阻燃ABS改性塑料有哪些特性和应用
ABS阻燃材料有哪些特性和应用
ABS树脂的韧性好、强度高，适用于-25℃～60℃的使用环境，具有很好的成型加工性，生产出的制品表面光洁度高，易于染色和电镀。家用电器外壳可用阻燃abs材料，ABS属于易燃材料，按照UL94标准属于HB级别。ABS着火时燃烧速度快，并放出大量毒气和黑烟，不利于实际应用。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，因此阻燃ABS的研究也就具有了相当重要的意义。ABS V0级防火料是通过UL-94 V0级认证的ABS塑料，阻燃等级划分为HB、V2、V1、V0、5VB、5VA 等级依次递增.
要制作阻燃ABS材料，需要在ABS塑料中添加阻燃剂。常用的阻燃剂有溴系阻燃剂、磷系阻燃剂和氮系阻燃剂等。通过添加适量的阻燃剂，可以使ABS材料在遇到火源时减缓燃烧速度，熄火后自动熄灭。但是，加入阻燃剂可能会影响ABS材料的某些性能，如力学性能、加工性能和外观等，因此需要在设计阻燃ABS配方时充分考虑这些因素。
降低ABS树脂燃烧性主要有三个途径：
1、使用阻燃性聚合物与ABS共混，如CPE、PVC;
2、对现有的ABS进行化学改性，如加入三溴苯乙烯作为第四单体制备四组分的ABS;
3、通过通用的方法想ABS中加入阻燃剂，包括无机阻燃剂(如MoO3)和有机阻燃剂(如卤素化合物、磷类阻燃剂)。阻燃型具有高效的阻燃作用，但其他性质可能不好(如老化、成本高)。化学改性ABS需要特定的生产过程，工艺更复杂，第三种方法在成本和性能之间取得了平衡，并且在设计多功能材料方面更具有灵活性。目前，ABS材料的阻燃改性以添加高效含卤阻燃剂为主。
阻燃ABS作为热门改性材料之一，已经有了30年以上的制造历史，而随着人们对火灾和安全意识的不断提升，强制性使用阻燃材料的标准也越来越多。近几年来，随着溴系阻燃剂的价格不断飙升，以PA-765为例，阻燃ABS的价格也从最低位的18000-20000元涨到最高30000+元/吨。
材料的阻燃等级是关系到成本最重要的因素。虽然同为UL-94V0级，但测试标准厚度不一样就会导致成本的天差地别。一般来说，市场上常规的阻燃ABS为1.5mm-3.0mm之间，但由于薄壁制品比厚壁制品更容易被点燃，要达到1.5mmV0的阻燃等级则比3.0mm的阻燃等级成本要高了2000-4000元/吨，如果要达到更高级别的5VA/5VB级别，则成本可能更高，改性厂需要添加更多的阻燃剂，而动则大几万一吨的阻燃剂，对成本的压力是很大的。一旦阻燃无法达到客户要求的话，带来的可能是非常重大的损失。
2.配色染色
阻燃ABS的配色不同于通用ABS。因为一般色母料或炭黑对普通ABS可能没有什么重大影响，但是阻燃ABS配色后，典型的如添加炭黑或钛白粉，则会对阻燃性能产生影响，有可能需要添加额外的阻燃剂才能达到原始指标。所以一些制品厂自己在阻燃料里添加色母料后，阻燃不达标了也是这个原因引起的。
3.热变形/高冲击/高光泽度等特殊要求
热变形温度一般指耐温超过95℃以上的阻燃ABS材料（常规为85℃左右）。高冲击指常规冲击强度能超过25KJ以上的材料（常规为18-20KJ）。高光泽则是适应打外观件的阻燃ABS材料。这些需求对配方和工艺都有着特殊要求，跟常规市面上买到的标准牌号有所不同，最好是找专业的厂家咨询后，再进行采购和选择。电视机外壳壳体可用阻燃级ABS或HIPS (ABS综合性能比HIPS好)采用阻燃ABS居多。
阻燃ABS材料可以用来打很多塑料制品，比如：暖风机、电表壳、打印机骨架、安全帽、家用电器洗衣机等等。应用十分广泛，阻燃ABS在家电行业的应用非常广泛，主要包括以下几方面：
1.家用空调：用于制造空调室外机机壳、风叶、底盘等部件。2.电冰箱：用于制造冰箱内胆、把手、后背板等部件。3.洗衣机：用于制造洗衣机壳体、泵、阀等部件。4.微波炉：用于制造微波炉外壳壳体、门把等部件。5.电热水器：用于制造电热水器机壳、支架等部件。除了家电领域，常塑新材阻燃ABS材料还普遍应用于电子电器外壳、仪器仪表、汽车零部件、开关面板、插排插座等等。阻燃ABS树脂制品在使用过程中经常处于温度较高的环境中，对耐热性有很高要求。一般情况下，如果阻燃ABS树脂具有75℃左右的热变形温度（HDT），就能够满足大多数制品，例如插排、插座、开关面板、家用电器等。但对于更高温度环境中使用的电器外壳、发热电子元器件、充电器外壳等，就需要阻燃ABS树脂的HDT>90℃，并且能够通过100℃的短期烘烤测试。
ABS防火塑料通常用在哪些场景
ABS防火塑料的应用开发正朝着高复合、高功能、专业化、系列化方向发展，推出了光盘、汽车、办公设备、盒子、包装、医药、照明、薄膜等多种产品。
建筑材料工业
ABS防火塑料板具有良好的透光性、耐冲击性、耐紫外线辐射性，其制品的尺寸稳定性和良好的成型加工性能，使其比建筑行业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。
汽车工业
ABS防火塑料具有良好的抗冲击性、耐热变形性、良好的耐候性和高硬度，因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件。其应用主要集中在聚碳酸酯合金制成的照明系统、仪表板、加热板、除霜装置和保险杠。
ABS防火塑料产品能耐受蒸汽、清洗剂、加热和高剂量辐射消毒而不发黄，物理性能不下降，因此广泛应用于人工肾血液透析设备及其他需要在透明直观的条件下操作和反复消毒的医疗设备。例如生产高压注射器、外科口罩、一次性牙科器械、血液分离器等。
航空和航天
随着航空航天技术的飞速发展，对飞行器和航天器部件的要求也在不断提高，这使得PC在这一领域的应用日益增多。据统计，仅一架波音飞机就使用了2500个聚碳酸酯零件，单架飞机就消耗约2吨聚碳酸酯。另一方面，数百种不同配置、由玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件和宇航员的防护设备用于航天器。
包装领域
包装领域新的增长点是各种类型的可消毒可重复使用的储水瓶。由于聚碳酸酯产品具有重量轻、抗冲击性和透明性好、用热水和腐蚀性溶液洗涤不变形、透明等优点，PC瓶在某些领域已经完全取代了玻璃瓶。
电气产品
ABS防火塑料是一种优秀的绝缘材料，因为它在很宽的温度和湿度范围内都具有良好和恒定的电绝缘性。同时，由于其良好的阻燃性和尺寸稳定性，被广泛应用于电子电气行业。
ABS防火塑料主要用于生产各种食品加工机械、电动工具外壳、机器本体、支架、冰箱冷冻室抽屉和吸尘器零件等。而且对于电脑、录像机、彩电等对零件精度要求较高的重要部件，聚碳酸酯材料也表现出极高的使用价值。
透镜
ABS防火塑料因其独特的高透光率、高折射率、高抗冲击性、尺寸稳定性和易加工成型等特性，在这一领域占有极其重要的地位。
由光学级聚碳酸酯制成的光学透镜不仅可用于照相机、显微镜、望远镜、光学测试仪器等。还应用于电影放映机镜头、复印机镜头、红外自动聚焦放映机镜头、激光束打印机镜头、各种棱镜、多面镜等多种办公设备和家用电器，其应用市场极其广阔。
ABS防火塑料在光学镜片中的另一个重要应用领域是作为儿童眼镜、太阳镜、安全眼镜和成人眼镜的镜片材料。世界光学行业聚碳酸酯消费量年均增长率一直保持在20%以上，显示出巨大的市场活力。
阻燃PC/ABS和阻燃ABS都可以做到V0和5VA级别，但是阻燃PC/ABS较多采用无卤阻燃体系，此体系具有无卤素、注塑加工时气味小等优点，而且无卤阻燃PC/ABS可以做到更薄的阻燃等级，如1.0mm以下，这是阻燃ABS较难达到的；而阻燃ABS多采用溴系阻燃，此体系阻燃效果更优异更稳定，但是相对气味较大，两者各有优劣。阻燃PC/ABS在耐化学应力上是不如阻燃ABS的。所以在铅酸蓄电池的应用上目前还是大规模的使用阻燃ABS材料，以免电池内部的电池液泄露对外壳造成腐蚀导致事故。而最新的锂电池上，阻燃PC/ABS的应用越来越广泛，原因是锂电池支架多采用薄壁注塑工艺，而且阻燃PC/ABS更好加工且机械性能更加优异。
知识科普：阻燃ABS材料小家电外壳的选择
你知道小家电外壳通常采用什么改性塑料注塑而成吗？日常落地扇、电饭煲、扫地机器人等小家电给大家的工作和生活带来便利的同时也起到了装饰作用，小家电产品的外壳不仅对产品起到美化修饰的效果，而且还能够保护内部不受损害，延长产品使用寿命，今天中新华美小编为你介绍小家电外壳用阻燃 ABS材料 的优势。
阻燃ABS材料采用全新ABS原材料改性而成，成熟配方，阻燃等级V0、V1、V2按需定制，最高等级V0阻燃可做到离火即熄，颜色可根据样件或者标准色号按需定制，颜色批次色差一致，无黑点杂质。小家电产品涉及到用电安全，其外壳材料的选择必须具备防火功能，采用我司阻燃ABS可以防止火灾的蔓延，把损失降到最小。
小家电产品在日常使用过程中难免会产生磕碰碰撞的，我司阻燃ABS材料抗冲击能力强，韧性佳，能够抵御这些冲击而不开裂破损从来保护小家电内部件的安全稳定运行，延长产品使用寿命；同时材料熔指高，较好的流动性使得材料易加工，为小家电外壳的多样化设计提供了可能性。
「干货」塑料燃烧知识盘点以及常见阻燃塑料所用阻燃方案介绍
塑料具有优良的性能，应用范围越来越广，特别是在建筑、交通、家具、电子电器及日用品等行业被大量使用，方便和美化了人们的生活与环境，获得了显著的经济效益和社会效益，已逐步代替了传统材料。
但是，绝大多数常用塑料在空气中是可燃或易燃的，燃烧时会产生大量烟雾和有毒气体，使人中毒窒息而死，且影响消防救援工作。因此，塑料和阻燃改性技术已引起世界各国的高度重视。
常用塑料的燃烧特性
塑料的燃烧过程和燃烧反应
塑料的燃烧过程
塑料的燃烧过程是一个非常激烈复杂的热氧化反应，具有冒浓烟或炽烈火焰的特征。塑料燃烧的一般过程可分为5个基本阶段。
第一阶段：加热升温。塑料之所以发生燃烧，首先是因为在外部热源的作用下温度上升。热塑性塑料此时会有熔融现象。
第二阶段：热分解。当塑料受热升温至分解温度时，将发生热分解，并产生可燃性气体和其他热分解产物，主要包括：
①可燃气体，如甲烷、乙烷、丙烷、甲醛、丙酮、一氧化碳等。
②不燃气体，如二氧化碳、氮气等。
③液体产物，即熔融降解聚合物和预聚体。
④固体产物，如碳化物等。
⑤烟气，即悬浮于空气中的固体（如碳）颗粒。
第三阶段：着火。当塑料受热分解产生的可燃气体浓度达到着火及先后，与氧气相遇，并且被加热到点燃温度时，即可引发塑料燃烧，并从局部向整体扩散。
第四阶段∶持续燃烧。当塑料的燃烧净热，即塑料的燃烧热与加热邻接材料到燃烧状态所需的热量之差等于或大于0时，塑料将持续自行燃烧。
第五阶段∶燃烧停止。当塑料燃烧进行到燃烧净热为负值时，则已着火的塑料将会在点火源移开后停止燃烧。
聚合物燃烧基本过程示意图
塑料的燃烧反应
塑料热分解产物的燃烧是按照自由基链式反应进行的，其机理与塑料热氧降解类似，包括以下四步：
1、链引发
2、链增长
3、链支化
4、链终止
影响塑料燃烧的因素
影响塑料燃烧的因素很多，包括作为内因的聚合物燃烧特性和作为外因的燃烧环境条件。在燃烧环境条件相同的情况下，则主要取决于聚合物的燃烧特性，包括化学组成和结构、比热容、热导率、分解温度、燃烧热、闪点和自燃点、火焰温度、极限氧指数以及燃烧速度等。
化学组成和构成
聚合物燃烧实质上为聚合物受热发生热分解产生的可燃性气体的燃烧，因此化学组成和结构不同的聚合物由于热分解产物中可燃性气体含量不同而具有不同的燃烧特性。显然，热分解产物中可燃性气体含量越高的聚合物越容易燃烧。
常用塑料的热分解产物
比热容
所谓比热容就是1g物质温度升高（或降低）1℃所需吸收（或放出）的热量。在其他因素相同的情况下，比热容大的聚合物材料，在燃烧过程的加热阶段需要较大的热量，因此较难燃烧。
常用塑料的热分解产物
导热率
热导率又称导热系数，是一个表示物质热传导性能的物理量。在其他因素相同的情况下，热导率大的聚合物材料，在燃烧过程的加热阶段升温较慢，因此较难燃烧。
分解温度
由于聚合物燃烧实质上为聚合物受热发生热分解产生的可燃性气体的燃烧，因此，一般来说，热分解温度较低的聚合物较易燃烧。
常用塑料的热分解温度
燃烧热
燃烧热是维持燃烧和延燃的重要因素。大多数聚合物的燃烧是放热反应。
02
闪点和自燃点
闪点是明火可以引燃的最低温度，而自燃点是不需明火引燃而自发燃烧的最低温度。
常用塑料的闪点和自燃点
火焰温度
与燃烧热一样，火焰温度是维持燃烧和延燃的重要因素。大多数聚合物的火焰温度比火柴和香烟高得多，约达2000℃。
常用塑料的火焰温度
极限氧指数
能维持聚合物燃烧的混合气体中氧气的最小体积分数，称为聚合物的极限氧指数（LOI），简称氧指数（OI）。氧指数是衡量聚合物材料是否燃烧的重要指标。由于空气中氧气的体积分数为20.9%，所以，氧指数小于21%的聚合物，一般可在空气中被点燃。
常用塑料的氧指数
燃烧速度
燃烧速度影响火灾的发展蔓延。各种聚合物材料的燃烧速度不尽相同，因此，燃烧时的传播速度也有快慢。在实际火灾中，材料的燃烧速度受外界气体的扰动和扩散、热的传导、对流和辐射等因素的影响。
阻燃剂的三大分类
01
按所含阻燃元素分类
按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系、磷系、氮系、硫系、磷-卤系、磷-氮系、硅系、锑系、硼系和铝镁系等几类阻燃剂，其中卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的阻燃剂之一，具有添加量少、阻燃效果显著的特点，在阻燃领域占有重要地位。
02
按阻燃剂的使用方法分类
按阻燃剂使用方法的不同，阻燃剂可分为反应型和添加型两大类。
(1）反应型阻燃剂
反应型阻燃剂是指分子内具有可反应官能团，能够在聚合物合成过程中参与反应，并结合到聚合物分子中的阻燃剂。其优点是稳定性好、阻燃作用持久、毒性小、对塑料性能影响较小，可以认为是一类理想的阻燃剂。缺点是应用不方便，品种较少，目前使用量仅占阻燃剂的10%-20%左右。反应型阻燃剂主要用于热固性塑料中，有时也用于热塑性塑料中。有些反应型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。
(2）添加型阻燃剂
添加型阻燃剂是在塑料加工前掺入塑料中，并以物理状态分散在混合料中的阻燃剂。其特点是使用方便、适用性强，目前其使用量占整个阻燃剂的80%-90%。缺点是在改进阻燃性的同时，降低了塑料本身固有的某些性能，如加工性和力学性能等。添加型阻燃剂常用于热塑性塑料中。
03
按阻燃剂组分分类
按阻燃剂组分的不同可将阻燃剂分为无机阻燃剂和有机阻燃剂两大类。
(1)无机阻燃剂
无机阻燃剂的品种很多，不同的无机阻燃剂的功能不同。
有单独使用即显示阻燃效果的,如红磷；有与含卤有机阻燃剂并用而显示阻燃效果的,如Sb?O? ；还有既起填充剂作用又能分解结晶水而显示阻燃效果的,如氢氧化铝。
无机阻燃剂具有热稳定性好、无毒、不产生腐蚀性气体、不挥发、抑烟、效果持久、价廉等优点，缺点是会对聚合物材料的加工成型性能和物理、电气性能等产生负面影响。
(2)有机阻燃剂
有机阻燃剂的品种也很多,按化合物类型细分,主要有磷系和卤系阻燃剂两类。磷系阻燃剂还可分为不含卤和含卤阻燃剂;而卤系阻燃剂也可分为氯系和溴系阻燃剂。
有机阻燃剂，尤其溴系有机阻燃剂,由于阻燃效果好、用量少、对塑料制品的性能影响小，因此，尽管存在有毒、发烟量较高并会释放高腐蚀性的卤化氢气体等问题,目前仍是应用广泛的重要阻燃剂。
常见阻燃塑料及其阻燃方案
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阻燃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，广泛应用于汽车工业、通信设备、电子电器、照明设备等。
PC/ABS应用于复印机
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.
无卤阻燃PC/ABS的主要生产企业有科思创、沙比克、LG化学、锦湖日丽、万华化学、鲁西化工等。
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阻燃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，全球PC产能超过1000万吨。
PC的极限氧指数 （LOI）可达21%～24%，材料本身可达 UL94 V-2级阻燃，但仍无法满足特殊领域对阻燃性能的要求，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(0.5%以下）的磺酸盐阻燃剂就能显著改善PC的阻燃性能，达到1.6～3.0mm V-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，还能保持透明。
透明阻燃PC板材
工业化PC产品中使用最多的磷系阻燃剂是三苯基磷酸酯（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。
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阻燃ABS
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，全球产能超过1000万吨。
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，主要用的溴系阻燃剂有TBBA，DBDPE等。
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。
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阻燃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，成本低，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。
阻燃HIPS应用于空调外壳
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。
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阻燃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（UL94HB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。
阻燃PBT应用于电子电器
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。
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阻燃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UL94 V-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。无卤阻燃PA中使用的阻燃剂有所区别，一般纯PA阻燃添加12-15%的MCA即可，而PA/GF体系由于“烛芯效应”，需要阻燃效率更高的二乙基次膦酸铝（ADP），再辅以MPP等起到协效和降本作用，也有与氢氧化镁、氢氧化铝等的复配阻燃PA产品。
文章来源：第八元素塑料版