盘点工程塑料阻燃体系

随着高分子合成以及加工技术的不断进步，工程塑料已经渗透到人们生活的各个领域，在一些经常接触高温环境的领域中，工程塑料的阻燃性成为衡量其综合性能的一个重要指标。

塑料的阻燃性能可通过燃烧实验法进行评价，分为水平法和垂直法2种。

垂直法是通过测量余焰及余辉的持续时间、燃烧的范围及颗粒滴落情况来评价材料的阻燃性能，根据试样的行为，按表1所示的判据，把材料分为Ｖ－０、Ｖ－１和 Ｖ－２级（V表示垂直燃烧）。

不同塑料的燃烧性能不一样，如PC自身具有一定的阻燃性，垂直燃烧测试中可以达到Ｖ－２等级，而ABS自身易燃，无法定级。通过添加阻燃剂对塑料进行阻燃改性，能够延缓燃烧和降低燃烧的强度。但是，塑料在燃烧过程中，除了自身燃烧外，还会产生滴落物引燃其他可燃物，造成火势的蔓延，产生严重的后果。因此，阻燃塑料中，往往还需要添加抗滴落剂来防止燃烧过程中的熔体滴落。

工程塑料阻燃体系

工程塑料阻燃体系包括阻燃剂、基础树脂和抗滴落剂等。

（一）阻燃剂

工程塑料中使用的阻燃剂主要为卤系阻燃剂和磷系阻燃剂。

（1）卤系阻燃剂

卤系阻燃剂分为氯系阻燃剂及溴系阻燃剂。氯系阻燃剂的价格便宜，但是它热稳定性差，仅适用于加工温度低于200℃的产品。溴系阻燃剂阻燃效率高，是氯系阻燃剂的2倍，因此相对用量少，又由于它与基体树脂互容性好，对材料的力学性能影响较小，在阻燃领域有着重要的地位。

卤系阻燃剂是塑料中主要应用的阻燃剂之一，阻燃效率高，耐候性和热稳定性好，对材料的力学性能影响小。卤系阻燃剂主要是在气相中发挥阻燃作用，它在受热时分解放出难燃的卤化氢气体，可以稀释空气中氧气和可燃性气体的浓度，并能消除或降低聚合物燃烧过程中产生的活性自由基，从而终止或减缓气相燃烧过程中的链式反应，起到阻燃的目的。

同时，在凝聚相中卤系阻燃剂还可通过脱水反应形成炭化层，覆盖在聚合物表面隔绝空气，从而在凝聚相起到阻燃作用。卤系阻燃剂与金属氧化物、含磷化合物等协效剂配合使用，阻燃效果更佳，因此在实际应用中，卤系阻燃剂常与三氧化二锑（Sb2O3）协同使用。卤系阻燃剂在燃烧过程中会产生浓烟及腐蚀性气体等，给人类健康和环境带来严重的二次灾害，所以低卤或无卤环保型阻燃剂备受关注。

（2）磷系阻燃剂

磷系阻燃剂已形成了门类繁多的品种，包括无机磷酸盐、磷酸酯、磷杂菲、磷腈以及红磷等。磷系阻燃剂在燃烧过程中分解形成的高沸点含氧酸可以促进聚合物脱水和炭化，并形成炭化残渣保护层，使聚合物与空气隔绝。同时，脱出的水分吸收大量的热，也可降低聚合物表面温度，从而达到阻燃的效果。磷系阻燃剂优点是毒性和腐蚀性低、热稳定性好、效果持久。

欧盟已经禁止在电子设备制造时使用多溴联苯、多溴联苯醚等卤系阻燃剂。磷酸酯类的磷系阻燃剂双酚Ａ－双磷酸二苯酯（BDP）与PC/ABS等工程塑料相容性好，并且具有环保性能好、热稳定性高、对材料性能影响小等优点，因此在手机、笔记本电脑以及电视机等电子电器设备中得到广泛应用。

（二）基础树脂

（1）PC/ABS

PC具有冲击强度高、抗蠕变、尺寸稳定性好、 耐热、透明和介电性能优良等优点，但同时也存在加工流动性差、容易发生应力开裂、对缺口敏感、耐磨性差等缺点；ABS具有较好的耐化学药品性和成型加工性，然而其耐热和耐候性相对较差。

两者共混改性所得的PC/ABS合金在性能上可互补，不仅耐热性、冲击强度以及拉伸强度优于ABS，而且其熔体粘度比PC低，加工性能好，制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性都大大降低。PC/ABS合金广泛应用于汽车工业、通信设备、电子电器、照明设备等。

为了满足一些应用领域中的防火安全要求，PC/ABS合金必须具备良好的阻燃性。例如在新能源汽车充电桩以及部分电子电气阻燃等级要达到Ｖ－０。用于PC/ABS共混体系目前效果较好的是热稳定性好的双磷酸酯类以及磷酸酯齐聚物等，其中BDP对PC/ABS合金表现出良好的阻燃性能。

（2）PC

PC具有耐热性好、光学性能优异、尺寸稳定性好、机械强度高以及冲击强度优良等特性，广泛用于家电、电子电器、汽车配件、机械设备和光学仪器零部件等。PC的极限氧指数（ＬＯＩ）可达２１％～２４％，材料本身可达ＵＬ９４Ｖ－２级阻燃，但仍无法满足特殊领域对阻燃性能的更高要求，如电子电气和汽车领域均要求PC阻燃等级达到 Ｖ－０。

阻燃PC中，以全氟烷基磺酸钾（PPFBS）为代表的磺酸盐类阻燃剂效果最佳，添加少量的磺酸盐阻燃剂就能显著改善PC的阻燃性能，达到1.6～3.0ｍｍＶ－０的阻燃等级，并且改性后PC的物理性能和力学性能与通用PC相当。

工业化PC产品中使用最多的磷系阻燃剂主要是三苯基磷酸酯（TPP）、间苯二酚双（二苯基磷酸酯）（RDP）和BDP，在阻燃剂的添加量为10％（质量分数）时，1.6ｍｍ厚度PC可达Ｖ－０级别， 其中TPP在高温下易挥发，仅在气相中发挥阻燃作用；RDP和BDP可同时在气相和固相发挥阻燃效果。TPP常温下为固态，热稳定性相对较差，在PC加工温度下容易挥发；RDP和BDP常温下为液体，热稳定性较好；BDP较RDP抗水解性能好。

（3）ABS树脂

ＡＢＳ光泽度高、韧性好、耐热和耐低温性能好、加工性能优异、具有优良的综合力学性能；ＡＢＳ电性能不随温度和湿度的改变而出现很大变化，是良好的绝缘材料，广泛应用于家用电器、视听设备、办公用品和电子电气等领域。

ＡＢＳ树脂可燃，ＬＯＩ为18.3％～18.8％，按ＵＬ９４标准属于HB级别。ＡＢＳ着火时燃烧速率快，并且放出大量毒气和黑烟，不利于实际应用。

目前主要以卤素阻燃剂与Ｓｂ２Ｏ３ 复配使用，卤锑协同作用对ＡＢＳ进行阻燃改性。阻燃ＡＢＳ主要应用于电话、电脑、液晶显示器（ＬＣＤ）等电子电气设备外壳、汽车内构部件和外部构件、小型厨房电器、工具盒真空吸尘器的外壳等。

（4）HIPS

ＨＩＰＳ是由聚苯乙烯（ＰＳ）与 聚丁二烯（ＰＢ）通过共聚制得，拥有两者共同的优点，易加工、尺寸稳定性好且电绝缘性优良、抗冲性较高，被广泛应用于食品包装、家用电器、电子产品及军用物资的外壳包装等领域。

但ＨＩＰＳ的ＬＯＩ仅为１８％，易燃烧，为了提高使用安全性，必须对其进行阻燃改性。用于ＨＩＰＳ阻燃改性的主要为溴系阻燃剂如十溴二苯乙烷（ＤＢＤＰＥ）等，大多与Ｓｂ２Ｏ３ 配合协同作用，具有优良的阻燃效果。

（5）PBT

ＰＢＴ是一种结晶型饱和聚酯，具有优异的力学性能、较好的尺寸稳定性、良好的电绝缘性以及耐化学药品腐蚀等特点，广泛应用于汽车、电子电器、机械等领域。但ＰＢＴ的阻燃性能差（ＵＬ９４ ＨＢ级），在空气中易燃烧，难以成炭，燃烧时易滴落，且释放出大量浓烟和有毒气体，易产生比较大的危险，因此必须对其进行阻燃改性。用于ＰＢＴ阻燃改性的阻燃剂主要为卤系阻燃剂，比较常用的是溴系阻燃剂如ＤＢＤＰＥ、溴化环氧树脂等，通过与Ｓｂ２Ｏ３配合协同作用，达到优良的阻燃效果。ＰＢＴ中使用的阻燃剂还包括二乙基次膦酸铝（ＡＤＰ）或其与氢氧化镁、氢氧化铝等的复配产品。

（6）PA

ＰＡ具有良好的力学性能、电学性能和较为突出的润滑性能，广泛应用于电子元件及汽车零件等领域。未改性的ＰＡ阻燃等级为ＵＬ９４ Ｖ－２级，ＬＯＩ为２０％～２２％，在接触到明火的情况下，会发生快速燃烧，放出大量热，同时还会因熔融存在焰滴落现象，这为明火的进一步扩散制造了条件。

为防止火灾危害，工业上对汽车、电器等产品中使用的ＰＡ复合材料有着明确的阻燃要求，一般需要其达到ＵＬ９４Ｖ－０级别。卤系阻燃剂由于与ＰＡ相容性好，阻燃效率高，在ＰＡ中的应用很广泛。ＰＡ中使用的阻燃剂还包括二乙基次膦酸铝（ＡＤＰ）或其与氢氧化镁、氢氧化铝等的复配产品。

综上所述，目前工程塑料阻燃体系中，阻燃ＰＣ／ＡＢＳ、阻燃ＰＣ主要使用磷系阻燃剂ＢＤＰ；阻燃ＡＢＳ、阻燃ＨＩＰＳ、阻燃ＰＢＴ、阻燃ＰＡ主要使用溴系阻燃剂。

（三）抗滴落剂

早期的抗滴落剂为氯化聚乙烯、硅橡胶等产品，由于存在环保、可操作性以及迁移等问题，逐渐被高分子量聚四氟乙烯（PTFE）代替，成为市场的主流。同时PTFE还被证明在燃烧状态下可以和锑形成化合物促进气相阻燃。

PTFE在剪切力作用下具有纤维化的特性，在塑料加工过程中，在塑料的基体中形成贯穿的网络结构。而在受热的情况下，PTFE本身不燃烧，并且具有可收缩的特性，因此，其相互贯穿的纤维化网络结构能够防止塑料滴落，从而增加了塑料的阻燃性能。

经过特殊改性的包覆型PTFE，添加于阻燃材料配方中，起到阻燃抗滴落作用，帮助塑料达到更高的阻燃标准。

和常规的ＰＴＦＥ纯粉相比，包覆型ＰＴＦＥ具有极好的分散性和易操作性，常温下不结团，注塑制品不起皱，黑白制品无晶点， 改善制品表面的光泽度尤其明显。由于良好的相容性，在高抗冲配方中对冲击强度的影响比较少。抗滴落剂适用于需达到Ｖ－０或Ｖ－１阻燃等级的ＰＣ、ＡＢＳ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＨＩＰＳ、ＰＢＴ、ＰＡ阻燃塑料。除非特别说明，本文中抗滴落剂指包覆型ＰＴＦＥ抗滴落剂。

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