摘要：分別以聚丙烯(PP)樹脂和ABS樹脂作為基體材料，加入阻燃劑(溴-銻阻燃體系)、抗靜電劑(導(dǎo)電炭黑)和偶聯(lián)劑(KH-550)制備了礦用阻燃抗靜電塑料。通過(guò)改變阻燃劑和抗靜電劑的配比，考察了阻燃劑和抗靜電劑對(duì)礦用阻燃抗靜電塑料性能的影響，以及阻燃劑和抗靜電劑彼此之間的影響。結(jié)果表明：溴-銻阻燃體系的加入能提高PP的抗靜電性能；導(dǎo)電炭黑的加入會(huì)降低PP的阻燃性能；在添加一定量的KH550后，礦用阻燃抗靜電塑料在阻燃抗靜電性能符合要求情況下，力學(xué)性能有了明顯提升，保證了制品更能適宜在井下惡劣環(huán)境中使用。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物；礦用；阻燃；抗靜電

    近年來(lái)，由于礦山安全事故的頻發(fā)，礦用安全產(chǎn)品得以大規(guī)模使用，而礦用高分子材料制品需滿足井下更加苛刻的阻燃抗靜電要求，對(duì)于礦用阻燃抗靜電高分子制品的研究也越來(lái)越多。塑料制品的阻燃抗靜電功能都是通過(guò)加入阻燃劑(多為溴-銻體系或磷系)和抗靜電劑(導(dǎo)電炭黑、有機(jī)抗靜電劑等)實(shí)現(xiàn)的，但以往的研究[1-6]多通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定阻燃劑和抗靜電劑的配比，而對(duì)于兩者的共同作用和相互之間的影響研究較少。本文選擇了兩種不同的基體材料PP和ABS，通過(guò)改變阻燃劑(溴-銻阻燃體系)和抗靜電劑(導(dǎo)電炭黑)的含量，研究它們對(duì)礦用阻燃抗靜電塑料性能的影響，以及兩者間的相互影響。同時(shí)，使用偶聯(lián)劑(KH-550)對(duì)共混物進(jìn)行了處理以解決阻燃劑和抗靜電劑(導(dǎo)電炭黑)在較高填充量下的分散問(wèn)題。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1·1　主要原料

PP： K7726，中石油北京燕山分公司； ABS：0215，中石油吉林石化公司；導(dǎo)電炭黑： YML-100，九江亞米特石化有限公司；偶聯(lián)劑： KH-550，南京康普頓曙光有機(jī)硅化工有限公司；十溴聯(lián)苯醚：山東天一化學(xué)有限公司；三氧化二銻(Sb2O3)：云南木利銻業(yè)有限公司；硬脂酸鈣：重慶長(zhǎng)江揚(yáng)帆化工有限公司；抗氧劑： 1010、168，瑞士汽巴精細(xì)化工有限公司。

1·2　主要儀器及設(shè)備

高速混合機(jī)： SHR-100型，張家港市億利機(jī)械有限公司；同向雙螺桿擠出機(jī)： TE-35，南京科亞化工裝備有限公司；注塑機(jī)： SZ-90，廣東東華機(jī)械有限公司； CMT4204型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、ZBC1000型懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)、ZRZ1452型熔體流動(dòng)速率儀：美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；絕緣電阻測(cè)試儀：YD2683型，常州市揚(yáng)子電子有限公司；阻燃試驗(yàn)箱： CMK-1型，煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院。

1·3　試樣制備

將各種物料分別按表1配比稱量后，經(jīng)高速混合機(jī)混合均勻，然后在雙螺桿擠出機(jī)上熔融共混，擠出造粒。PP擠出各段溫度從加料口到機(jī)頭依次為180、200、220、220、210℃； ABS擠出各段溫度從加料口到機(jī)頭依次為180、200、220、230、220℃；螺桿轉(zhuǎn)速均為120 r/min，注塑機(jī)噴嘴控制在220℃，注射壓力為65 MPa，成型周期為50s。將所得粒料在90℃干燥4 h，經(jīng)注塑機(jī)注射成標(biāo)準(zhǔn)試樣，以供性能測(cè)試使用。

1·4　性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度按GB/T1040·2—2006測(cè)試，拉伸速率50 mm/min；熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)按GB/T3682—2000測(cè)試；懸臂梁沖擊性能按GB/T 1843—2008測(cè)試；彎曲性能按GB/T 9341—2008測(cè)試；表面電阻按MT113—1995測(cè)試；阻燃性能按MT113—1995測(cè)試；掃描電鏡(SEM)分析：將樣品在液氮中脆斷，經(jīng)噴金后使用SEM觀察斷面變化。

2　結(jié)果與討論

2·1　阻燃劑、抗靜電劑和偶聯(lián)劑對(duì)PP力學(xué)性能的影響

表2是PP樣條的各項(xiàng)性能。根據(jù)表2，對(duì)比PP和PP-1可以發(fā)現(xiàn)，阻燃劑的加入，降低了PP的力學(xué)強(qiáng)度，如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等；同時(shí)也降低了PP的形變能力和加工性能，如斷裂伸長(zhǎng)率從95%降低到26%，MFR從24·5 g/10min下降到9·3 g/10min；對(duì)比PP-4和PP-6也有類似現(xiàn)象。其原因主要是由于十溴聯(lián)苯醚本身強(qiáng)度較PP低，流動(dòng)性也不如PP7726，所以添加到PP基體中，會(huì)明顯降低PP的相關(guān)性能。

同時(shí)，對(duì)比PP-1和PP-2可以看出，加入KH-550可在一定程度上提高PP-1的力學(xué)強(qiáng)度和加工性能，這主要是由于KH-550含有氨基和三個(gè)可水解基團(tuán)乙氧基，其中乙氧基先水解生成硅醇，由于硅醇不穩(wěn)定，極易與無(wú)機(jī)物或金屬表面的羥基結(jié)合脫水，從而與無(wú)機(jī)物或金屬結(jié)合起來(lái)。氨基上帶有兩個(gè)活潑氫可以和各種聚合物發(fā)生反應(yīng)，從而通過(guò)化學(xué)鍵將兩種性質(zhì)完全不同的材料緊密地結(jié)合起來(lái)。最終使阻燃劑與基體材料結(jié)合力增強(qiáng)的同時(shí)，也使阻燃劑得到更好的分散。以上現(xiàn)象也可從PP-3和PP-4的對(duì)比以及PP-5和PP-6的對(duì)比中得到。

從PP和PP-3對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電炭黑的加入增強(qiáng)了PP的導(dǎo)電性能，同時(shí)也在一定程度上提高了PP的力學(xué)強(qiáng)度，如拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等；但也降低了PP的形變能力和加工性能，如斷裂伸長(zhǎng)率，從95%降低到36%，MFR從24·5 g/10min下降到10·6 g/10min。這是因?yàn)樘亢谧鳛榭轨o電劑的同時(shí)也是一種無(wú)機(jī)填料，所以添加到PP的基體中，會(huì)明顯地增加PP的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)也會(huì)降低PP的延展性和加工性能。

2·2　抗靜電劑和偶聯(lián)劑對(duì)PP阻燃性能的影響
 

根據(jù)表2，對(duì)比PP和PP-1可以發(fā)現(xiàn)，阻燃劑的引入，可以明顯提高PP的阻燃性，這主要是源于阻燃劑燃燒時(shí)形成的氣層隔絕了PP和氧氣，從而達(dá)到阻燃的效果。對(duì)比PP-1和PP-2可以發(fā)現(xiàn)，偶聯(lián)劑的引入，可進(jìn)一步提高其阻燃效果，這主要是由于偶聯(lián)劑的橋接作用所導(dǎo)致。對(duì)比PP-1和PP-5可以發(fā)現(xiàn)，抗靜電劑炭黑的加入，有焰燃燒時(shí)間有一定的增加，主要是由于導(dǎo)電炭黑雖然導(dǎo)電能力很強(qiáng)，但本身易于燃燒，降低了材料的阻燃性能。

2·3　阻燃劑和偶聯(lián)劑對(duì)PP抗靜電性能的影響

根據(jù)表2，對(duì)比PP-3和PP-5可以發(fā)現(xiàn)，阻燃劑的加入，材料表面電阻從1·6×105Ω下降到5·7×104Ω，表明阻燃劑的添加對(duì)材料的抗靜電性有一定的增強(qiáng)作用，這可能是由于阻燃劑中的三氧化二銻具有一定導(dǎo)電性能所致。對(duì)比PP-5和PP-6可以發(fā)現(xiàn)， KH-550的加入，對(duì)PP-5的抗靜電性能幾乎沒(méi)有影響。

綜上所述，阻燃劑的加入會(huì)削弱PP的力學(xué)性能和加工性能，但能在一定程度上提高其抗靜電性能；KH-550的加入可在一定程度上提高PP的力學(xué)性能、加工性能和阻燃性能，但對(duì)靜電性能沒(méi)有影響；炭黑的加入雖然能增強(qiáng)PP的力學(xué)強(qiáng)度，但也降低了PP的形變能力、加工性能和阻燃性能。

2·4　阻燃劑、抗靜電劑和偶聯(lián)劑對(duì)ABS力學(xué)性能和其他性能的影響

為了驗(yàn)證以上現(xiàn)象或規(guī)律是否具有普適性，本文還選擇了ABS基體材料來(lái)加以驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的性能數(shù)據(jù)如表3所示。表3表明， ABS的力學(xué)性能、阻燃性能和電性能的變化規(guī)律和PP的基本一樣。

3　結(jié)論

1)阻燃劑十溴聯(lián)苯醚/Sb2O3的加入，會(huì)降低PP的力學(xué)性能和流動(dòng)性能，但能在一定程度上提高抗靜電性能。

2)偶聯(lián)劑KH-550的加入，可在一定程度上提高PP的力學(xué)性能、加工流動(dòng)性能和阻燃性能，但對(duì)靜電性能沒(méi)有影響。

3)抗靜電劑導(dǎo)電炭黑的加入，雖然能增強(qiáng)PP的力學(xué)強(qiáng)度，但也降低了PP的形變能力、加工流動(dòng)性能和阻燃性能。

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