相对于传统的溴系阻燃体系,无卤阻燃PBT材料的研制与生产对热敏感性更高,要特别考虑相关影响因素。
韧性
无卤阻燃PBT产品一般用于线圈骨架、电子联接器配件、断路器开关面板等,这些应用领域要求有较好的韧性,以保证产品稳定应用。
为保证体系的韧性,需要添加增韧剂,但对于无卤阻燃PBT而言,增韧剂的选择有一定的特殊要求。因为一般增韧剂的添加会降低体系的流动性,所以,除了考虑有效提高韧性外,增韧剂的选择还应该选择对体系的流动性有着最小的影响的品种。而传统的反应型PBT用增韧剂则不是最佳选择,可选择有一定相容作用的非反应型聚酯增韧剂,实现引入韧性的同时,提高对无卤阻燃剂的相容性和尽量不降低流动性。
为提高韧性,提高无卤阻燃剂与PBT树脂的相容性是一个很必要的选择。可以选用偶联剂对阻燃剂进行表面处理,这样在阻燃剂得到很好分散和相容的情况下,产品体系本身韧性得以不下降。
第三,PBT用成核剂的引入,对体系的韧性也有好处,可通过细化晶粒,减少薄弱界面,在提高成型性的同时,提高综合力学性能。
流动性
在PBT改性产品的注塑过程中,特别是一些薄壁、小制件中,为顺利成型,常常采取快速高压成型工艺,对于无卤阻燃材料而言,有机类无卤阻燃剂往往因为耐热相对低,常常会导致射出剪切下的热降解,表现为制品表面黄变或焦烧,并产生腐蚀性气体,腐蚀模具。
表1 不同主机转速的性能对比 说明:基础配方:PBT~52%;玻纤(长)30%;EPFR-300A 18% 挤出设备:35双螺杆挤出机,L/D=36/1,相对强剪组合,最高转速:500rpm
为避免这种情况发生,往往需要提高PBT改性产品的流动性。阻燃剂的添加通常会降低流动性,所以需要对配方体系的其他组分进行筛选。
首先,选用高流动性的PBT基础树脂,从根本上保证体系的高流动性。其次,添加高效润滑剂,来提高PBT体系的流动性。此外,玻纤的品种对流动性也有影响,短玻纤在保证一定性能的前提下,往往分散和长度更均一,流动性会优于长玻纤。
加工过程中的注意事项
主机转速的影响
对于无卤阻燃PBT而言,即便是相同的设备组合和温度条件,相同配方的产品性能也会随不同的主机转速有一定的影响。
从表1可看到,在设定的阻燃剂和工艺、设备条件下,相对低的转速得到的颗粒性能要略优于相对高的转速。这主要可能是由于不同转速下,PBT体系的剪切热效应不同,导致体系中热降解成分更少所导致的。
不过,由于阻燃剂体系的耐温特性不同,以及螺杆组合和工艺的不同,所以上述影响有可能相反,但对于在无卤PBT开发和生产时必须认真考察主机转速对性能的影响。
原材料的前处理
原料(树脂、玻纤)需要预先乾燥,控制水分含量越低越好。在高温情况下,过多的水分会导致PBT树脂降解,从而导致产品综合性能降低。因此,PBT在加工前需要抽湿乾燥。
在注重PBT水分的同时,也要关注玻璃纤维以及其它助剂的水分。同时,加工中保持好的真空度,及时抽出可能存在的微量的水分,都是生产高品质无卤阻燃PBT产品的关键。
此外,不论是挤出机还是注射机,用前一定要清洗乾净,并保证阻燃剂在料筒里面的停留时间不要过长,从而避免长期停留导致的降解。
加工温度的设置
一般情况下,加工温度要根据无卤阻燃剂自身的耐温性能做调整,拿无卤阻燃剂EPFR-300A(普塞呋磷化学有限公司生产)举例,其起始热分解温度为280℃,双螺杆挤出机加工过程中,一般在熔融段和混合段,由于无玻纤添加,剪切热的温升不会太高(最多会超过设置温度 20-30℃),温度可设置在比PBT熔点(225℃)高10℃以上,以利于塑化与混合;而在加玻纤处的均化段,由于玻纤的加入,导致其内部产生的热量较多,可能会超过设置温度30℃-50℃,为降低热剪切温度叠加导致阻燃剂分解,双螺杆的加工温度要尽量低一些,可略高于PBT熔点,设为228℃。
对于注射加工,由于单螺杆塑化剪切热相对弱,注射高压剪切较强,为避免阻燃剂降解,可通过提高物料熔融温度来提高流动性,降低注射压力。这种情况下,无卤阻燃PBT物料的塑化温度可按PBT熔点以上15℃-20℃设置(达240℃-245℃),而喷嘴温度可考虑提高至250℃- 255℃。
螺杆组合的设置
加工过程中,如果螺杆的剪切设置很强,对于无卤阻燃PBT体系而言,生产时剪切热很高,易出现加热与剪切产生的热叠加效应,导致螺杆内部局部过热,造成阻燃剂分解,因此要选择剪切弱一些的螺块组合。
一般而言,考虑到物料的基本的塑化与混合,双螺杆的熔融段和混合段剪切单元的个数和强度可按常规设置,但在加玻纤处的均化段,在保留反向混炼单元基础上,螺块尽量弱化剪切单元,即减少剪切块个数或部分改用90度或60度剪切块。
阻燃剂的添加方式
对于无卤阻燃剂不同的添加方式,生产产品的工艺难易程度不同。相对而言,采用传统的与树脂预混合,而後主喂料加入的方式,对加工工艺要求控制难度更高。这主要是涉及两方面原因:
一方面,由于前期就同PBT混合,在螺杆的停留时间长,剪切程度高,需调整好螺杆组合和工艺条件,降低无卤阻燃剂热降解的可能性,才能生产出稳定的无卤阻燃产品。
而采用两段侧喂料(一段加短玻纤,一段加阻燃剂)的添加方式,由于阻燃剂在螺杆中的停留时间更短,且加短玻纤的剪切单元往往相对比较弱,这些都有利于无卤阻燃剂的热稳定,相对而言工艺的控制难度要低。因此,在有条件的前提下,尽量采用侧喂料的模式来添加无卤阻燃剂,对稳定生产无卤阻燃PBT产品而言是很好的选择。
另一方面,此种方式要处理好颗粒与粉体的混合均匀问题,特别是投料後,由于两者的密度和大小不同,在生产的前期和後期,易出现只进粉体不进料的情况,这不仅会导致前後体系的不均匀,更重要的是高浓度粉体在热剪切条件下很容易降解,严重时会有起火,造成生产安全隐患。
结语
随着人们对无卤阻燃PBT产品的开发和生产的深入了解,会不断有新的注意点和问题出现,特别是随着新型无卤阻燃剂的推出,技术人员应该根据产品体系和所用阻燃剂的特点,针对性调整配方和工艺,得到稳定的高性能无卤阻燃PBT产品。