无卤阻燃抗静电聚碳酸酯材料的制备与性能研究

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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,广泛应用于电子、电器和汽车等众多领域。但PC的燃烧性和绝缘性限制了其进一步推广应用,尤其在某些领域的应用还会带来很大的安全隐患。通过阻燃和抗静电改性可以使PC材料具备一定的阻燃和抗静电能力。   目前的研究集中在对PC进行或阻燃或抗静电的改性,较少涉及同时具备阻燃抗静电性能PC材料的改性研究。传统的阻燃剂和抗静电剂在使PC获得阻燃性和抗静电性的同时,会造成材料力学性能的下降,尤其影响PC的优异抗冲性能。因此,有必要研究如何获得具有高抗冲性能的无卤阻燃PC或抗静电PC材料,以及具有较优异力学性能的无卤阻燃抗静电PC材料。借鉴传统的PC阻燃改性经验,以及核壳结构丙烯酸酯作为PC增韧剂的成熟应用,本论文制备了具有核壳结构的硅丙共聚物阻燃剂,系统研究高抗冲无卤阻燃PC材料、高抗冲抗静电PC材料以及无卤阻燃抗静电PC材料的制备方法、结构与性能的关系、阻燃机理和添加剂的相互影响。   将二苯砜磺酸钾(KSS)、溴化聚碳酸酯(BPC)和聚四氟乙烯(PTFE)三种阻燃剂复配阻燃PC,总用量为0.7wt%时,复合体系达到1.6mm的UL94V-0阻燃等级,LOI达到38.3%,缺口冲击强度达到72.1kJ/㎡。TGA、CONE和炭层SEM测试表明KSS与BPC复配能够加快PC的热氧分解速率,促进燃烧过程中致密炭层的形成。   通过种子乳液聚合,以苯基三乙氧基硅烷(PTES)为主要硅烷单体,先与八甲基环四硅氧烷(D4)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MATS)进行水解共缩聚反应合成聚硅氧烷核乳液,再分别与丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝共聚,制得具有核壳结构的聚硅氧烷一丙烯酸酯共聚物(简称硅丙共聚物)。控制各步反应时间为4小时,采用半连续的加料方式,控制硅、丙单体摩尔比为6:4,BA、MMA单体摩尔比为5:5,获得最佳使用性能的核壳结构硅丙共聚物,采用FTIR和TGA对产物进行了表征和热性能分析。   将制备的硅丙共聚物与KSS和PTFE复配用于PC的阻燃改性,阻燃剂总用量为0.5wt%时,复合体系达到1.6mm的UL94V-0阻燃等级,LOI达到38.5%,缺口冲击强度达到87.1kJ/㎡,几乎未影响纯PC的抗冲性能。SEM图显示复配阻燃剂体系与PC基体相容性良好,由多重银纹引发的空穴,能够耗散冲击能,表现出韧性断裂特征。TGA和DTG测试表明硅丙共聚物在燃烧时向基材表面迁移,加速PC的热降解,催化形成致密炭层。   通过PC/(SEBS+CB)母粒两步法加工方式,先将导电炭黑(CB3000)与SEBS共混,再与PC共混,获得的复合物导电渗滤阈值低至2.1wt%,当PC/SEBS/CB合金体系组成为80/20/3.5时,复合物缺口冲击强度达到63.0 kJ/㎡,体积电阻率达到1.3×107Ω·cm。SEM分析表明采用合金体系,以及PC/(SEBS+CB)母粒两步法的加工方式,使得CB实现非均匀分布。在PC/SEBS/CB(85/15/2.5)合金体系中,采用5wt%的间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)、2wt%的红磷(RP)、0.1wt%的KSS和0.3wt%的PTFE阻燃剂复配体系,复合物达到1.6mm的UL94V-0阻燃等级,体积电阻率为1.1×107Ω·cm,缺口冲击强度达到26.0kJ/Ω。采用TGA分析了阻燃剂与抗静电剂之间的相互影响,结果表明CB促进合金体系的燃烧,RDP能够润湿CB,促进CB在复合物基体中的分布和分散。炭层SEM和TGA-FTIR的研究表明具有较强凝聚相阻燃能力的红磷阻燃剂更适合于PC阻燃抗静电体系。
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