ABS阻燃抗静电

专业综合实践 文献综述

课题名称： ABS阻燃/抗静电 系 别： 轻化工工程系 专 业：__ 高分子材料加工技术__ _ 班 级： 09塑模631 学生姓名： 朱丽 学 号： 0916523126 指导教师： 钱 军 ABS阻燃抗静电 朱丽 常州轻工职业技术学院 常州 213164 摘要：最近这几年,高分子材料已广泛进入各行各业及家庭,但它的易静电性和易燃性给人们带来巨大危害.对于这些材料的易燃易爆树脂的阻燃、抗静电处理,引起了人们的极大关注.本文主要就是介绍ABS的阻燃抗静电性。ABS树脂阻燃抗静电性的主要种类和机理，以及在当今社会的应用及前景。 关键词：ABS、高分子材料、阻燃、抗静电、种类、机理、前景

1、 ABS的简介

ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳ABS树脂是丙烯腈（Acrylonitrile）、1,3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三种单体的接枝共聚物。它的分子式可以写为（C8H8•C4H6•C3H3N）x，但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈占15%~35%，丁二烯占5%~30%，苯乙烯占40%~60%，最常见的比例是A:B:S=20:30:50。ABS塑料的成型温度为180-250℃，但是最好不要超过240℃，此时树脂会有分解。随着三种成分比例的调整，树脂的物理性能会有一定的变化： 1,3-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性，但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、光泽及流动性；丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质；苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度。 ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。 ABS树脂可以在-25℃—~60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。常见的乐高积木就是ABS制品。ABS树脂可与多种树脂配混成共混物，如PC/ABS、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，产生新性能和新的应用领域，如：将ABS树脂和PMMA混合，可制造出透明ABS树脂。 ABS树脂并非是一个简单的三元共聚物，而是一个复杂的聚合物共混体系；由于ABS具有优良的综合性能，所以，它的用途极其广泛。它的主要和最有前途的应用在家用电器和电子设备方面；以及汽车、火车、飞机等运输工具方面。美国和日本在20世纪80年代用于家电和电子设备、零部件方面，ABS占全部塑料的1/3左右； 在运输工具方面，日本也有1/3是应用ABS树脂。ABS还可用于制作各种箱子、办公设备、玩具和各种容器；它还用在制作电镀制品，如电镀铜、电镀镍的塑料制品等。 ABS树脂由于制造方法的不同，得到的产物结构也不同；自然其物理机械性能也不同。在ABS中，一般随丁二烯成分的增加，透明性降低，韧性增加，可燃性增加。AS树脂是丙烯腈与苯乙烯的共聚物，它就是完全透明的。 2、 ABS的抗静电阻燃机理 2.1 阻燃剂的阻燃机理 塑料的燃烧是一个复杂的物理、化学过程,燃烧过程属氧化-裂解自由基连锁反应。要达到阻燃的目的,就必须破坏由塑料、氧气和热构成的燃烧循环。阻燃剂的作用就是改变塑料及制品的着火反应过程。阻燃剂按使用方法可分为添加型的反应型;按组分可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。阻燃剂的作用原理有吸热作用、覆盖作用、稀释作用、碳化作用, 还有熔滴作用,提高热裂解温度,降低燃烧热、凝聚相阻燃、气相阻燃、微粒的表面效应等。在一个阻燃体系中,往往不只包含一种阻燃作用。 常用塑料阻燃剂主要是指含磷、卤素、硼、锑、钛、氮的有机物和无机物。 卤素阻燃剂量增加,燃烧时间及速度减小,阻燃性强,Sb2O 主要作为阻燃助剂与溴系阻燃剂配合使用，随着Sb2O 3用量的增加,阻燃性能增强,添加5% Sb2O 3即可使含溴8%的塑料阻燃性能超过含溴16%的塑料,二者表现出协同增效作用[4 ]。 事实上,每种阻燃剂都有其固有的优缺点,可利用协效作用来减少阻燃剂的用量,提高阻燃效果,降低成本, 避免塑料物理、机械性能的恶化,可利用的协效作用主要有磷卤协效作用、卤锑协效作用。 2.2 ABS的抗静电性 ABS树脂有优良的电绝缘性，当它与其他材料表面接触或相互磨擦时，产生静电积累，电压可达数干伏，导致吸尘、电击电晨，甚至火花放电，在生产和使用过程中产生很多麻烦和很大危害。 制备抗静电型ABS树脂的基本方法是共混法，主要途径是：①填充导电材料，即在生产ABS树脂的掺混阶段加入炭黑、金属粒子等导电材料，制备成永久性防静电树脂。②添加低分子抗静电剂，即在ABS掺混阶段，直接加入0．5％一3．0％季铵盐、磷酸盐等低分子抗静电剂，然后挤出造粒。这种ABS的抗静电性是有时限的，效果随时间延长而衰减。②添加抗静电母粒，即ABS粒料直接和抗静电母粒共混。该法在ABS制品厂家广泛采用，其抗静电效果有暂时的，也有永久的，这与共混时所采用的母粒性质有关。④与永久抗静电聚合物共混n该法与前三类比，聚合物用量较大，为低分子抗静电剂的5一15倍，常用的聚合物多为亲水性树脂或含极性基团的共聚物。值得一提的是，后一种方法是功能性高分子开发的一个方向。 美国GE公司采用ABS树脂与导电聚合物合金化的方法，生产了两种永久性抗静电型ABS树脂，可在0．1—0．5s的时间内消散5000V的静电荷。DMS工程塑料公司生产的一种合金，能够消除用炭黑填料、抗静电剂、导电纤维制备的导电材料所存在的污染问题，并兼有ABS树脂的冲击强度和尺寸稳定性。静电衰减串小于2s(一般ABS大于99s)，表面电阻率为10l10(一般ABS＞10的13次方欧姆。将环氧乙烷嵌段缩合物与ABS树脂掺混或用其嵌段乙烯基为终端的单体，直接加入ABS中，可得到抗静电型ABS树脂。其消散电荷的机理是因为添加物基团上一般合有极性单元[36-39]酸朗、环氧氯丙烷、聚酯和聚配胺酯等。它们增强了嵌段共聚物与ABS的相容性。在ABS与环氧乙烷嵌段缩合物的掺混中添加少量磺酸盐，抗静电效果进一步加强ABS树脂具有良好的机械性能与使用性能，f黾是由于它的可燃性(氧指数为21％)，容易产生静电现象(表面电阻率为4．6×1015)，限制y-其使用范围．研究发现，正确选择抗静电及阻燃体系可避免：：蔷相互下扰，并保证抗静电性能持久、稳定和解决加入阻燃剂后冲击强度火幅度下降及加工性能显著变差的问题．改性剂及其它助剂与人BS共混造粒的方法，研制具有良好的阻燃和抗静电性能及加工性能的ABS材料． 2.2 .1抗静电剂的选择 抗静电剂一般都是表面活性剂，目前按结构分：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型和高分子型五类。按其使用方法分为外部涂层和内部添加用两大类。初步选择的抗静电剂主要有：190（汽巴）、80X、93P、EP-1000、G32等。其中190和93P都是阴离子型的抗静电剂，80X为阴离子和非离子的混合物。由于他们都是一些吸湿性的表面活性分子，当从体系中渗透出来和空气中的水分等其他物质结合，在材料表面形成导电通路，把材料表面积聚的电荷释放出去，这就是抗静电释放电荷的机。在添加相同的量的情况下，190的表面电阻远远小于80X和93P的值。抗静电效果的好坏，关键是看抗静电剂从体系析出的能力的大小，190的析出能力远大于93P和80X。从三者比较，我们选择190。EP-1000和G32比较，在和190达到相同的抗静电效果的情况下，添加量比较大且热学性能和力学性能远远不如190的高。 2.2.2 抗静电剂的用量选择 确定了抗静电剂190后，随着抗静电剂用量的增加，表面电阻是逐渐降低的。这是由于随着抗静电剂的用量增加，抗静电剂在体系中的浓度提高，抗静电小分子向外扩散的能力逐渐提高，使得表面电阻逐渐下降。 抗静电剂用量对拉伸、弯曲、冲击的影响比较明显。随着抗静电剂用量的增多，简支梁缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度基本呈现下降趋势。主要原因由于抗静电剂190是一些小分子物质，和基础树脂的亲和力比较差，随着抗静电剂用量的增加，使的材料在刚性和韧性上损失比较严重。 2.2.3 增韧剂的选择 单纯用抗静电剂，导致ABS材料各项力学性能急剧下降，尤以冲击下降最为严重，选择ABS粉、SBS1401，增加体系中橡胶相含量，同时我们在该体系中引进了既能起到阻燃作用，又能起到增韧作用的CPE135A，并用ABS粉与CPE135A（1：1）按一定比例进行复配，以期能改进阻燃配方体系的韧性和阻燃性。加入SBS的体系抗静电效果要好于其他增韧剂，但 SBS无焰燃烧的时间比较长，对阻燃不好。而用ABS粉和CPE135A复配的增韧剂，抗静电效果差，增韧效果却十分明显。我们认为其原因是抗静电剂是通过ABS复杂相畴的界面薄弱处以及分子链缠结较不紧密处向表面迁移，极性的抗静电剂与ABS中AS相、CPE相有较强作用，不容易向外扩散，而对于SBS极性较低、相容性差的相，则会出于热力学动力因素的原因会加速扩散。由于CPE135A本身就是难燃的，所以阻燃效果较好，但是CPE135A存在一个缺点，那就是分解温度太低，如果加工温度太高，会使CPE135A分解。 2.2.4填料的选择 填料的添加，对于增加材料的弯曲强度、提高热变形和降低成本，有着不可低估的作用。但是由于ABS材料对于填料比较敏感，会使ABS冲击强度下降严重，所以要对填料进行必要的处理。初步选择处理填料为1250目滑石粉、1250目的云母、1250目碳酸钙和硅灰石、氯化钙。在增韧剂、抗静电剂、阻燃剂用量确定的情况下，添加8份填料。填料的加入使抗静电剂在体系中的分散更好，而且填料的加入，使抗静电剂更容易从填料与树脂结合界面向外迁移，使表面电阻大大下降。氯化钙填料本身就是极其容易吸潮的物质，所以使抗静电效果更好，但正是由于其较大的极性，因此与树脂相容性极差，所以对冲击劣化严重，实际使用要慎重。同时可以发现，片状云母由于其几何形状对抗静电剂的迁移起阻碍作用，因此，表面电阻相对要比碳酸钙和滑石粉大一些。

3、 阻燃ABS

ABS树脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物，三种聚合物协同作用，所以具有表面硬度高、坚韧、耐低温冲击性好、耐蠕变性好、尺寸稳定性好、成型收缩率小等优异性能，但其氧指数仅18.3 3～20 (< 21 )，属于易燃材料，这已成为ABS树脂进一步推广应用和发展的一大障碍。在ABS消费结构中主要是家用电器 、机械配件 、办公用品和用具等。如电视机、电冰箱、洗衣机、电风扇、空调、计算机、复印机、电话、吸尘器等，此外还有汽车、摩托车和管道等。上述用途中ABS主要做内外壳体、支撑和各种零配件，同时ABS在通讯器材、商品器材、文教娱乐用品及建材的需求前景也十分看好。随着科技进步和生活质量的提高，人们安全意识越来越强，国内外对汽车、建筑、家用电器、办公用品等方面使用的塑料材料提出了严格的防火阻燃要求，制定了相应的技术标准与规范。为此，研究和开发ABS阻燃新技术已显得十分重要。 目前ABS树脂的阻燃研究主要采用的方法有以下几种： （1）加入反应型阻燃聚合物 引入a-甲基苯乙烯或Ｎ-苯基马来醛亚胺可提高ＡＢＳ树脂的耐热性。在不降低ＡＢＳ其它性能的条件下，向ＡＢＳ中每添加１％Ｎ-苯基马来醛亚胺，就可使热变形温度提高２－３℃。 这是一种理想的方法，但实施起来较困难，而且工艺复杂，成本较高。 （2） 与阻燃性好的聚合物共混制得阻燃合金 与阻燃性好的聚合物共混制得阻燃合金。ＡＢＳ／ＰＶＣ合金改善了ＡＢＳ的阻燃性，已广泛应用于建筑材料、汽车工业、电子电器工业和医疗设备。 ＡＢＳ与聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）共混，可提高ＡＢＳ的耐药品性、耐油性和耐热性。 ＡＢＳ／ＰＣ合金综合了ＡＢＳ和ＰＣ的优点，具有较高的抗冲击强度、挠曲性、刚性和耐热性。用于机械零件、电器、头盔和电讯设备等。 这种方法降低了ＡＢＳ的阻燃成本，改善了其性质。但是，这种方法阻燃性树脂的加入量较大，两种聚合物很难达到混合均匀，有些两者之间根本不能混合。如ＰＣ与ＡＢＳ的溶度系数之差Δδ达0.84，它们之间不可能彻底混合，其中一相只能以“小岛”的形式布其中。因而为其性质不稳定埋下了隐患。