做塑料阻燃配方设计,真的有那么难吗?

  • 发布:2018/9/29 10:20:57
  • 来源:塑道学苑

前几天,一位朋友老王跟我唠嗑儿,聊到家里的小孩刚刚进入国内某知名塑料改性公司从事阻燃方向改性配方设计工作。初入职场的小王,总是抱怨感觉要做完美的阻燃塑料配方设计,有那么一点点“难”。

其实,日常生活中我们会遇到很多的塑料产品,他们大部分采用的树脂都属于易燃或可燃材料。

为了减少和降低聚合物燃烧引起的经济损失和人员伤亡,通常我们需要对塑料产品进行阻燃改性处理。所谓阻燃,实质上就是延缓、抑制燃烧的传播,减少热引燃出现的频率。

阻燃处理方法,一种是在合成树脂时选用含有卤、磷、氮等阻燃元素的原料,从而使树脂本身具有阻燃性能,即本质阻燃,但由于阻燃元素的含有量通常不会太多,因而阻燃效果有限;另一种简单易行的方法则是在树脂中直接加入阻燃剂。

本质阻燃含磷共聚酯合成示意图(欧育湘 教授)

材料的燃烧特性与材料的比热容、热导率、热分解温度、热分解产物、燃烧热等都有很大的关系。下面我来跟大家分享下塑料改性如何选择阻燃剂以及添加量的问题。

首先,针对改性塑料阻燃,基本以添加型阻燃剂为主,主要因为其具有配方灵活,产品种类多样的特点。因此,选择合适的阻燃剂也就成了比较重要的问题。

通常,可以用四步法来完成。

第一步:确认是何种材料:PP / PA6 / PA66 / PC / ABS等。

第二步:阻燃等级的确认:5VA,5VB,V0,V1,V2,HB,是否可以滴落、氧指数的要求。

第三步:是否有无卤的要求。(卤素含量<500ppm,还是=0?)

第四步:除阻燃性能外,其他性能的要求,如力学性能 、电气特殊性能等。

下表是比较常见改性材料常用阻燃剂。当然,除了表格中列出的,许多新的磷氮系阻燃剂都已经被开发出来或正在开发中。虽然很多新产品有着各种各样的问题,但是随着研究人员的研究不断深入,我们相信这些新产品会很快应用于工业生产中。

了解常用的阻燃改性添加剂之后,我们再来聊聊配方设计中阻燃剂的添加量,一般可以依据已有的实验数据来确定。通常认为,氧指数在22-27之间属于自熄性材料,能在火焰中燃烧,但离火自熄。

氧指数

氧指数指的是刚好维持某塑料材料燃烧所需氧/氮混合气体中最低氧含量的百分数,所以氧指数也被称为极限氧指数。氧指数越小,说明这种塑料材料更易燃,反之则不易燃烧。空气中的氧含量维持在21%左右,所以通常认为大于22%的才具有阻燃性。

下表是各塑料达到自熄时阻燃元素的含量。

根据表格中阻燃元素的含量与离火自熄的关系,我们可以推算阻燃剂的用量。式中,x为上表中阻燃元素的含量值;n为阻燃元素的个数。

举个例子来说:不饱和聚酯玻璃钢阻燃配方如何设计?

不饱和聚酯的氧指数为20.6,为易燃材料,选用六溴苯和三氧化二锑为阻燃剂。六溴苯的分子量为551.49,溴的相对原子质量为 79.9,根据上表数据,x为8,n为6,根据上面公式:

即100份材料中所需的六溴苯阻燃剂为9.2份,同理,三氧化二锑需要的量也可以轻松地计算出为2份。怎么样,这样一看,阻燃改性配方设计是不是没有那么难了。

当然,以上的配方设计仅仅只是作为阻燃材料开发过程中的一点参考,实际过程中的阻燃配方设计可能比上述过程复杂的多。应用环境的不同对于阻燃剂的选型来说也是一个重要的因素。此外由于树脂和阻燃剂选择的不同以及阻燃要求的不同,阻燃剂的添加量也要根据实际要求来设计。

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[责任编辑:张赞丽]

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