第38卷第11期2010年11月塑料工业
C H I NA PLA ST ICS I NDU STRY
*
广东省广州市番禺区科技计划项目(2009-Z-55-1) **联系人z x i uj u @g ic ac cn
作者简介：沈俊才，男,1987年生，硕士研究生，研究方向为功能高分子材料。juncais555@126 co m *
沈俊才，张秀菊
**
，林志丹，谭绍早
(暨南大学理工学院材料系，广东广州510632)
摘要：经熔融共混制备了间苯二酚双磷酸酯(RD P)与聚苯基甲基硅氧烷(DC 8008)复合阻燃的填充型无卤阻燃聚碳酸酯(FRPC)，研究了分别加入质量分数10%的晶须硅、滑石粉和玻纤填料后,FRPC 的阻燃性能、力学性能 和耐热性能。结果表明，填料晶须硅、滑石粉和玻纤都可以提高FRPC 的阻燃性能和拉伸强度，其中玻纤的效果最
佳，滑石粉次之，晶须硅较差。
关键词：间苯二酚双磷酸酯；聚苯基甲基硅氧烷；聚碳酸酯；晶须硅；滑石粉；玻纤；无卤阻燃中图分类号:TQ 323 4+1 文献标识码:A 文章编号:
1005-5770(2010)11-0051-04
Study on Properties of Halogen free F la me retardant Polycarbonate Co mposite F illed w ith Silicate
S H E N Jun ca,i ZHANG X iu j u ,LI N Zh i dan ,TAN Shao zao
(Co lleg e of Science and Eng ineer i ng,
Ji nan U niversity ,Guangzhou 510632,Chi na)
Abst ract :The ha l o gen free fla m e re tar dant po l y car bonate (FRPC )co m posites filled w ith different k i n ds of sili c ate w ere prepared w ith resorcino l bis (d i p heny lphosphate )(RDP)and m ethyl phenyl siloxane resi n (DC 8008)by m elt blend i n g .Then the influences of fla m e retardancy ,m echan ical properties and heat re
sistance w ere studied when filli n g 10w %t silicon wh isker ,Talc and glass fiber i n FRPC separate ly .The re su lts sho w ed that silicon w hisker ,多德弗兰克法案
talc and g lass fi b er could i n crease the ther m al stability and tensile strength
of FRPC .The e ffect of g lass fi b er w as the bes,t fo ll o w ing the talc and t h e wh isker w as least sign ificantly .
K eyw ords :RDP ;M et h y l pheny lS il o xane Resin ;Po lycarbonate ;S ili c onW h isker ;Ta lc ;G l a ss F i b er ;
H alogen free F la m e retardant
阻燃聚碳酸酯(PC )有着优异的综合性能，广
泛用于电子、电器、建筑、机械、包装和交通运输等领域。PC 主链上的苯环使其具有一定的阻燃性，能够自熄，但随着电子、电器产品等对阻燃性能要求的不断提高，其阻燃改性显得越来越重要。近年来，添加量少、阻燃效率高的卤素阻燃剂因被发现燃烧时产生大量烟气，放出有毒、腐蚀性气体，腐蚀设备及仪器，且回收品燃烧时产生大量有害气体 [1]
而被逐步
禁用,PC 的无卤阻燃问题成为学术界和工业界的研究热点，目前研究较多的无卤阻燃剂主要有磷系阻燃剂
[2-4]
、磺酸盐系阻燃
[5]
、硅系阻燃剂
[6-7]
等。间苯
二酚双磷酸酯(RDP)因其熔点较低，对PC 进行阻燃改性的同时，可赋予PC 优异的加工流动性能，使
其注塑加工温度从290 降低到260 左右[8]
。吴丹等
[9]
以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-
氧化物、丙烯酸、N - -胺乙基- -胺丙基甲基二
甲氧基硅烷和 ,!-二羟基二甲基硅烷为原料，合成一种新型的集硅、磷、氮于一体的阻燃剂。将其加入到PC /ABS 中，改变了PC /ABS 的热降解行为，提高了PC /ABS 在高温下的成炭率及炭层的稳定性。但是在很多场合，单纯阻燃的PC 不能直接应用，需要进一步共混、增强改性以适应不同场合的需求，无卤阻燃共混PC 已有不少研究[10-11]中成药抗生素
，但无卤阻燃增强PC 的研究还很少见报道。常见的矿物增强材料主要是硅酸盐类，本文重点研究无
卤阻燃PC (RDP /DC 8008复配阻燃PC )在添加同属硅酸盐的晶须硅、滑石粉和玻纤后，其力学性能、阻燃性能和耐热性能的变化。
1 实验部分
1 1 主要原料与试剂
聚碳酸酯(PC )：牌号2805，德国拜耳公司；聚硅氧烷阻燃剂:DC 8008，美国道康宁公司；间苯
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塑 料 工 业2010年
二酚双磷酸酯(RDP)：深圳市点石坊化工有限公司；硅烷偶联剂KH 550：南京曙光化工集团；晶须硅:1250目，上海汇精亚纳米新材料有限公司；滑石粉:1000目，海城市瑞通矿业有限公司；无碱玻纤：单丝直径8~13∀m，市售。
1 2 主要仪器与设备
双螺杆挤出机:S H J 20型，南京杰亚挤出装备有限公司；塑料注射机：日精(N I SSE I)注塑机，新荣
精密机械(香港)有限公司；万能电子拉力试验机: Roell Z010型，德国Zw ick公司；冲击试验机:Zw ick I 型，德国Zw ick/Roell公司；氧指数仪：美国Dynisco LOI限氧指数分析仪；垂直燃烧测定仪:CZF 3型，南京市江宁区分析仪器厂；热重分析仪:TGA Q500型，美国TA仪器公司；热变形温度测量仪:HV 2000 M3W型，高铁检测仪器(东莞)有限公司。
1 3 共混工艺及试样制备
将PC在120 干燥10h，然后按设计配方加入DC 8008、RDP(以PC计)，混合均匀后，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，制得母粒，挤出机各段温度设定为220~275 ，主机转速150r/m i n，喂料转速15 r/m i n。将挤出产物(母粒)充分干燥后，按设计配方加入PC、经KH 550处理过的晶须硅(滑石粉)，混合均匀后，再次用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，加入玻纤时先浸于KH 550中，干燥完全后从真空口加入，挤出机各段温度设定为225~270 ，主机转速130r/ m in，喂料转速12r/m i n。将挤出产物充分干燥后，用注塑机制成标准试样，注射温度设定240~275 。
1 4 性能测试
氧指数按GB/T2406!1993进行测试；垂直燃烧法按UL 94；拉伸强度按GB/T1040!2006进行测试；悬臂梁(缺口)冲击强度按GB/T1843!1996进行测试;TG测试条件:N2流量20mL/m in，升温速率20 /m in。
2 结果与讨论
交博汇
2 1 硅酸盐填料对无卤阻燃PC力学性能的影响
表1为阻燃剂(RDP和DC 8008)复配用量及不同填料对PC力学性能的影响。由表中可以看出，随着复配阻燃剂用量的增加，非填充阻燃PC的拉伸强度不断增大。当添加2 0%(质量分数，下同)的DC 8008,10 0%的RDP时，拉伸强度最大提高了14%。当10%的硅酸盐加入含不同量复配阻燃剂的阻燃PC后，对其都有增强作用，其中玻纤的增强作用最为明显。当DC 8008的用量为0 5%,RDP为2 5%时，拉伸强度最大为76MPa，与纯PC相比，可提高26%，这主要因为玻纤的长径比要远大于其他两种填料。随阻燃剂用量继续增加，反而会使拉伸强度下降，这是由于注塑的拉伸样条中间有气泡，实验过程中也观察到样条断裂面中间有气泡，这也表明纤维状的玻纤改性PC虽然能有效地提高材料的力学强度,
但对于成型加工性能不利。
由表1也可看出，复配阻燃剂用量对非填充阻燃PC的缺口冲击强度有明显影响，当添加0 5%的DC 8008,2 5%的RDP时，冲击强度从纯PC的8 2kJ/ m2下降到4 7kJ/m2，继续增加DC 8008的用量到2 0%,RDP为10 0%时，冲击强度下降至最低2 8 kJ/m2，降幅达65 9%。这主要因为PC属缺口敏感型聚合物，少量杂质都会使缺口韧性显著下降。因此，添加10%的不同硅酸盐填料使阻燃PC的冲击韧性进一步变差，与相同复配阻燃剂的非填充阻燃PC 相比仅有较小幅度的下降，其中以玻纤填充型阻燃PC下降最为明显，当DC 8008用量为1 0%,RDP 为5 0%时，缺口冲击强度从非填充型阻燃PC的3 9 kJ/m2下降至1 6kJ/m2，降幅达59 0%。
2 2 阻燃PC及填充型阻燃PC的阻燃性能
极限氧指数和UL94垂直燃烧试验是两种表征聚合物材料阻燃性能的简易方法。因此，本文选用了此两种方法评价不同硅酸盐填料对无卤阻燃PC的阻燃性能的影响(见表2)。由表2可以看出,RDP和DC 8008有着较好的协同阻燃效果，但RDP用量较
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第38卷第11期沈俊才等：硅酸盐填充型无卤阻燃聚碳酸酯的性能研究
大，当RDP 用量为2 5%、DC 8008为0 5%时，氧指数仅从纯PC 的24%上升至25%，几乎没变化，但随阻燃剂用量的增加而进一步提高，当RDP 用量为10 0%、DC 8008为2 0%时，氧指数可达最高32%，阻燃效果明显提高。但UL 94垂直燃烧实验显示非填充型阻燃PC 阻燃等级不能提高。然而，无论复合阻燃剂用量有多高，在阻燃PC 中加入10%的晶须硅、滑石粉后，氧指数都有明显的增加，但垂直燃烧等级一直保持在纯PC 的水平，与未加填料几乎相同，表明晶须硅、滑石粉的加入对RDP 和DC 8008的复合阻燃PC 的阻燃性能无明显影响。而添加了玻纤的阻燃PC 的氧指数和垂直燃烧等级普遍比非填充型阻燃PC 高，表明玻纤对阻燃PC 阻燃作用的比较明显，当RDP 用量为7 5%、DC 8008为1 0%时，氧指数达到最大36%，垂直燃烧达到V 0级。这可能是因为添加较大长径比的玻纤可进一步增强RDP 和DC 8008的成炭阻隔作用，使阻燃效果进一步
提高。
2 3 硅酸盐填料对阻燃PC 耐热性能的影响
图1为RDP 用量为7 5%、DC 8008为1 5%时，不同填料对阻燃PC 热失重行为的影响。由图1可以
看出，非填充型阻燃PC 在600 之后仍有22 3%的残渣量。不同的硅酸盐填料加入后对热失重行为有较大影响：分解峰温都有明显的提高，但相差不大，而起始分解温度的变化比较明显；残渣量由于无机填料
的加入也显著增加，但增加量几乎相同，从非填充阻
燃PC 的22 3%分别增加至31 4%、31 4%和31 8%。添加晶须硅、滑石粉和玻纤使阻燃PC 的分解峰温从非填充型阻燃PC 的518 55 分别上升至530 01、530 85和526 29 。添加晶须硅使阻燃PC 的初始分解温度从411 38 降低至401 43 ，而滑石粉和玻纤的填充使阻燃PC 的起始分解温度分别提高至433 27 和456 49 。初始温度的提高说明阻燃PC 的热稳定性提高，使其燃烧的温度也相应提高，故填充滑石粉和玻纤可使PC 的阻燃性能提高，相比之下，填充玻纤的起始分解温度更高，阻燃性能也更好。与之相反的是，填充晶须硅的阻燃PC 的阻燃性能较差。对于依靠吸热脱水，放出水蒸气并形成阻隔层来阻燃的RDP 以及燃烧时硅氧烷迅速迁移到材料表面而形成阻隔层来阻燃的DC 8008协效阻燃PC 而言，不燃填料的加入都会提高材料表面的阻隔作用，进而提高阻燃性能。
图1 非填充型阻燃PC 以及不同填料填充型阻燃PC 的
TGA 图
F i g 1 TGA pho tos o f non fill ed fla m e retardant PC and fill ed
PC w it h different sili cate filler
表3为阻燃剂固定(RDP 用量为7 5%,DC 8008为1 5%)时，不同硅酸盐填料对阻燃PC 热变形温度
的影响。由表3可知，阻燃PC 中填充晶须硅会降低其热变形温度，而滑石粉和玻纤的加入可提高其热变形温度，其中玻纤提高最大。这也从侧面反应出添加滑石粉和玻纤的阻燃PC 具有更好的热稳定性。
3 结论
1)当阻燃剂RDP 用量为7 5%、DC 8008为1 5%时，填充玻纤的PC 的阻燃效果最好，氧指数达36%，且垂直燃烧可达V 0级。2)晶须硅、滑石粉和玻纤除了增强阻燃PC 外，还对阻燃PC 有协效
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塑 料 工 业2010年
阻燃作用，使氧指数大幅提升，其中玻纤填充FRPC 阻燃效果最佳，增强效果最好，但抗冲击韧性较差，滑石粉次之，晶须硅较差。star264
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(本文于2010-07-28收到)
(上接第23页)
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(本文于2010-07-19收到)
(上接第30页)
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(本文于2010-06-21收到)
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