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聚碳酸酯(PC)具有突出的抗冲性、耐热性和尺寸稳定性,是一种具有优良综合性能的热塑性工程塑料,广泛应用于电气、电子设备及汽车等领域。但PC的易燃烧性缺点限制了其进一步推广应用,另外在一些特殊应用环境下需要其具备更好的耐热性能。目前PC有卤阻燃技术非常成熟,但无卤阻燃尤其是高耐热无卤阻燃的研究尚处于发展阶段。
本研究工作通过在聚碳酸酯基体中引入少量(≤10%)特种工程塑料聚醚砜(PES),可提高共混物耐热变形温度,且可改善其阻燃性能,配合无卤含硅阻燃界面改性剂FRSi及防滴落剂PTFE,可获得通过UL94 V-0@1.6mm阻燃级别的无卤阻燃耐热高性能共混物。通过对该共混物相容性的研究,提出了改善其力学性能的可行办法;并对其阻燃性能进行研究,以期揭示其阻燃机理。
通过双螺杆挤出熔融共混法制备了系列PC/PES共混物,考察了其力学性能特别是冲击强度变化情况,结果表明添加0%~20%PES,共混物拉伸强度基本保持不变,而冲击强度在10%PES含量内有所提高,10%~20%范围内则有明显下降。共混物外观与其熔融制备温度有关,280~290℃的熔融挤出温度较好,挤出温度过低不利于PES树脂的熔融分散,PC/PES共混物表面粗糙,而挤出温度过高则可能导致PC树脂降解,引起发泡影响外观。运用差示扫描量热仪(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)考察了共混物Tg的变化,结果表明DSC分析不能得到共混物Tg变化情况,DMA分析可得出PC/PES共混物中PC相Tg有小幅度的上移,但不能得到PES相得Tg。运用扫描电镜(SEM)对共混物冲击断面形貌进行观察,结果表明PES以球状粒子分布于连续相PC中,相容性不好,当PES含量高于10%时两相界面明显,而FRSi可改善PC/PES的相容性,起增容改性作用。由于PC/PES共混体系中PC与PES属于高加工温度高粘度树脂,普通低熔点相容剂与其粘度不匹配,对其不具有增容作用。综合考虑成本及相容性两方面因素,制备PC/PES共混物时PES的添加量以10%以内为宣,既能获得良好的力学性能,同时又可改善耐热性。
PC/PES共混物有更高的极限氧指数值,但不能通过UL94 V-0@1.6mm阻燃等级测试。通过含硅阻燃剂FRSi与抗滴落剂PTFE复配使用,在FRSi用量为0.1%、PTFE用量为0.3%时所制备的PC/PES(90/10)共混物可通过该阻燃级别测试,LOI达34.2%,耐热变形温度为127℃(1.80MPa),保持了基体树脂良好的综合力学性能,且耐热变形温度得到改善。运用热失重仪(TG)、锥形量热仪(CONE)等仪器分析了PC/PES共混物的阻燃机理,结果表明PES与含硅阻燃剂具有协同阻燃作用,可促进成炭作用,锥形量热燃烧残炭层的SEM及SEM-EDS元素分析也说明了该阻燃机理。