點，但同時也存在加工流動性差、容易發生應力開裂、對缺口敏感、耐磨性差等缺點；ABS具有較好的耐化學藥品性和成型加工性，然而其耐熱和耐候性相對較差。

兩者共混改性所得的PC/ABS合金在性能上可互補，不僅耐熱性、沖擊強度以及拉伸強度優于ABS，而且其熔體粘度比PC低，加工性能好，制品內應力和沖擊強度對制品厚度的敏感性都大大降低。PC/ABS合金廣泛應用于汽車工業、通信設備、電子電器、照明設備等。

為了滿足一些應用領域中的防火安全要求，PC/ABS合金必須具備良好的阻燃性。例如在新能源汽車充電樁以及部分電子電氣阻燃等級要達到Ｖ－０。用于PC/ABS共混體系目前效果較好的是熱穩定性好的雙磷酸酯類以及磷酸酯齊聚物等，其中BDP對PC/ABS合金表現出良好的阻燃性能。

（2）PC

PC具有耐熱性好、光學性能優異、尺寸穩定性好、機械強度高以及沖擊強度優良等特性，廣泛用于家電、電子電器、汽車配件、機械設備和光學儀器零部件等。PC的極限氧指數（ＬＯＩ）可達２１％～２４％，材料本身可達ＵＬ９４Ｖ－２級阻燃，但仍無法滿足特殊領域對阻燃性能的更高要求，如電子電氣和汽車領域均要求PC阻燃等級達到 Ｖ－０。

阻燃PC中，以全氟烷基磺酸鉀（PPFBS）為代表的磺酸鹽類阻燃劑效果最佳，添加少量的磺酸鹽阻燃劑就能顯著改善PC的阻燃性能，達到1.6～3.0ｍｍＶ－０的阻燃等級，并且改性后PC的物理性能和力學性能與通用PC相當。

工業化PC產品中使用最多的磷系阻燃劑主要是三苯基磷酸酯（TPP）、間苯二酚雙（二苯基磷酸酯）（RDP）和BDP，在阻燃劑的添加量為10％（質量分數）時，1.6ｍｍ厚度PC可達Ｖ－０級別， 其中TPP在高溫下易揮發，僅在氣相中發揮阻燃作用；RDP和BDP可同時在氣相和固相發揮阻燃效果。TPP常溫下為固態，熱穩定性相對較差，在PC加工溫度下容易揮發；RDP和BDP常溫下為液體，熱穩定性較好；BDP較RDP抗水解性能好。

（3）ABS樹脂

ＡＢＳ光澤度高、韌性好、耐熱和耐低溫性能好、加工性能優異、具有優良的綜合力學性能；ＡＢＳ電性能不隨溫度和濕度的改變而出現很大變化，是良好的絕緣材料，廣泛應用于家用電器、視聽設備、辦公用品和電子電氣等領域。

ＡＢＳ樹脂可燃，ＬＯＩ為18.3％～18.8％，按ＵＬ９４標準屬于HB級別。ＡＢＳ著火時燃燒速率快，并且放出大量毒氣和黑煙，不利于實際應用。

目前主要以鹵素阻燃劑與Ｓｂ２Ｏ３ 復配使用，鹵銻協同作用對ＡＢＳ進行阻燃改性。阻燃ＡＢＳ主要應用于電話、電腦、液晶顯示器（ＬＣＤ）等電子電氣設備外殼、汽車內構部件和外部構件、小型廚房電器、工具盒真空吸塵器的外殼等。

（4）HIPS

ＨＩＰＳ是由聚苯乙烯（ＰＳ）與 聚丁二烯（ＰＢ）通過共聚制得，擁有兩者共同的優點，易加工、尺寸穩定性好且電絕緣性優良、抗沖性較高，被廣泛應用于食品包裝、家用電器、電子產品及軍用物資的外殼包裝等領域。

但ＨＩＰＳ的ＬＯＩ僅為１８％，易燃燒，為了提高使用安全性，必須對其進行阻燃改性。用于ＨＩＰＳ阻燃改性的主要為溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷（ＤＢＤＰＥ）等，大多與Ｓｂ２Ｏ３ 配合協同作用，具有優良的阻燃效果。

（5）PBT

ＰＢＴ是一種結晶型飽和聚酯，具有優異的力學性能、較好的尺寸穩定性、良好的電絕緣性以及耐化學藥品腐蝕等特點，廣泛應用于汽車、電子電器、機械等領域。但ＰＢＴ的阻燃性能差（ＵＬ９４ ＨＢ級），在空氣中易燃燒，難以成炭，燃燒時易滴落，且釋放出大量濃煙和有毒氣體，易產生比較大的危險，因此必須對其進行阻燃改性。用于ＰＢＴ阻燃改性的阻燃劑主要為鹵系阻燃劑，比較常用的是溴系阻燃劑如ＤＢＤＰＥ、溴化環氧樹脂等，通過與Ｓｂ２Ｏ３配合協同作用，達到優良的阻燃效果。ＰＢＴ中使用的阻燃劑還包括二乙基次膦酸鋁（ＡＤＰ）或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復配產品。

（6）PA

ＰＡ具有良好的力學性能、電學性能和較為突出的潤滑性能，廣泛應用于電子元件及汽車零件等領域。未改性的ＰＡ阻燃等級為ＵＬ９４ Ｖ－２級，ＬＯＩ為２０％～２２％，在接觸到明火的情況下，會發生快速燃燒，放出大量熱，同時還會因熔融存在焰滴落現象，這為明火的進一步擴散制造了條件。

為防止火災危害，工業上對汽車、電器等產品中使用的ＰＡ復合材料有著明確的阻燃要求，一般需要其達到ＵＬ９４Ｖ－０級別。鹵系阻燃劑由于與ＰＡ相容性好，阻燃效率高，在ＰＡ中的應用很廣泛。ＰＡ中使用的阻燃劑還包括二乙基次膦酸鋁（ＡＤＰ）或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復配產品。

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

（三）抗滴落劑

早期的抗滴落劑為氯化聚乙烯、硅橡膠等產品，由于存在環保、可操作性以及遷移等問題，逐漸被高分子量聚四氟乙烯（PTFE）代替，成為市場的主流。同時PTFE還被證明在燃燒狀態下可以和銻形成化合物促進氣相阻燃。

PTFE在剪切力作用下具有纖維化的特性，在塑料加工過程中，在塑料的基體中形成貫穿的網絡結構。而在受熱的情況下，PTFE本身不燃燒，并且具有可收縮的特性，因此，其相互貫穿的纖維化網絡結構能夠防止塑料滴落，從而增加了塑料的阻燃性能。

經過特殊改性的包覆型PTFE，添加于阻燃材料配方中，起到阻燃抗滴落作用，幫助塑料達到更高的阻燃標準。

和常規的ＰＴＦＥ純粉相比，包覆型ＰＴＦＥ具有極好的分散性和易操作性，常溫下不結團，注塑制品不起皺，黑白制品無晶點， 改善制品表面的光澤度尤其明顯。由于良好的相容性，在高抗沖配方中對沖擊強度的影響比較少?？沟温鋭┻m用于需達到Ｖ－０或Ｖ－１阻燃等級的ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＨＩＰＳ、ＰＢＴ、ＰＡ阻燃塑料。除非特別說明，本文中抗滴落劑指包覆型ＰＴＦＥ抗滴落劑。

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