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2025年06月05日行業(yè)資訊

工程塑料阻燃體系全解析

工程塑料阻燃體系全解析

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在工程塑料領(lǐng)域,阻燃體系的構(gòu)建至關(guān)重要,它不僅關(guān)乎產(chǎn)品的安全性能,也影響著材料的加工和使用性能。本文將深入探討工程塑料中常見(jiàn)的阻燃劑類(lèi)型、基礎(chǔ)樹(shù)脂的特性以及抗滴落劑的應(yīng)用,旨在為工程塑料的阻燃改性提供全面的參考。

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一. 阻燃劑的分類(lèi)與特性

阻燃劑作為工程塑料阻燃體系的核心,主要分為鹵系阻燃劑和磷系阻燃劑。

鹵系阻燃劑涵蓋氯系和溴系。氯系阻燃劑成本低廉,但熱穩(wěn)定性欠佳,僅適用于加工溫度低于200℃的產(chǎn)品。溴系阻燃劑則憑借高效的阻燃性能脫穎而出,其阻燃效率是氯系的兩倍,用量少且與基體樹(shù)脂互容性好,對(duì)材料力學(xué)性能影響輕微,在阻燃領(lǐng)域占據(jù)重要地位。然而,鹵系阻燃劑燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生濃煙和腐蝕性氣體,對(duì)環(huán)境和健康造成危害,促使低鹵或無(wú)鹵環(huán)保型阻燃劑逐漸受到關(guān)注。

磷系阻燃劑種類(lèi)豐富,包括無(wú)機(jī)磷酸鹽、磷酸酯、磷雜菲、磷腈和紅磷等。其阻燃原理是在燃燒過(guò)程中分解形成高沸點(diǎn)含氧酸,促進(jìn)聚合物脫水和炭化,生成炭化殘?jiān)Wo(hù)層隔絕空氣,并通過(guò)脫出的水分吸收熱量降低表面溫度。磷系阻燃劑具有低毒、低腐蝕、熱穩(wěn)定性好和持久有效的優(yōu)點(diǎn)。在電子設(shè)備制造領(lǐng)域,多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚等鹵系阻燃劑已被歐盟禁用,而磷酸酯類(lèi)磷系阻燃劑如雙酚A -雙磷酸二苯酯BDP,因與PC / ABS等工程塑料相容性好,環(huán)保、熱穩(wěn)定性高且對(duì)材料性能影響小,在電子電器設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

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二. 基礎(chǔ)樹(shù)脂及其阻燃性能

1.?PC / ABS 合金

PC 具有高沖擊強(qiáng)度、抗蠕變、尺寸穩(wěn)定、耐熱、透明和優(yōu)良介電性能等優(yōu)點(diǎn),但存在加工流動(dòng)性差、易應(yīng)力開(kāi)裂、對(duì)缺口敏感和耐磨性差等不足。ABS則耐化學(xué)藥品性好、成型加工性佳,但耐熱和耐候性較差。PC/ABS合金結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì),耐熱性、沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度優(yōu)于 ABS,熔體粘度低于PC,加工性能良好,制品內(nèi)應(yīng)力和沖擊強(qiáng)度對(duì)厚度敏感性降低,廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、通信、電子電器和照明等領(lǐng)域。

為滿足防火安全要求,PC/ABS合金需具備良好阻燃性。新能源汽車(chē)充電樁及部分電子電氣領(lǐng)域要求阻燃等級(jí)達(dá)V-0。熱穩(wěn)定性好的雙磷酸酯類(lèi)和磷酸酯齊聚物等在PC/ABS共混體系中效果顯著,其中BDP對(duì)其阻燃性能表現(xiàn)突出。

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2.?PC

PC 具備耐熱性好、光學(xué)性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高和沖擊強(qiáng)度優(yōu)良等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于家電、電子電器、汽車(chē)配件、機(jī)械設(shè)備和光學(xué)儀器零部件等領(lǐng)域。其極限氧指數(shù)LOI可達(dá)21%~24%,本身可達(dá)UL94-V2級(jí)阻燃,但難以滿足特殊領(lǐng)域?qū)Ω咦枞夹阅艿囊?,如電子電氣和汽?chē)領(lǐng)域要求PC阻燃等級(jí)達(dá)V-0。

阻燃PC中,全氟烷基磺酸鉀PPFBS等磺酸鹽類(lèi)阻燃劑效果最佳,少量添加即可顯著改善 PC 阻燃性能,達(dá)到 1.6~3.0mm V-0阻燃等級(jí),且改性后PC的物理和力學(xué)性能與通用 PC 相當(dāng)。工業(yè)化PC產(chǎn)品中,使用最多的磷系阻燃劑有三苯基磷酸酯TPP、間苯二酚雙二苯基磷酸酯RDP和BDP。當(dāng)阻燃劑添加量為 10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí),1.6mm厚度 PC可達(dá)V-0級(jí)別。TPP常溫下為固態(tài),熱穩(wěn)定性差,易揮發(fā),僅在氣相中發(fā)揮阻燃作用;RDP和BDP常溫下為液體,熱穩(wěn)定性好,可同時(shí)在氣相和固相發(fā)揮阻燃效果,且BDP較RDP抗水解性能更優(yōu)。

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3.?ABS 樹(shù)脂

ABS 具有高光澤度、良好韌性、耐熱耐低溫性能、優(yōu)異加工性能和優(yōu)良綜合力學(xué)性能,電性能受溫度和濕度影響小,是良好絕緣材料,廣泛應(yīng)用于家用電器、視聽(tīng)設(shè)備、辦公用品和電子電氣等領(lǐng)域。但ABS易燃,LOI為 18.3%~18.8%,按UL94標(biāo)準(zhǔn)屬HB級(jí)別,著火時(shí)燃燒速率快,釋放大量毒氣和黑煙,不利于實(shí)際應(yīng)用。

目前主要采用鹵素阻燃劑與Sb2O3復(fù)配使用,通過(guò)鹵銻協(xié)同作用對(duì)ABS進(jìn)行阻燃改性。阻燃ABS廣泛應(yīng)用于電話、電腦、液晶顯示器LCD等電子電氣設(shè)備外殼、汽車(chē)內(nèi)外部構(gòu)件、小型廚房電器、工具盒和真空吸塵器外殼等。

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4.?HIPS

HIPS由聚苯乙烯PS與聚丁二烯PB共聚而成,兼具兩者優(yōu)點(diǎn),易加工、尺寸穩(wěn)定、電絕緣性?xún)?yōu)良且抗沖性高,廣泛應(yīng)用于食品包裝、家用電器、電子產(chǎn)品及軍用物資外殼包裝等領(lǐng)域。但其LOI僅為18%,易燃燒,需進(jìn)行阻燃改性。主要阻燃劑為溴系阻燃劑如十溴二苯乙烷DBDPE等,與Sb2O3配合協(xié)同作用,可取得良好阻燃效果。

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5.?PBT

PBT是結(jié)晶型飽和聚酯,具有優(yōu)異力學(xué)性能、良好尺寸穩(wěn)定性、電絕緣性和耐化學(xué)藥品腐蝕等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子電器和機(jī)械等領(lǐng)域。但PBT阻燃性能差UL94 HB 級(jí),在空氣中易燃燒,難以成炭,燃燒時(shí)易滴落且釋放大量濃煙和有毒氣體,存在較大危險(xiǎn),需進(jìn)行阻燃改性。主要阻燃劑為鹵系阻燃劑,常用溴系阻燃劑如 DBDPE、溴化環(huán)氧樹(shù)脂等,與 Sb2O3 配合協(xié)同作用,可達(dá)到優(yōu)良阻燃效果。此外,PBT中還可使用二乙基次膦酸鋁ADP或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復(fù)配產(chǎn)品。

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6.?PA

PA 具備良好力學(xué)性能、電學(xué)性能和突出潤(rùn)滑性能,廣泛應(yīng)用于電子元件及汽車(chē)零件等領(lǐng)域。未改性 PA 阻燃等級(jí)為UL94-V2級(jí),LOI為20%~22%,接觸明火易快速燃燒,釋放大量熱,且熔融時(shí)存在焰滴落現(xiàn)象,易擴(kuò)散明火。工業(yè)上對(duì)汽車(chē)、電器等產(chǎn)品中使用的PA復(fù)合材料有明確阻燃要求,通常需達(dá)UL94-V0級(jí)別。鹵系阻燃劑因與PA相容性好、阻燃效率高,在PA中應(yīng)用廣泛。此外,PA中還可使用二乙基次膦酸鋁ADP或其與氫氧化鎂、氫氧化鋁等的復(fù)配產(chǎn)品。

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

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三. 抗滴落劑的作用與應(yīng)用

抗滴落劑在工程塑料阻燃體系中扮演著重要角色。早期的抗滴落劑如氯化聚乙烯、硅橡膠等,因存在環(huán)保、可操作性和遷移等問(wèn)題,逐漸被高分子量聚四氟乙烯PTFE取代,成為市場(chǎng)主流。PTFE 在燃燒狀態(tài)下可與銻形成化合物促進(jìn)氣相阻燃,并且在剪切力作用下具有纖維化特性,在塑料基體中形成貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。受熱時(shí),PTFE不燃燒且具有收縮性,其纖維化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可防止塑料滴落,從而提高阻燃性能。

經(jīng)過(guò)特殊改性的包覆型PTFE,相較于常規(guī)PTFE純粉,具有更好的分散性和易操作性,常溫下不結(jié)團(tuán),注塑制品不起皺,黑白制品無(wú)晶點(diǎn),能顯著改善制品表面光澤度,并且由于良好的相容性,對(duì)高抗沖配方中的沖擊強(qiáng)度影響較小。包覆型 PTFE 適用于需達(dá)到V-0或V- 1阻燃等級(jí)的PC、ABS、PC/ABS、HIPS、PBT、PA阻燃塑料,可幫助塑料達(dá)到更高的阻燃標(biāo)準(zhǔn)。

工程塑料的阻燃改性是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的領(lǐng)域,需要綜合考慮阻燃劑的類(lèi)型、基礎(chǔ)樹(shù)脂的特性以及抗滴落劑的應(yīng)用等因素。通過(guò)合理選擇和搭配這些材料,可以有效提高工程塑料的阻燃性能,滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的安全需求,同時(shí)兼顧材料的加工和使用性能,推動(dòng)工程塑料在各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

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四. 銀塑阻燃公司的創(chuàng)新貢獻(xiàn)

在工程塑料阻燃領(lǐng)域,銀塑阻燃公司作為行業(yè)創(chuàng)新的先鋒,專(zhuān)注于研發(fā)高效、環(huán)保的阻燃劑解決方案。公司針對(duì)塑料行業(yè)的多樣化需求,開(kāi)發(fā)出一系列專(zhuān)為塑料量身定制的阻燃劑產(chǎn)品,涵蓋從溴系、磷系到無(wú)鹵環(huán)保型阻燃劑等多個(gè)品類(lèi)。這些阻燃劑不僅具備卓越的阻燃性能,還能與多種基礎(chǔ)樹(shù)脂完美相容,有效提升塑料制品的防火安全等級(jí),同時(shí)兼顧材料的力學(xué)性能和加工性能,為塑料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。

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