王少君　　　李淑杰 　 郭运华　米永存　曹建芳
（山东道恩集团公司，山东省塑料树脂工程技术研究中心，龙口265703）

前言
　　实验部分
　　产品应用
　　结论
　　参考文献

前言

聚对苯二甲酸丁二醇酯是一种结晶、线型饱和聚酯。它具有优异的力学、电学、耐化学腐蚀、易成型及吸湿率低等特点，是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，被广泛用于汽车、电子电器制造业中，用于制造机械强度要求较高的零件和耐热、耐冲击、耐磨擦的零件等，已经成为五大工程塑料中重要的一员。然而，纯PBT也存在着阻然性不好（只能达到UL-94HB级），缺口冲击强度低，热变形温度不高等缺点，从而限制其在某些领域的应用。而玻纤增强PBT能大幅度提高材料的冲击强度和热变形温度。PBT的阻燃并非是新的课题，其阻燃方法有多种，传统且成熟的方法有十溴二苯醚和三氧化二锑复配，阻燃效果非常好，也是目前大部分阻燃PBT所采用的方法，但由于人们对环境污染和安全因素的日益重视，此类产品目前正面临挑战；虽然欧盟2005年10月已经停止了对十溴二苯醚的限制 ，允许其继续使用，不过每四年还需对其进行评估，据预测待现在正进行的全部阻燃剂的危害性评估完成后，还有可能被限用或禁用，另外一些发达国家出于技术壁垒和某种偏好，对十溴二苯醚阻燃剂存在一定偏见，因此，虽然欧盟ROHS指令已排除了十溴二苯醚，但世界范围内对环保阻燃体系的研究一直十分火热。本文主要选择了三种环保型阻燃体系来做环保阻燃增强PBT，并对其性能进行比较。本文还围绕着该体系的增韧进行了一系列的实验。使材料的性能满足那些做出口制件的客户的要求。

1.实验部分

1.1实验原料

PBT　　　　　　　　　　　　　　　南通星辰合成材料有限公司
　　十溴二苯乙烷　　　　　　　　　　　寿光卫东化工有限公司
　　Sb2O3　　　　　　　　　　　　　　常德辰州锑品有限责任公司
　　溴化环氧树脂BEO-30　　　　　　　　无锡迪爱生环氧有限公司
　　PBT620　　　　　　　　　　　　　　Albemarle corporation
　　接枝PE　　　　　　　　　　　　　　　　市售
　　AX8900　　　　　　　　　　　　　　　　市售
　　玻璃纤维2000#　　　　　　　　　　　　　市售

1.2主要实验仪器与设备

10立升高速搅拌机　　　　　　　　　　　　张家港亿利机械有限公司
　　双螺杆挤出机30　　　　　　　　　　　　　南京橡塑机械厂
　　注塑机：SZ-160　　　　　　　　　　　　　宁波东方塑料机械有限公司
　　电子拉伸试验机　　　　　　　　　　　　　美国INSTRON
　　智能数显冲击试验机NA18JD　　　　　　　　承德德胜试验机厂
　　熔体流动速率仪μPNA18RZ-400C　　　　　　吉林大学科教仪器厂
　　维卡热变形温度测试仪 NA18RW-300MA　　　承德宝华电器有限公司

１.３性能检测及表征

简支梁缺口冲击强度：按GB/T1043－93要求测试；
　　拉伸强度：按GB/T1040－92要求测试；
　　断裂伸长率：按GB/T1040－92要求测试；
　　弯曲强度：按GB/T 9341－88要求测试；
　　弯曲模量：按GB/T 9341－88要求测试；
　　燃烧性能：按美国UL-94 要求测试

2.结果与讨论

2.1 三种环保阻燃剂的选择

下表是三种阻燃剂作阻燃增强PBT时，1.6mm的阻燃样条达到UL-94 v-0时的用量及其性能：

表1：三种阻燃剂作环保阻燃增强PBT的配方及性能

配方组成		十溴二苯乙烷 DBDPO	溴化环氧树脂BEO-30	溴化聚苯乙烯母粒PBT620	十溴二苯醚体系 DBDPE
PBT		54	52	49
玻纤		30	30	30
十溴二苯乙烷		10	----	----
BEO-30		----	12	----
雅宝PBT620		----	----	14
Sb2O3		4	4	4
性能指标
灰份		30.1	29.4	30.9	28.6
熔体流动速率g/10min		26.5	38.1		21.4
拉伸强度Mpa		110.5	100.7	115	110.4
断裂伸长率%		2	2	4	2
弯曲强度Mpa		174.5	133	178	171.4
弯曲模量Gpa		8.24	7.6	9.1	7.92
简支梁缺口冲击强度KJ/m2		8.3	7.9	13.5	9.0
热变形温度℃1.82Mpa		220.4	210.2	220.3	222.2
阻然 性	1.6mm UL-94	v-0	v-0	v-0	v-0

从上面图表可以看出，要达到UL-94 V-0级，以上三种阻燃剂的的用量分别是14份，16份，19份，从性能来看采用雅宝溴化聚苯乙烯母粒所制材料的综合性能最高，尤其是电气性能很高，这是因为雅宝溴化聚苯乙烯分子量高，所含游离溴素、杂质低，产品热稳定性好，分解温度高，同时与基体树脂的相容性好，分散均匀,达到V0级所需实际阻燃剂份数最低；而如果阻燃剂中杂质含量高，分解温度低，处理不好，与基料相容性差，加工过程造成的分解氧化，必然要影响到最终产品的力学、电气性能，采用十溴二苯乙烷所做的材料除了缺口冲击强度差一些，其它性能居中，采用溴化环氧树脂所做的材料流动性最高，适合复杂、要求流动性高的制品需求。从阻燃剂的市场售价来看PBT620每公斤的价格在42元左右；溴化环氧树脂的价格在35元左右；十溴二苯乙烷是最便宜的，每公斤价格在30元左右，其性能居中。基于性价比的考虑，我们最终选择十溴二苯乙烷为环保阻燃增强PBT的主阻燃剂。

2.2 阻燃剂配比、用量的选择及其对性能的影响

2.2.1 阻燃剂最佳配比的选择

固定阻燃剂的总添加量为13，变动十溴二苯乙烷和三氧化二锑之间的质量百分比，考察十溴二苯乙烷和三氧化二锑之间的配比对材料阻燃性能的影响。表2给出了环保阻燃增强PBT的配方及阻燃性能。

表2?? 不同配比十溴二苯乙烷和三氧化二锑对材料阻燃性能的影响

配方编号		1#	2#	3#	4#	5#
PBT		56	56	56	56	56
玻纤		30	30	30	30	30
十溴二苯乙烷		13	10	9	8	7
Sb2O3		---	3	4	5	6
性能指标
阻然 性	1.6mm UL-94	v-1	4根v-0 1根v-1	v-0	3根v-0 2根v-1	1根v-0 4根v-1

从表2还可以看出并不是任何比例的十溴二苯乙烷和三氧化二锑都会起到相同的阻燃效果，而是两者之间有一个最佳配比，上表中3#的阻燃效果最好，此时十溴二苯乙烷和三氧化二锑的比例大体是2.25：1，这和一些资料上报道的比例2.5：1基本接近。

2.2.2　阻燃剂最佳用量的选择

考虑到材料的成本，我们又做了阻燃剂的最佳量的实验，固定十溴二苯乙烷和三氧化二锑的比例为2.25：1 ，阻燃剂的总量分别为11份，12份，13份，14份，16份，其实验配方和性能见表3：

阻燃剂用量		11份	12份	13份	14份	16份
PBT		57	56	55	54	53
玻纤		30	30	30	30	30
十溴二苯乙烷		7.6	8.3	9	9.7	11.1
Sb2O3		3.4	3.7	4	4.3	4.9
其它助剂		2	2	2	2	2
阻然 性	1.6mm UL-94	2根v-0 3根 v-1	4根v-0 1根v-1	v-0	v-0	v-0

由表3可以看出当十溴二苯乙烷和三氧化二锑的比例为 2.25：1时，阻燃剂的总量在13份以上都可以达到UL-94　V-0级的效果。

2.2.3环保阻燃剂的用量对材料性能的影响

阻燃剂的加入量除会影响阻然性能之外，对材料的力学性能也会产生一定的影响，下图给出了十溴二苯乙烷和三氧化二锑的比例为 2.25：1，阻燃剂的添加量分别为11份、12份、13份、14份，16份时对材料力学性能的影响。

由下图我们可以看出随着阻燃剂含量的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度都是先呈上升趋势，在含量达到13份或14份时又呈下降趋势；简支梁缺口冲击强度基本呈下降趋势，这是因为阻燃剂在一定程度上也起到了填料的作用，填料是刚性的，所以拉伸强度和弯曲强度开始是提高的，但当阻燃剂达到一定量的时候，阻燃剂在PBT中的分散性和相容性存在的问题就显现出来，所以拉伸强度和弯曲强度又呈下降趋势，这也是需要进一步改善的地方。此外，填料在基体中起到应力集中点的作用，不能在受力时变形，也不能中止裂纹和产生银纹，吸收冲击能量，因此脆性增加，导致冲击强度呈下降趋势。基于成本的考虑，我们在实际应用中调节阻燃剂的用量，使其既能满足阻燃要求，又能保持材料的综合力学性能，所以最终确定阻燃剂的含量在13份为最佳。

2.3 增韧剂对材料性能的影响

2.3.1 增韧剂对材料力学性能的影响

图4、图5是我们所选的两种增韧剂对材料的拉伸强度和弯曲强度的影响，由这两图可以看出，加入增韧剂的环保阻燃增强PBT比不加增韧剂的环保阻燃增强PBT的拉伸强度和弯曲强度均有所降低，但采用AX8900为增韧剂的材料比采用接枝PE的要好一些，AX8900是乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物，所含GMA与很多化学基团都有高反应活性。

AX8900所包含的活性官能团比接枝PE活性要大得多，因此与阻燃剂、玻纤的相界面结合力较接枝PE的大,所以强度也较高一些。AX8900颗粒在PBT中比接枝PE分散的要更为均匀，Tg也比接枝PE低，因此改善韧性也好于接枝PE，图6是两种增韧剂对材料冲击性能的影响，由图可见，加入这两种增韧剂都可以提高材料的冲击强度，以AX8900为增韧剂的材料的冲击强度高一些。考虑到材料的刚韧平横以及成本，最终确定采用AX8900为增韧剂，添加量为2份。

2.3.2 增韧剂对材料阻燃性能的影响

表4是增韧剂的用量对对材料阻燃性能的影响,增韧剂为AX8900,阻燃剂的总量为13份。由表4可以看出当增韧剂的含量增加时，对材料的阻燃也是有影响的，当增韧剂的量超过3份的时候，就不能满足材料的阻燃要求。

表4 增韧剂的用量对对材料阻燃性能的影响

配方组成		1#	2#	3#	4#
PBT		55	53	52	50
玻纤		30	30	30	30
十溴二苯乙烷		9	9	9	9
Sb2O3		4	4	4	4
AX8900		0	3	5	7
阻然 性	1.6mm UL-94	v-0	v-0	4根v-0 1根v-1	3根v-0 2根v-1

2.4 环保阻燃增强PBT的性能

环保阻燃增强PBT与非环保阻燃增强PBT 的性能对比

材料名称 测试项目		环保阻燃增强PBT	非环保阻燃增强PBT
熔体流动速率g/10min		27.2	21.4
灰份　％		30.5	29.6
拉伸强度Mpa		108.7	110.4
断裂伸长率％		2	2
弯曲强度Mpa		171.6	171.4
弯曲模量Gpa		8.1	7.92
简支梁缺口冲击强度KJ/m2		9.9	9.0
热变形温度℃（1.82Mpa）		220.4	222.2
阻燃性 UL-94	1.6mm	v-0	v-0

3.产品应用

环保阻燃增强PBT经国内多家客户用于电子零件，如连接器、继电器、开关、端子等。产品具有结晶快速，易成型；机械强度大；吸水率低，尺寸安定性佳；介电强度高，电气性质好、耐热性佳、耐化学品、溶剂和耐侯性好的优点。特别适于在电子、电气上应用。笔者开发的环保阻燃增强PBT还被客户广泛用于散热风扇，散热风扇是置于机器内长时间旋转以帮助散热的装置，对塑料物性要求有耐热、难燃、绝缘性及机械强度高，我们开发的环保阻燃增强PBT阻燃性好，耐热优良，具有较高的机械强度，被客户广泛应用作为计算机外设设备、通讯设备、事务机器、如射出机等工作母机的散热风扇之外框及扇叶。此外，环保阻燃增强PBT流动性好，非常适合注塑薄壁产品和形状复杂产品，被成功用于变压器、继电器内的绕线轴。其在绝缘性、耐热性、耐焊?性、成型流动性、强度等上的综合优势对其它适用材料如酚醛树脂、PA6、PET等形成强烈的冲击。

４．结论

1. 三种阻燃剂以十溴二苯乙烷和三氧化二锑的所做的材料性价比最高，溴化聚苯乙烯母粒PBT620所做的材料性能最好。
2. 在环保阻燃增强PBT中，十溴二苯乙烷和三氧化二锑的最佳比例在2.25 ，协同效果最好。
3. 当阻燃剂总用量在13份以上时，能满足其阻燃性能，用量为13份时是性价比最高的。
4. 两种增韧剂对提高材料的韧性有明显的效果，但同时也影响材料的阻然性能， 其中以AX8900的增韧效果最好，用量在2份时即可满足材料的各项性能指标满足要求。