加工工艺对无卤阻燃工程塑料的影响

chinalite 2020-07-29

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导语：随着近些年对无卤阻燃工程塑料的开发，尤其是以往习惯含卤阻燃体系的加工生产的厂家，往往会出现一些问题。这主要是对无卤阻燃剂在工程塑料材料中的影响因素考虑不到位。有人为了研究挤出加工工艺对阻燃工程塑料到底有什么影响，特地做了以下几组对比实验，以供大家参考。

图片来源于中广核俊尔官网，无卤阻燃尼龙在工业电器中的应用

一、加工温度对性能的影响
二、主机转速对性能的影响
三、预分散母粒对性能的影响
四、总结

一、加工温度对性能的影响

——加工温度对于其热稳定影响大于含卤的阻燃剂

加工温度对改性塑料的影响比较复杂，但对于无卤阻燃剂而言，由于加工温度对于其热稳定影响大于含卤的阻燃剂，因此，对加工温度的设定要有明确的规定。

表1 PA66+GF30%无卤阻燃料各区温度设置对比表

	1区	2区	3区	4区	5区	6区	7区	8区	机头
PA66-1#	215	265	270	270	265	265	265	260	255
PA66-2#	215	265	270	260	250	240	240	245	255
PA66-3#	215	240	240	240	240	240	240	240	250

表2 PA66+GF30%无卤阻燃料加工过程现象对比

	挤出现象	颗粒外观	主机电流
PA66-1#	有断条现象，料条有轻微发泡现象，偶见毛刺附于其表面；	淡黄色颗粒，断面发泡，有孔洞	9.3
PA66-2#	无断条，无发泡，挤出料条表面光滑；	淡黄色颗粒，断面密实、均匀	10.6
PA66-3#	无断条，无发泡，表面正常，无毛刺。	淡黄色颗粒，断面密实、均匀	10.7

表3 不同加工温度下的PA66+GF30%无卤阻燃料性能对比

	HDT（1.82MPa） ℃	拉伸强度(MPa)	断裂伸长率(%)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	缺口冲击强度(J/m)	UL94 （1.5mm）
PA66-1#	234	130	11	185	9881	77	V-0
PA66-2#	243	139	12	186	9295	80	V-0
PA66-3#	241	121	11	169	9965	69	V-0

备注：使用Ф35双螺杆（L/D=36/1），主机转速30Hz(对应240RPM)。为对比温度设定对性能的影响，分别采取：1# 正常设置；2# 双峰设置；3#低温设置。

结论：

① 温度设定过高导致阻燃剂的降解

所采用的无卤阻燃剂热分解温度仅有320度，在PA66加工设置时，内部由于剪切热形成的热叠加，实际温度估计会达到320度以上，因此会导致阻燃剂的降解。

② 温度设定过低导致前期塑化不够

3#尽管在外观上看和2#相差不大，但实际性能还是差距比较大，尤其是拉伸和弯曲，由于前期塑化不够，靠外来增塑作用和螺块剪切强制PA66树脂塑化，对复合体系的性能不利。

这对于我们在生产中常常为避免产品热降解，整体下调加工温度的工艺习惯是一个警示。

二、主机转速对性能的影响

——提高主机转速可以提高无卤阻燃增强体系产品的力学性能

在确定的加工温度范围下，调整主机转速，综合考察剪切混炼效果与剪切热同时提高情况下，材料的性能变化，这对实际生产的工艺控制有着指导意义。现用PBT和PA66为例：

表4 PBT+GF30%无卤阻燃料不同转速的加工现象对比

	主机转速 Hz	喂料转速Hz	主机电流	造粒外观
PBT-1#	28 (224rpm)	7	9.3	料条顺利，颗粒白，断面密实
PBT-2#	32 (256rpm)	10	9.3	料条顺利，颗粒白，断面密实
PBT-3#	36 (288rpm)	10.8	9.3	料条顺利，颗粒白，断面密实

表5 不同转速下对应PBT+GF30%无卤阻燃料性能对比

	拉伸强度(MPa)	断裂伸长率(%)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	缺口冲击强度(J/m)	UL94（1.5mm）
PBT-1#	100	13	139	8356	79	V-0
PBT-2#	99	13	145	9183	82	V-0
PBT-3#	105	13	148	9837	85	V-0

备注：使用Ф35双螺杆（L/D=36/1），温度设定按常规设置：215-230℃。

表6 PA66+GF30%无卤阻燃料不同转速的加工现象对比

	主机转速 Hz	喂料转速Hz	主机电流	造粒外观
PA66-4#	25 (200rpm)	9	10.8	料条顺利，颗粒均匀淡黄色，断面密实
PA66-5#	28 (224rpm)	10.5	10.8	料条顺利，颗粒均匀淡黄色，断面密实
PA66-6#	32 (256rpm)	11.5	10.9	料条顺利，颗粒均匀淡黄色，断面密实

表7 不同转速下对应PA66+GF30%无卤阻燃料性能对比表

	拉伸强度(MPa)	断裂伸长率(%)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	缺口冲击强度(J/m)	UL94（1.5mm）
PA66-4#	126	11	161	9737	73	V-0
PA66-5#	133	12	169	9857	74	V-0
PA66-6#	136	12	176	10397	76	V-0

备注：设备：Ф35双螺杆（L/D=36/1）；温度设定：按低温设置（215-240℃）。

结论：

① 提高主机转速，提高产品的力学性能

在保证体系热稳定的前提下，可通过提高主机转速来提高混炼和剪切效果，从而提高无卤阻燃增强体系产品的力学性能。

② 主机转速提高，分散和混炼效果变好，效率提高

固定主机温度和其它设备参数，随着主机转速的提高，产品的力学性能也有所提高。这主要与分散和混炼随主机转速的提高，效率提高有关。

三、预分散母粒对性能的影响

——阻燃剂的不同加料方式加入对产品影响不大

为考察将无卤阻燃剂预先分散在增韧剂基体中，制成母粒而后加入，对改性产品的性能影响。结果如下表。

表8 PBT+GF30%无卤阻燃料不同加料方式对比

	阻燃剂加料方式	造粒外观
PBT-1#	直接添加	料条顺利，颗粒白，断面密实
PBT-4#	将增韧剂与EPFR-300先制成母粒,再添加	料条顺利，颗粒白，断面密实

表9 不同加料方式下对应PBT产品性能表

	拉伸强度(MPa)	断裂伸长率(%)	弯曲强度(MPa)	弯曲模量(MPa)	缺口冲击强度(J/m)	UL94（1.5mm）
PBT-1#	100	13	139	8356	79	V-0
PBT-4#	101	13	146	8555	78	V-0

四、结语

【1】对于无卤阻燃工程塑料而言，需要针对性调整加工工艺，重点应考虑加工温度和主机转速的调整，使其满足此类体系的特殊要求，做出较好的产品，来满足市场的需求。

【2】阻燃剂的不同加料方式加入对产品影响不大

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