阻燃抗静电耐冲击UPVC管材料的研制.pdf

研究与开发
合成树脂及塑料,2010,27(1):10
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
阻燃抗静电耐冲击UPVC管材料的研制
刘继纯张肖楠王伟晓陆昶李睛媛张敏
(河南科技大学化工与制药学院,高分子科学与纳米技术重点实验室,河南洛阳,471003
摘要:制备了具有阻燃、抗静电和耐冲击性能的硬质聚氯乙烯(UPVC管材专用料,分析了炭黑用量和表丽
处理对材料性能的影响。结果表明:炭黑用量过少(小于6phri时,材料的导电能力减弱;炭黑用量过多(大于10phr时
材料的抗冲击性能变差,阻燃性能下降。炭黑未经过表面处理且用量为10phr左右时,UPVC材料的综合性能最优。
关健词:硬质聚氯乙烯阻燃抗静电冲击性能
中图分类号:TQ325.3文献标识码:B文章编号:1002-1396(201001-0010-04
硬质聚氯乙烯(PVの管材具有质轻、价廉、安计,上海精密科学仪器有限公司生产。
装操作简单、耐化学药品腐蚀、阻燃性好等优点。1,3试样制备
然而,聚氯乙烯(PVC)是良好的绝缘体,表面电阻
炭黑和超细CaCO3的表面处理:分别将炭黑
大,导电性能差,在煤矿等易产生静电的场合应用和超细CaCO2加入到研磨杯中,准确称取占物料
时,会因静电积聚而引起火灾或瓦斯爆炸凹。另外,总质量3%的钛酸酯偶联剂,滴入物料中。将研磨
UPVC管材在使用中经常受到冲击、碰撞,且不可杯安装到高速混合搅拌机主机上,以(1.1~2.2)×10°
能经常更换,这就要求管材必须具有持久和良好r/min的转速高速搅拌2~3min后出料。
的抗冲击性能。因此,在煤矿等场合使用的管材必
基本配方:PVC100.0phr,CPE12.0phr,ACR
须同时具有阻燃、抗静电和耐冲击性能2?。
2.0phr,超细CaCO210.0phr,OCP-101为6.0phr,
本工作以PVC树脂为基体,辅以适当的助硬脂酸钙0.8phr,硬脂酸0.8plhr,氧化聚乙烯蜡
剂,制备出阻燃、抗静电和耐冲击性能达到矿井下0.8phrs
实际应用要求的UPVC管材专用复合材料,研究
保持基本配方不变,仅改变炭黑用量,制备
了炭黑用量和表面改性处理对材料性能的影响。系列不同组成的试样。将配方中各组分加入到高
速混合机中混合均匀,得到干混料。然后,把干混
1实验部分
料在双辊温度为175℃的开放式塑炼机上熔融
1.1原料
混炼均匀后出片,粉碎,在平板硫化机上于175℃
PVC,SG-5,河南神马氯碱化工股份有限公下模压制备厚度为3mm的片材,最后按标准要
司生产;氯化聚乙烯(CPE),135A,山东潍坊亚星乐求裁成合适的样条。
天化工有限公司生产;丙烯酸酯树脂(ACR),HL-1.4性能测试
2005,山东日科化学有限公司生产;超细CaCO3,
水平和垂直燃烧实验按CB/I2408-1996测
HG2226-91,渐江湖州市特中碳酸钙厂生产;钛酸试,氧指数(O1)按CB/T2406-1993测试,简支梁
酯偶联剂,NDZ-311,南京曙光化工集团有限公冲击强度按GBT1043-1993測试。体积电阻小于
司生产;特导电炭黑,HG-IP,山东临淄华光化工
厂生产;复合稳定剂OCP-101,硬脂酸钙,硬脂
收稿日期:2009-08-05;修回日期:2009-10-30。
酸,氧化聚乙烯蜡,均为化学纯,市售。
作者简介:刘继纯,1971年生,博土,副教授,2004年毕
1.2仪器与设备
业于中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点
JF-3型氧指数测定仪,南京市江宁区分析仪
实验室,现主要从事阻燃功能高分子材料和高分子加工的
研究。联系电话
器厂生产;TCC-25G型简支梁液晶冲击实验机,
基金项目:河南科技大学2008年度大学生研究训练计
吉林省泰和实验机有限公司生产;D19025型数字
划项目(2008000;河南科技大学人オ科研基金项目
万用表,上海远中电子仪器厂生产;ZC-36型高阻
(0900)147)。
第1期
刘继纯等.阻燃抗静电耐冲击UPVC管材料的研制
2x1072时用数字万用表测试,体积电阻大于2x
从图1看出:在炭黑用量小于4phr时,2种
10792时用高阻计测试。
UPVC的OI均随炭黑用量增加而升高;而当炭黑
低温冷冻坠落实验:将试样在(:1)℃冰箱中用量大于4phr时,随着用量增加,2种体系试样
恒温冷冻24h,取出后迅速从2m的高度自由坠的以均逐渐降低。这是由于:一方面,炭黑本身具
落于混凝土地面,坠落时应使5个试样在5个不有很好的阻燃性,加入后有利于材料在燃烧时的
同位置接触地面,并应尽量使接触点为易损点。试成炭作用,增强材料的阻燃性能;另一方面,炭黑
样从离开恒温状态到完成坠落,必须在10s之内在持续点燃作用下容易发生无焰燃烧,又会降低
进行,记录实验现象。
材料的阻燃性能。这2种作用共同存在,在炭黑用
量很少(小于4phr)时,前一种效应占主导作用,因
2结果与讨论
而材料的O增大;随炭黑用量増加,后一种效应
2.1UPVC的阻燃性能
逐渐占据主导作用,从而导致材料的阻燃性能变
研究发现,对所有组成的试样,无论炭黑含量差,O减小。但总的来看,当炭黑用量小于15phr
多少,表面改性处理与否,水平燃烧实验中试样在时,2种体系试样的OI均在40%以上,表现出很
点燃30s离开火源后均迅速自熄,有少量白烟,好的阻燃性。由图1还看出,在同样条件下,与炭
无熔融滴落现象,燃烧级别均达到FH-1级,表现黑经过表面处理的试样相比,炭黑未经过表面处
出良好的阻燃性。这表明炭黑的引人和表面处理理试样的稍高,表明炭黑未经过表面处理的体
与否对材料的水平燃烧性能没有影响。
系具有更好的阻燃性,但总的来看区别不大。
从表1看出,随炭黑用量增加,2种UPVC复
材料的垂直燃烧性能均有所降低。对于表面处
理体系:当炭黑用量小于8phr时,材料的垂直燃
烧等级达FV-0级,材料的阻燃性能很好;炭黑用
量为10phr以上时,材料的垂直燃烧等级为FV
级,阻燃性能有所下降。
表1不同炭黑含量的UPVC垂直燃烧性能
Tab. 1 Vertical burning properties of UPVC composites
12
with different carbon black content
炭黑用量pr
垂直燃烧级别
炭黑用量A
图」炭黑用最对UPVC的的影响
表面处理体系表面未处理体系
Fig. 1 Plots of oxygen index of different UPVC composites
versus carbon black content
FV-0
2.2抗静电性能
FV-0
从表2可看出:无论对炭黑表面改性与否,
FV-0
UPVC复合材料的体积电阻率均随炭黑含量增加
FV-I
而降低;在炭黑用量达到8phr时,体积电阻率发
15
FV-1
生突变;此后随炭黑用量增加,体积电阻率下降幅
从表1还看出,炭黑经过表面处理的体系比度减小;炭黑用量达到10phr后就基本保持不
未经过表面处理的体系