摘要：分別以聚丙烯(PP)樹脂和ABS樹脂作為基體材料，加入阻燃劑(溴-銻阻燃體系)、抗靜電劑(導電炭黑)和偶聯劑(KH-550)制備了礦用阻燃抗靜電塑料。通過改變阻燃劑和抗靜電劑的配比，考察了阻燃劑和抗靜電劑對礦用阻燃抗靜電塑料性能的影響，以及阻燃劑和抗靜電劑彼此之間的影響。結果表明：溴-銻阻燃體系的加入能提高PP的抗靜電性能；導電炭黑的加入會降低PP的阻燃性能；在添加一定量的KH550后，礦用阻燃抗靜電塑料在阻燃抗靜電性能符合要求情況下，力學性能有了明顯提升，保證了制品更能適宜在井下惡劣環境中使用。

關鍵詞：聚丙烯；丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物；礦用；阻燃；抗靜電

    近年來，由于礦山安全事故的頻發，礦用安全產品得以大規模使用，而礦用高分子材料制品需滿足井下更加苛刻的阻燃抗靜電要求，對于礦用阻燃抗靜電高分子制品的研究也越來越多。塑料制品的阻燃抗靜電功能都是通過加入阻燃劑(多為溴-銻體系或磷系)和抗靜電劑(導電炭黑、有機抗靜電劑等)實現的，但以往的研究[1-6]多通過大量的實驗來確定阻燃劑和抗靜電劑的配比，而對于兩者的共同作用和相互之間的影響研究較少。本文選擇了兩種不同的基體材料PP和ABS，通過改變阻燃劑(溴-銻阻燃體系)和抗靜電劑(導電炭黑)的含量，研究它們對礦用阻燃抗靜電塑料性能的影響，以及兩者間的相互影響。同時，使用偶聯劑(KH-550)對共混物進行了處理以解決阻燃劑和抗靜電劑(導電炭黑)在較高填充量下的分散問題。

1　實驗部分

1·1　主要原料

PP： K7726，中石油北京燕山分公司； ABS：0215，中石油吉林石化公司；導電炭黑： YML-100，九江亞米特石化有限公司；偶聯劑： KH-550，南京康普頓曙光有機硅化工有限公司；十溴聯苯醚：山東天一化學有限公司；三氧化二銻(Sb2O3)：云南木利銻業有限公司；硬脂酸鈣：重慶長江揚帆化工有限公司；抗氧劑： 1010、168，瑞士汽巴精細化工有限公司。

1·2　主要儀器及設備

高速混合機： SHR-100型，張家港市億利機械有限公司；同向雙螺桿擠出機： TE-35，南京科亞化工裝備有限公司；注塑機： SZ-90，廣東東華機械有限公司； CMT4204型萬能試驗機、ZBC1000型懸臂梁沖擊試驗機、ZRZ1452型熔體流動速率儀：美特斯工業系統(中國)有限公司；絕緣電阻測試儀：YD2683型，常州市揚子電子有限公司；阻燃試驗箱： CMK-1型，煤炭科學研究總院重慶研究院。

1·3　試樣制備

將各種物料分別按表1配比稱量后，經高速混合機混合均勻，然后在雙螺桿擠出機上熔融共混，擠出造粒。PP擠出各段溫度從加料口到機頭依次為180、200、220、220、210℃； ABS擠出各段溫度從加料口到機頭依次為180、200、220、230、220℃；螺桿轉速均為120 r/min，注塑機噴嘴控制在220℃，注射壓力為65 MPa，成型周期為50s。將所得粒料在90℃干燥4 h，經注塑機注射成標準試樣，以供性能測試使用。

1·4　性能測試

拉伸強度按GB/T1040·2—2006測試，拉伸速率50 mm/min；熔體質量流動速率(MFR)按GB/T3682—2000測試；懸臂梁沖擊性能按GB/T 1843—2008測試；彎曲性能按GB/T 9341—2008測試；表面電阻按MT113—1995測試；阻燃性能按MT113—1995測試；掃描電鏡(SEM)分析：將樣品在液氮中脆斷，經噴金后使用SEM觀察斷面變化。

2　結果與討論

2·1　阻燃劑、抗靜電劑和偶聯劑對PP力學性能的影響

表2是PP樣條的各項性能。根據表2，對比PP和PP-1可以發現，阻燃劑的加入，降低了PP的力學強度，如拉伸強度、彎曲強度等；同時也降低了PP的形變能力和加工性能，如斷裂伸長率從95%降低到26%，MFR從24·5 g/10min下降到9·3 g/10min；對比PP-4和PP-6也有類似現象。其原因主要是由于十溴聯苯醚本身強度較PP低，流動性也不如PP7726，所以添加到PP基體中，會明顯降低PP的相關性能。

同時，對比PP-1和PP-2可以看出，加入KH-550可在一定程度上提高PP-1的力學強度和加工性能，這主要是由于KH-550含有氨基和三個可水解基團乙氧基，其中乙氧基先水解生成硅醇，由于硅醇不穩定，極易與無機物或金屬表面的羥基結合脫水，從而與無機物或金屬結合起來。氨基上帶有兩個活潑氫可以和各種聚合物發生反應，從而通過化學鍵將兩種性質完全不同的材料緊密地結合起來。最終使阻燃劑與基體材料結合力增強的同時，也使阻燃劑得到更好的分散。以上現象也可從PP-3和PP-4的對比以及PP-5和PP-6的對比中得到。

從PP和PP-3對比可以發現，導電炭黑的加入增強了PP的導電性能，同時也在一定程度上提高了PP的力學強度，如拉伸強度、彎曲強度等；但也降低了PP的形變能力和加工性能，如斷裂伸長率，從95%降低到36%，MFR從24·5 g/10min下降到10·6 g/10min。這是因為炭黑作為抗靜電劑的同時也是一種無機填料，所以添加到PP的基體中，會明顯地增加PP的力學強度，同時也會降低PP的延展性和加工性能。

2·2　抗靜電劑和偶聯劑對PP阻燃性能的影響
 

根據表2，對比PP和PP-1可以發現，阻燃劑的引入，可以明顯提高PP的阻燃性，這主要是源于阻燃劑燃燒時形成的氣層隔絕了PP和氧氣，從而達到阻燃的效果。對比PP-1和PP-2可以發現，偶聯劑的引入，可進一步提高其阻燃效果，這主要是由于偶聯劑的橋接作用所導致。對比PP-1和PP-5可以發現，抗靜電劑炭黑的加入，有焰燃燒時間有一定的增加，主要是由于導電炭黑雖然導電能力很強，但本身易于燃燒，降低了材料的阻燃性能。

2·3　阻燃劑和偶聯劑對PP抗靜電性能的影響

根據表2，對比PP-3和PP-5可以發現，阻燃劑的加入，材料表面電阻從1·6×105Ω下降到5·7×104Ω，表明阻燃劑的添加對材料的抗靜電性有一定的增強作用，這可能是由于阻燃劑中的三氧化二銻具有一定導電性能所致。對比PP-5和PP-6可以發現， KH-550的加入，對PP-5的抗靜電性能幾乎沒有影響。

綜上所述，阻燃劑的加入會削弱PP的力學性能和加工性能，但能在一定程度上提高其抗靜電性能；KH-550的加入可在一定程度上提高PP的力學性能、加工性能和阻燃性能，但對靜電性能沒有影響；炭黑的加入雖然能增強PP的力學強度，但也降低了PP的形變能力、加工性能和阻燃性能。

2·4　阻燃劑、抗靜電劑和偶聯劑對ABS力學性能和其他性能的影響

為了驗證以上現象或規律是否具有普適性，本文還選擇了ABS基體材料來加以驗證。實驗測得的性能數據如表3所示。表3表明， ABS的力學性能、阻燃性能和電性能的變化規律和PP的基本一樣。

3　結論

1)阻燃劑十溴聯苯醚/Sb2O3的加入，會降低PP的力學性能和流動性能，但能在一定程度上提高抗靜電性能。

2)偶聯劑KH-550的加入，可在一定程度上提高PP的力學性能、加工流動性能和阻燃性能，但對靜電性能沒有影響。

3)抗靜電劑導電炭黑的加入，雖然能增強PP的力學強度，但也降低了PP的形變能力、加工流動性能和阻燃性能。

參考文獻

[1]劉峰，徐勇，宋飛飛.礦用瓦斯母料的研制[J].山東煤炭科技， 2006 (1)： 54-55.

[2]陳宜和，王志強，高俊.工業化生產的煤礦用阻燃抗靜電料的研制[J].四川化工， 2008， 11 (5)： 4-7.

[3]鮑治宇，顧大明.抗靜電阻燃聚丙烯(PP)的研究[J].哈爾濱建筑大學學報， 2001， 34 (2)： 118-121.

[4]趙曉輝，董美斌. ABS阻燃抗靜電塑料[C] //2005年中國工程塑料復合材料技術研討會論文集.濟南：中國工程塑料工業協會加工應用專委會， 2005.

[5]王曉華，宋飛飛.煤礦用聚乙烯抗靜電阻燃專用料的研制及應用[J].山東煤炭科技， 2008， (4)： 70-71.

[6]陸光月，楊景興，段玉豐，等.礦用阻燃、抗靜電聚丙烯防護網配方的研制[J].河北工業科技， 2002， 19(6)： 17-20.

[7]林群球.煤礦用UHMWPE制品的研制及應用[ J].工程塑料應用， 2004， 32 (8)： 40-42.