不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料（UP—BMC）阻燃性能研究

周雨力　孫宇　韋晨　馬林泉

【摘 要】研究了目前市場(chǎng)上各種典型型號(hào)不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料UP-BMC的阻燃性能，了解目前國(guó)產(chǎn)BMC的阻燃性能的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了BMC燃燒性、氧指數(shù)、熾熱棒燃燒試驗(yàn)及灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI）之間的關(guān)系，分析了影響B(tài)MC阻燃性能的關(guān)鍵因素。研究表明：阻燃型BMC的阻燃性能要明顯優(yōu)于非阻燃型BMC，同時(shí)各個(gè)阻燃性能之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，BMC中添加的阻燃劑是影響材料阻燃性能的關(guān)鍵因素。

【關(guān)鍵詞】BMC；模塑料；阻燃

中圖分類號(hào)： TM215.1；TQ323.4+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）26-0093-002

Study on Flame Retardancy of Unsaturated Polyester Dies （UP-BMC）

ZHOU Yu-li* SUN Yu WEI Chen MA Lin-quan

（Guilin Electric Apparatus Research Institute Co.， Ltd.， Guilin 541004， China）

【Abstract】The flame retardancy of UP-BMC， a typical model unsaturated polyester slug molding compound， was studied in this paper. The current situation of flame retardancy of BMC in China was studied. The flammability， oxygen index， Burning test and glow wire flammability index （GWFI）， the key factors influencing the flame retardancy of BMC were analyzed. The results show that the flame retardancy of flame retardant BMC is obviously better than that of non-flame retardant BMC， and there is a certain correlation between the flame retardant properties. The flame retardant added in BMC is the key factor that affects the flame retardancy of the material.

【Key words】BMC； Molding compound； Flame retardant

0 引言

不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料（BMC）是一種以玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂（UP）的熱固性復(fù)合材料[1]。由于其擁有優(yōu)良的機(jī)械性能、電氣性能和耐化學(xué)腐蝕性，同時(shí)該材料耐熱好、收縮率小并具有具有良好的加工性能，因此被廣泛地應(yīng)用于電氣、汽車、機(jī)械、建筑等行業(yè)[2]。

由于不飽和聚酯樹脂為可燃性材料，在燃燒過程中會(huì)放出大量的熱，并且會(huì)伴隨濃煙釋放出有毒氣體，成為火災(zāi)隱患。所以，阻燃性能性能成為BMC材料性能的一個(gè)重要指標(biāo)[3]。目前用于BMC阻燃劑的種類主要有鹵系、磷系、氮系和無機(jī)阻燃劑。無機(jī)阻燃劑由于熱穩(wěn)定性好，無毒，無害，無腐蝕性，不易揮發(fā)，價(jià)格低廉，使無機(jī)阻燃劑氫氧化鋁成為目前使用量最大和應(yīng)用最廣的阻燃劑[4]。

文章通過研究目前市場(chǎng)上各種典型型號(hào)BMC的燃燒性、氧指數(shù)、熾熱棒燃燒試驗(yàn)及灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI），了解目前國(guó)產(chǎn)BMC的阻燃性能的發(fā)展現(xiàn)狀。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測(cè)試樣品

國(guó)內(nèi)5家BMC生產(chǎn)廠商（代號(hào)A、B、C、D、E）提供的不同型號(hào)的BMC試樣，如表1所示，阻燃型BMC中添加有氫氧化鋁阻燃劑。

1.2 儀器和設(shè)備

HVUL2型水平垂直火焰燃燒儀，ATLAS； ON-1D型氧指數(shù)測(cè)定儀，SUGA；CRB-2型熾熱棒試驗(yàn)儀，桂林電器科學(xué)研究院；ZRS-JT型灼熱絲試驗(yàn)儀，上海竟田測(cè)試設(shè)備有限公司。

1.3 測(cè)試及表征

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5169.16—2008測(cè)試燃燒性（垂直法），使用50W火焰于試樣底部垂直燃燒，試樣規(guī)格為125mm×13mm×2mm；

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2406.2—2008測(cè)試氧指數(shù)，使用丙烷燃燒火焰于試樣頂部點(diǎn)燃試樣，試樣規(guī)格為80mm×10mm×4mm；

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2407—2008測(cè)試熾熱棒燃燒試驗(yàn)，使用955℃的熾熱棒接觸試樣端部，試樣規(guī)格為120mm×10mm×4mm；

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5169.12—2013測(cè)試灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI），使用960℃灼熱絲接觸試樣中心，試樣規(guī)格為60mm×60mm×4mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 燃燒性

所有試樣的燃燒性（垂直法）試驗(yàn)結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，無論玻璃纖維的含量為多少，阻燃型的BMC均可達(dá)到V-0級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，阻燃性能優(yōu)異；而非阻燃型的BMC均燃至夾具，除了樣品6和樣品12是第二次施加火焰后樣品燃至夾具外，其余非阻燃型BMC均在第一次施加火焰后即燃至夾具，非阻燃型的BMC阻燃性能均劣于V-2級(jí)，阻燃性能較差。

燃燒性能的差異主要是由于阻燃型的BMC中添加有阻燃劑氫氧化鋁，其在245～320℃溫度范圍內(nèi)可完成脫水反應(yīng)，反應(yīng)方程式為2Al（OH）3→Al2O3+3H20，此反應(yīng)可釋放出結(jié)晶水，吸收熱量，使材料溫度降低，分解產(chǎn)生的水蒸氣稀釋了可燃?xì)怏w。同時(shí)，該反應(yīng)生成的Al203覆蓋在材料基體表面，減小了燒蝕速率，可防止火焰蔓延[5]。endprint

可見，阻燃型的BMC和非阻燃型的BMC在燃燒性上存在非常明顯的差別。

2.2 氧指數(shù)

所有試樣的氧指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，阻燃型的BMC氧指數(shù)普遍較高，除了18號(hào)樣品的氧指數(shù)為38%之外，其余樣品的氧指數(shù)均在40%以上，3號(hào)、9號(hào)、13號(hào)、15號(hào)樣品的氧指數(shù)達(dá)到了50%以上，可見，阻燃性的BMC由于加入了阻燃劑，對(duì)氧指數(shù)的提升是十分明顯的。

對(duì)于非阻燃型的BMC，其氧指數(shù)普遍偏低，除了6號(hào)和12號(hào)樣品外，其余樣品的氧指數(shù)均在25%左右。6號(hào)樣品和12號(hào)樣品的氧指數(shù)在40%以上，其燃燒性的測(cè)試結(jié)果為樣品燃至夾具，可見，對(duì)于阻燃性較差的樣品，其氧指數(shù)不一定很低，燃燒性和氧指數(shù)不存在絕對(duì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是因?yàn)槿紵院脱踔笖?shù)的樣品尺寸、試驗(yàn)方法等均存在差異。但同時(shí)也應(yīng)注意到，6號(hào)樣品和12號(hào)樣品燃燒性的測(cè)試結(jié)果為第二次施加火焰后樣品燃至夾具，而其余非阻燃型BMC樣品均在第一次施加火焰后樣品燃至夾具，可見相對(duì)較好的阻燃性對(duì)于提升氧指數(shù)有一定的幫助。

2.3熾熱棒燃燒試驗(yàn)

所有試樣的熾熱棒燃燒試驗(yàn)結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，阻燃型的BMC熾熱棒燃燒均能達(dá)到BH2等級(jí)，火焰均在到達(dá)95mm標(biāo)線前熄滅，破壞長(zhǎng)度較短，僅（4～6）mm。對(duì)于非阻燃型的BMC，其耐熾熱棒燃燒性能較差，除了6號(hào)和12號(hào)樣品外，其余樣品的熾熱棒燃燒均為BH3等級(jí)，火焰均到達(dá)95mm標(biāo)線，計(jì)算得到樣品的燃燒速率為（7～12）mm/min。6號(hào)和12號(hào)樣品能達(dá)到BH2等級(jí)，由3.1和3.2可知，其阻燃性和氧指數(shù)均優(yōu)于其他非阻燃型的BMC，可見熾熱棒燃燒性能與燃燒性和氧指數(shù)存在一定的關(guān)聯(lián)性。

2.4 灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI）

所有試樣的灼熱絲可燃性指數(shù)均能達(dá)到GWFI：960/4.0，可見，無論是阻燃型還是非阻燃型的BMC，對(duì)熾熱的灼熱絲作為起燃源的阻燃性都很優(yōu)異。但是，對(duì)于灼熱絲頂部移開試樣后試樣有焰燃燒的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間（tR），阻燃型和非阻燃型的BMC仍然存在差別。阻燃型的tR=0s，均無燃燒持續(xù)時(shí)間，非阻燃型的tR如表4所示，可見，大多非阻燃型的BMC均存在短暫的有焰燃燒，其對(duì)灼熱絲的阻燃性略遜于阻燃型的BMC。

3 結(jié)論

通過研究目前市場(chǎng)上各種典型型號(hào)BMC的燃燒性、氧指數(shù)、熾熱棒燃燒試驗(yàn)及灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI）可知，阻燃型BMC的阻燃性能要明顯優(yōu)于非阻燃型BMC，同時(shí)各個(gè)阻燃性能之間存在一定的關(guān)聯(lián)性。并且，BMC的阻燃性能與其玻璃纖維含量相關(guān)性不大，BMC中添加的阻燃劑是影響材料阻燃性能的關(guān)鍵因素。不過，BMC中如樹脂含量、阻燃劑含量、樹脂與阻燃劑的配比也可影響材料的阻燃性能，其中的規(guī)律還需要進(jìn)一步的探索研究。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張剛，吳盾，朱小磊，王琛，劉春林.低密度BMC復(fù)合材料性能的研究[J].塑料工業(yè)，2012，40（2）：100-103.

[2]沈開猷.不飽和聚酯樹脂及其應(yīng)用（第三版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[3]齊雙春，蘭麗琴，張彥，等.近年來阻燃不飽和聚酯樹脂的研究進(jìn)展[J].熱固性樹脂，2011（2）：55-59.

[4]李學(xué)鋒，陳緒煌，周密.氫氧化鋁阻燃劑在高分子材料中的應(yīng)用[J].中國(guó)塑料，1999（6）：82-87.

[5]邱天訕，盧忠遠(yuǎn)，李軍釓，等.氫氧化鋁粒度及摻量對(duì)不飽和聚酯樹脂性能的影響[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2014，20（2）：6-12.endprint