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加工工艺对无卤阻燃工程塑料的影响

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

目录

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

、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。

1 PA66+GF30%无卤阻燃料各区温度设置对比表


1

2

3

4

5

6

7

8

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

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

3 不同加工温度下的PA66+GF30%无卤阻燃料性能对比


HDT1.82MPa

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。

、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:

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

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)

UL941.5mm

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

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)

UL941.5mm

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。

、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。

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

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)

UL941.5mm

PBT-1#

100

13

139

8356

79

V-0

PBT-4#

101

13

146

8555

78

V-0

、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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