CN114621534A - 一种检测阻燃性能的ps基标准样品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种检测阻燃性能的PS基标准样品及其制备方法。所述检测阻燃性能的PS基标准样品包括如下重量份的组分：50‑80份PS树脂、1‑5份增韧剂、3‑25份阻燃剂、1‑8份协效剂、5‑10份填料、0.1‑5份抗氧剂、0.1‑2份阻燃等级物质、0.1‑1份加工助剂；所述阻燃等级物质为抗滴落剂或促滴落剂；所述PS树脂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4‑8g/10min。本发明提供一种检测阻燃性能的PS基标准样品，其中PS树脂、增韧剂、阻燃剂、协效剂和阻燃等级物质复配协同，能够降低标准样品受温度和湿度等外部因素的影响，改善标准样品测试结果的稳定性和均匀性。

Description

一种检测阻燃性能的PS基标准样品及其制备方法

技术领域

本发明属于塑料阻燃标准样品技术领域，尤其涉及一种检测阻燃性能的PS基标准样品及其制备方法。

背景技术

可燃性UL94等级是应用最广泛的塑料材料可燃性能标准，用来评价材料在被点燃后熄灭的能力。根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能力以及滴落物是否燃烧有多种评判方法。聚苯乙烯为通用塑料的常用品种之一，改性得到的高抗冲聚苯乙烯材料具有广泛的应用，例如汽车、家用电器和电子设备等。但聚苯乙烯属于易燃材料，目前社会上对日常使用的产品材料防火安全等级要求越来越高，例如家用电器用电会存在自燃或短路导致火灾的风险。通过改性得到良好阻燃性能的材料以此接近生活中使用的阻燃高抗冲聚苯乙烯材料，因此使用垂直燃烧法测试材料的阻燃等级要求越来越严格，对于设备的问题和人员操作导致的测试结果误差需要提前避免。在垂直燃烧测试前需要保证设备的状态是可正常使用，且测试结果准确、有效。对设备的核查需要快速且准确，因此急需制备一种以高抗冲聚苯乙烯为基体的阻燃标准物质，可用于设备稳定性验证、人员操作考核、实验室间能力验证比对等。

论文《基于锥形量热仪的PVC电缆燃烧性能试验研究》主要是针对不同型号PVC电缆的燃烧性能，模拟不同规模的火灾中分析电缆样品的热释放速率、质量损失速率、烟气产生速率等重要参数。论文《A类火灾试验用燃烧物标准样品研制》中主要是是研制了塑料杯组合体和纸杯组合体两类A类火灾试验用燃烧标准样品，对标准样品的均匀性和稳定性进行了试验研究和数据分析。

现有相关技术是关于塑料杯和纸杯组合的A类火灾试验用标准样品以及纺织品、电缆燃烧的技术，并非单一的塑料燃烧标准样品，因此为了弥补燃烧方面的缺失，急需制备一种测试结果足够均匀、稳定的垂直燃烧标准样品，用于快速验证设备、人员以及实验室之间的比对等保证实验室测试准确性的活动。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种检测阻燃性能的PS基标准样品及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种检测阻燃性能的PS基标准样品包括如下重量份的组分：50-80份PS树脂，1-5份增韧剂，3-25份阻燃剂，1-8份协效剂，5-10份填料，0.1-5份抗氧剂，0.1-2份阻燃等级物质，0.1-1份加工助剂；所述阻燃等级物质为抗滴落剂或促滴落剂；所述PS树脂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4-8g/10min。

本发明以PS树脂为基体，加入一定量的增韧剂与PS树脂形成海岛结构，既能够提升标准样品的热可塑性和尺寸稳定性，又能够降低材料受温度和湿度的影响，提高材料阻燃测试的稳定性。同时将阻燃剂和协效剂复配，并调整两者的添加量，协同提升标准样品的阻燃效果，以及提高标准样品的均匀性、稳定性和测试结果的准确性和可靠性。在样品稳定阻燃的前提下，通过添加抗滴落剂或促滴落剂来调整标准样品的阻燃等级要求。因此，本发明将PS树脂、增韧剂、阻燃剂、协效剂、填料、抗氧剂和阻燃等级物质复配协同，改善标准样品测试结果的稳定性和均匀性。

发明人在实际实验过程中发现，PS树脂的熔体流动速率对标准样品的均匀性和稳定性影响较大，当PS树脂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4-8g/10min时，所制备的标准样品的阻燃等级结果明确，且标准样品具有稳定性和均匀性，当PS树脂的熔体流动速率过大或过小时，制备的标准样品的阻燃等级结果不明确，同时受外部测试条件影响较大，作为检测阻燃等级标准样品的稳定性较差和均匀性较差。

作为本发明的优选实施方案，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；所述增韧剂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为1.5-4g/10min。

发明人经过大量的实验发现，本发明通过优化增韧剂的熔体流动速率来获取更加优异的效果。当增韧剂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为1.5-4g/10min时，所制备的标准样品的阻燃等级结果明确，且标准样品的均匀性高，检测结果的准确性和可靠性较好。

作为本发明的优选实施方案，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧、溴代三嗪、溴化亚胺、四溴双酚A、八溴醚中的至少一种或几种混合物。

作为本发明的优选实施方案，所述协效剂为三氧化二锑。

作为本发明的优选实施方案，所述填料为滑石粉、硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。发明人在实际实验过程中发现，添加填料可以增加标样的耐热性、刚性以及成型加工性，辅助样品的尺寸稳定性。

作为本发明的优选实施方案，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯；所述促滴落剂为过氧化物。

作为本发明的优选实施方案，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂中的至少一种。

作为本发明的优选实施方案，所述加工助剂为白油。

此外，本发明提供了所述的检测阻燃性能的PS基标准样品的制备方法，包括如下步骤：

(1)将PS树脂、增韧剂、阻燃剂、协效剂、填料、抗氧剂、抗滴落剂或促滴落剂、加工助剂混合均匀，熔融共混，挤出造粒，得到PS粒料；

(2)将PS粒料注塑，得到所述检测阻燃性能的PS基标准样品。

作为本发明的优选实施方案，所述熔融共混、挤出造粒的装置为双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机长径比25-40:1，主机转速300-600rpm，螺筒温度170-230℃。

作为本发明的优选实施方案，所述注塑的温度190-230℃，注塑的压力为55-60Bar，注塑的速度为25％-30％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供一种检测阻燃性能的PS基标准样品，其中PS树脂、增韧剂、阻燃剂、协效剂和阻燃等级物质复配协同，能够降低标准样品受温度和湿度等外部因素的影响，改善标准样品测试结果的稳定性和均匀性，同时优化PS树脂的熔体流动速率、增韧剂的熔体流动速率来获取更加优异效果的标准样品。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下实施例和对比例以下面来源的原料为例进行说明，实际生产中还可以采用其他来源的原料，原料如下：

PS树脂A：200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4.4g/10min，具体牌号：PSMA5210(江苏)，由雅仕德化工(江苏)有限公司提供；

PS树脂B：200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为5.8g/10min，具体牌号：GPPS-500，由中国石油天然气股份有限公司西南化工销售分公司提供；

PS树脂C：200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为3g/10min，具体牌号：PS 1180，由中国石油天然气股份有限公司华南化工销售分公司提供；

PS树脂D：200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为10g/10min，具体牌号：GPPS123P，由上海赛科石油化工有限责任公司提供；

PS树脂E：200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为8g/10min，具体牌号：GPPS PG-383，由台湾化学纤维股份有限公司提供；

增韧剂A：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为0.1g/10min，具体牌号：YH-791H，由中国石化集团巴陵石化分公司提供；

增韧剂B：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为2.5g/10min，具体牌号：YH-792E，由中国石化化工销售有限公司华中分公司提供；

增韧剂C：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为6g/10min，具体牌号：YH-188，由中国石化集团巴陵石化分公司提供；

增韧剂D：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为1.5g/10min，具体牌号：YH-796，由中国石化集团巴陵石化分公司提供；

增韧剂E：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4g/10min，具体牌号：SBS D1153E，由科腾聚合物贸易(上海)有限公司提供；

阻燃剂：十溴二苯乙烷，市售；

协效剂：三氧化二锑，市售；

阻燃等级物质A：抗滴落剂，RDT-3K，市售；

阻燃等级物质B：促滴落剂，过氧化物，市售；

填料：硫酸钡，市售；

抗氧剂：抗氧剂1010，市售；

加工助剂：O-WO2，市售；

实施例和对比例的平行实验中所用市售产品为同一种。

实施例

本发明实施例1～12所述检测阻燃性能的PS基标准样品的组成组分如表1所示。

本发明实施例1～12所述检测阻燃性能的PS基标准样品的制备方法，包括如下步骤：

(1)将PS树脂、增韧剂、阻燃剂、协效剂、填料、抗氧剂、抗滴落剂或促滴落剂、加工助剂混合均匀，在双螺杆挤出机中进行熔融共混，挤出造粒，得到PS粒料；所述双螺杆挤出机长径比35：1，主机转速300-600rpm，螺筒温度170-230℃；

(2)将PS粒料加入到注塑机中注塑，得到尺寸长(125±5)mm，宽(13.0±0.5)mm，厚为1.8mm的检测阻燃性能的PS基标准样品；所述注塑的温度190-230℃，注塑的压力为55-60Bar，注塑的速度为25-30％。

表1

对比例

本发明对比例1～8所述检测阻燃性能的PS基标准样品的组成组分如表2所示。

本发明对比例1～8所述检测阻燃性能的PS基标准样品的制备方法与实施例相同。

表2

效果例

性能测试：

实施例和对比例的产品按照阻燃标准UL-94进行垂直燃烧测试，t₁为试样第一次燃烧的时间，t₂为试样第二次燃烧的时间，t₃为试样第三次燃烧的时间，根据燃烧时间，滴落能力以及滴落物是否燃烧判定阻燃等级。

表3燃烧阻燃等级判断依据

实施例和对比例的产品按照下列标准进行均匀性和稳定性测试，相关测试方法和标准如下：

均匀性测试：按CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，随机抽取10组制备好的样品，每组有五根标准样品，将标准样品在(23±2)℃&(50±5)％RH的恒温恒湿箱中调节48h之后测试，采用单因子方差分析样品间的均匀性，各产品的均匀性临界值F0.05(9,10)＝3.02，若统计值F＜F0.05(9,10)＝3.02，则认为组间与组内无显著差异，即说明样品是均匀的，且数值越小说明产品越均匀，而如果该F值≥临界值F0.05(9,10)＝3.02，则说明该产品均匀性不足。

稳定性测试：按CNAS-GL003：2018《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，在制备完成储存15天后随机抽取6组，每组2根制备好的样品，将标准样品在(23±2)℃&(50±5)％RH的恒温恒湿箱中调节48h之后测试，采用t检验法中的两个平均值间的一致性分析样品的稳定性。将均匀性检验数据作为其中一个平均值，将放置15天后的12根样品测试数据平均值作为另一个平均值。各产品的稳定性临界值t＝1.73，若统计值t＜临界值1.73，则说明样品是稳定的，且数值越小说明产品越稳定，而如果该t值≥临界值1.73，则说明该产品不稳定。

实施例1-12的均匀性测试和稳定性测试的结果分别如表4和表5，对比例1-8的均匀性测试和稳定性测试的结果分别如表6和表7，均匀性测试样品的燃烧阻燃等级判断结果分别如表8和表9，稳定性测试样品的燃烧阻燃等级判断结果分别如表10和表11。

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

表11

从上述各表可以看出，本发明所述检测阻燃性能的PS基标准样品具有良好的均匀性(F值均未超过临界值)和稳定性。根据实施例1-2和对比例1-2的数据可知，采用PS树脂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4-8g/10min以外的熔体流动速率的PS树脂制备的产品不具有均匀性，且稳定性测试中的标准偏差远高于实施例1-2的标准偏差。根据实施例3-6、9可看出，当增韧剂的熔体质量流动速率在1.5～4g/10min时，所得产品的均匀性和稳定性更佳。根据实施例1、7-8和对比例3-4的数据可知，标准产品的均匀性和稳定性与增韧剂的添加量有关，当增韧剂的添加量不在本发明限定范围内，所得到的标准产品不均有均匀性，且稳定性测试中的标准偏差也远高于实施例。另外，根据实施例1和对比例5-8可知，将阻燃剂和协效剂复配，并调整两者的添加量，可以协同提高标准样品的均匀性和稳定性。

根据表8-11可知，在标准样品具有均匀性和稳定性的前提下，通过表3的评判标准来判定标准样品的阻燃等级。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述标准样品包括如下重量份的组分：50-80份PS树脂、1-5份增韧剂、3-25份阻燃剂、1-8份协效剂、5-10份填料、0.1-5份抗氧剂、0.1-2份阻燃等级物质、0.1-1份加工助剂；所述阻燃等级物质为抗滴落剂或促滴落剂；所述PS树脂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为4-8g/10min。

2.如权利要求1所述的检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；所述增韧剂在200℃，5kg的测试条件下熔体流动速率为1.5-4g/10min。

3.如权利要求1所述的检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧、溴代三嗪、溴化亚胺、四溴双酚A、八溴醚中的至少一种。

4.如权利要求1所述的检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述协效剂为三氧化二锑。

5.如权利要求1所述的检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述填料为滑石粉、硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。

6.如权利要求1所述的检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯；所述促滴落剂为过氧化物。

7.如权利要求1所述的检测阻燃性能的PS基标准样品，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂中的至少一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的检测阻燃性能的PS基标准样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将PS树脂、增韧剂、阻燃剂、协效剂、填料、抗氧剂、抗滴落剂或促滴落剂、加工助剂混合均匀，熔融共混，挤出造粒，得到PS粒料；

(2)将PS粒料注塑，得到所述检测阻燃性能的PS基标准样品。

9.如权利要求8所述的检测阻燃性能的PS基标准样品的制备方法，其特征在于，所述熔融共混、挤出造粒的装置为双螺杆挤出机；所述双螺杆挤出机长径比25-40:1，主机转速300-600rpm，螺筒温度170-230℃。

10.如权利要求8所述的检测阻燃性能的PS基标准样品的制备方法，其特征在于，所述注塑的温度190-230℃，注塑的压力为55-60Bar，注塑的速度为25％-30％。