不飽和聚酯團狀模塑料（UP—BMC）阻燃性能研究

周雨力　孫宇　韋晨　馬林泉

【摘 要】研究了目前市場上各種典型型號不飽和聚酯團狀模塑料UP-BMC的阻燃性能，了解目前國產BMC的阻燃性能的發展現狀，闡述了BMC燃燒性、氧指數、熾熱棒燃燒試驗及灼熱絲可燃性指數（GWFI）之間的關系，分析了影響BMC阻燃性能的關鍵因素。研究表明：阻燃型BMC的阻燃性能要明顯優于非阻燃型BMC，同時各個阻燃性能之間存在一定的關聯性，BMC中添加的阻燃劑是影響材料阻燃性能的關鍵因素。

【關鍵詞】BMC；模塑料；阻燃

中圖分類號： TM215.1；TQ323.4+2 文獻標識碼： A 文章編號： 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

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

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

文章通過研究目前市場上各種典型型號BMC的燃燒性、氧指數、熾熱棒燃燒試驗及灼熱絲可燃性指數（GWFI），了解目前國產BMC的阻燃性能的發展現狀。

1 實驗部分

1.1 測試樣品

國內5家BMC生產廠商（代號A、B、C、D、E）提供的不同型號的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 儀器和設備

HVUL2型水平垂直火焰燃燒儀，ATLAS； ON-1D型氧指數測定儀，SUGA；CRB-2型熾熱棒試驗儀，桂林電器科學研究院；ZRS-JT型灼熱絲試驗儀，上海竟田測試設備有限公司。

1.3 測試及表征

按國家標準GB/T 5169.16—2008測試燃燒性（垂直法），使用50W火焰于試樣底部垂直燃燒，試樣規格為125mm×13mm×2mm；

按國家標準GB/T 2406.2—2008測試氧指數，使用丙烷燃燒火焰于試樣頂部點燃試樣，試樣規格為80mm×10mm×4mm；

按國家標準GB/T 2407—2008測試熾熱棒燃燒試驗，使用955℃的熾熱棒接觸試樣端部，試樣規格為120mm×10mm×4mm；

按國家標準GB/T 5169.12—2013測試灼熱絲可燃性指數（GWFI），使用960℃灼熱絲接觸試樣中心，試樣規格為60mm×60mm×4mm。

2 結果與討論

2.1 燃燒性

所有試樣的燃燒性（垂直法）試驗結果如表2所示。可以看出，無論玻璃纖維的含量為多少，阻燃型的BMC均可達到V-0級的標準，阻燃性能優異；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，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℃溫度范圍內可完成脫水反應，反應方程式為2Al（OH）3→Al2O3+3H20，此反應可釋放出結晶水，吸收熱量，使材料溫度降低，分解產生的水蒸氣稀釋了可燃氣體。同時，該反應生成的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

所有試樣的氧指數試驗結果如圖1所示。可以看出，阻燃型的BMC氧指數普遍較高，除了18號樣品的氧指數為38%之外，其余樣品的氧指數均在40%以上，3號、9號、13號、15號樣品的氧指數達到了50%以上，可見，阻燃性的BMC由于加入了阻燃劑，對氧指數的提升是十分明顯的。

對于非阻燃型的BMC，其氧指數普遍偏低，除了6號和12號樣品外，其余樣品的氧指數均在25%左右。6號樣品和12號樣品的氧指數在40%以上，其燃燒性的測試結果為樣品燃至夾具，可見，對于阻燃性較差的樣品，其氧指數不一定很低，燃燒性和氧指數不存在絕對的對應關系，這是因為燃燒性和氧指數的樣品尺寸、試驗方法等均存在差異。但同時也應注意到，6號樣品和12號樣品燃燒性的測試結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，可見相對較好的阻燃性對于提升氧指數有一定的幫助。

2.3熾熱棒燃燒試驗

所有試樣的熾熱棒燃燒試驗結果如表3所示。可以看出，阻燃型的BMC熾熱棒燃燒均能達到BH2等級，火焰均在到達95mm標線前熄滅，破壞長度較短，僅（4～6）mm。對于非阻燃型的BMC，其耐熾熱棒燃燒性能較差，除了6號和12號樣品外，其余樣品的熾熱棒燃燒均為BH3等級，火焰均到達95mm標線，計算得到樣品的燃燒速率為（7～12）mm/min。6號和12號樣品能達到BH2等級，由3.1和3.2可知，其阻燃性和氧指數均優于其他非阻燃型的BMC，可見熾熱棒燃燒性能與燃燒性和氧指數存在一定的關聯性。

2.4 灼熱絲可燃性指數（GWFI）

所有試樣的灼熱絲可燃性指數均能達到GWFI：960/4.0，可見，無論是阻燃型還是非阻燃型的BMC，對熾熱的灼熱絲作為起燃源的阻燃性都很優異。但是，對于灼熱絲頂部移開試樣后試樣有焰燃燒的最長持續時間（tR），阻燃型和非阻燃型的BMC仍然存在差別。阻燃型的tR=0s，均無燃燒持續時間，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，其對灼熱絲的阻燃性略遜于阻燃型的BMC。

3 結論

通過研究目前市場上各種典型型號BMC的燃燒性、氧指數、熾熱棒燃燒試驗及灼熱絲可燃性指數（GWFI）可知，阻燃型BMC的阻燃性能要明顯優于非阻燃型BMC，同時各個阻燃性能之間存在一定的關聯性。并且，BMC的阻燃性能與其玻璃纖維含量相關性不大，BMC中添加的阻燃劑是影響材料阻燃性能的關鍵因素。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，其中的規律還需要進一步的探索研究。

【參考文獻】

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

[2]沈開猷.不飽和聚酯樹脂及其應用（第三版）[M].北京：化學工業出版社，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展[J].熱固性樹脂，2011（2）：55-59.

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

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