ATM中塑料件的阻燃性能研究探討

王淑萍

（恒銀金融科技有限公司（產品研發中心），天津 300308）

ATM中塑料件的阻燃性能研究探討

Research on f ame retardant properties of plastic parts in ATM

王淑萍

（恒銀金融科技有限公司（產品研發中心），天津 300308）

隨著ATM的普及和應用，已將多種塑料材料應用于ATM機器零件中，人們對塑料材料的阻燃性能提出了更高的要求，開展塑料阻燃性能的研究已迫在眉睫。本文結合ATM中常見的塑料材料，利用科學的測試方法和測試標準對阻燃性能進行了研究評價。

塑料件；阻燃性能；研究

隨著高分子聚合技術的不斷發展和進步，大量的塑料材料被開發出來，市場上陸續出現多種多樣的塑料制品，并且在時代的發展過程中，塑料制品以輕巧、耐用的特點逐漸取代更多的傳統產品，不斷影響人們的衣食住行。針對ATM而言，其中也含有大量的塑料件，為了提高機器整體的安全性和可靠性，必須對塑料性的阻燃性能進行分析研究。

1 ATM中常見塑料的特點和應用

1.1 聚甲醛

聚甲醛具有良好的抗沖擊性和較高的抗拉強度，尺寸穩定性較好，耐摩擦性能優越，在高溫和水中也有很大的剛性，可以抵抗低程度的化學腐蝕，耐反復扭曲，回彈能力較好，加熱狀態下不易分解[1]。

聚甲醛一般用于制作ATM中的各種齒輪或滑輪零件，此種材料的收縮率2%～3.5%，48 h內還會收縮1%。

1.2 尼龍

尼龍材料具有良好的抗疲勞能力和剛性，耐熱性較好，摩擦系數低，具有良好的耐磨性，但吸濕性較大，因此尺寸穩定性較差。

尼龍材料適用于ATM中無潤滑或少潤滑條件下，一般作為耐磨材料使用。

1.3 ABS塑料

ABS樹脂具有良好的抗沖擊性、耐熱性、耐腐蝕性，生產加工過程也較為簡單，產品性能優良，表面光澤好，易于著色，方便進行二次加工，是ATM中應用較多的材料。ABS化學名稱為丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物，由丙烯晴、丁二烯和苯乙烯共聚而成的三元聚合物。在ATM中，ABS一般用作耐磨受力傳動零件、耐腐蝕構件等，收縮率0.4%～0.7%，溢邊值0.04 mm。

1.4 PC+ABS

PC+ABS是一種工程塑料合金，俗稱塑料王，這種材料具有PC樹脂的優良耐熱性和耐沖擊性能，同時具有ABS樹脂優良的加工流動性，常用于ATM的塑料面板和用戶操作模塊。

1.5 PMMA

PMMA化學名稱為聚甲基丙烯酸甲酯，通過丙烯酸與酯類聚合得到的化合物統稱為冰丙烯酸類樹脂，其中的PMMA應用最為廣泛，PMMA能夠溶解于苯酚和苯甲醚等有機溶劑中，具有良好的介電性能，在有機場效應管中最為常見，具有良好的化學穩定性和耐熱性，同時PMMA的透光性較好，機械強度較高，尺寸也較為穩定，易于成型。

1.6 PE

PE化學名稱為聚乙烯，通過乙烯聚合制得，聚乙烯無臭、無毒，耐低溫性和化學穩定性較好，在80～100 ℃的溫度下也能發揮良好的特性，能抵抗大多數酸堿的附屬，常溫下基本不具吸水性，不溶于有機溶劑，介電性能優良。PE作為ATM中電纜的外包部分而得到廣泛的應用，也可直接將其涂于金屬表面，作為輔抗腐蝕劑使用。

1.7 NBR

NBR也稱為丁腈橡膠，通過丁二烯和丙烯腈聚合制得，丁腈橡膠具有良好的耐油性和耐磨性，但耐低溫性較差，絕緣性能不強，主要用于制造耐油橡膠制品，例如奶油的膠管、密封圈。

1.8 PVC

PVC化學名稱為聚氯乙烯，通常分為硬質聚氯乙烯和軟質聚氯乙烯。硬質聚氯乙烯具有量好的機械強度和化學穩定性，耐油性和抗老化性也較好，但耐高溫性不強，溫度超過60 ℃時會發生變形軟化。軟質聚氯乙烯的抗拉強度和抗彎強度不及硬質聚氯乙烯，破裂延伸率就較高，有良好的耐低溫性和電器性能。

ATM中的PVC一般用于制作耐腐蝕材料和絕緣膠皮。

2 塑料阻燃性能測試方法

2.1 研究背景

針對塑料材料的阻燃性能測試與評價，大都采用小型試驗，試驗結果無法反應真實火災中材料的實際變化，只能用作在該試驗條件下與不同材料相比得出的阻燃特性，這樣的比較方法也存在一定的局限性。盡管如此，小型測試方法仍然是各國普遍采用的對塑料產品進行阻燃性能評價的方法，并且相關國際組織已頒發了測試標準。

為了保證ATM中的塑料材料在實際火災中更加接近真實的變化，很多國家將材料的大型阻燃性測試投入試驗，通過模擬真實火災，結合材料的相關特性，建立完善的計算機模型。這種大型試驗耗資巨大，試驗周期較長，一般實驗室并不采用。針對有些大型測試試驗，目前也存在較多的經驗成分，得出的結果也并不太滿意。

隨著科學技術的進步，人們將數學和物理模型應用于材料試驗中，以期能通過小型試驗推測出材料在真實火災中的變化，近年來這一項目取得了較快的發展。

2.2 塑料點燃性和可燃性的測定

點火源關系到材料的點燃性，材料的點燃性也直接表征著火災發生的概率。材料的可燃性是指具有火焰燃燒的特性。若試驗條件一定，可以進行有火焰燃燒的材料都稱為可燃材料。

2.2.1 塑料點燃溫度的測定

在規定的試驗條件下，塑料分解放出可燃氣體，利用外界火焰將氣體點燃后，氣體可以維持燃燒的最低溫度稱為塑料的點燃溫度。測試時利用sketchkin儀，先將試驗材料剪成2.0 cm×2.0 cm的方片材。

測試時，將溫度調至400 ℃，調整空氣流速，空氣溫度恒定后，試樣盤適當降低至爐內，點燃引火源，開始計時[2]。

如果試樣在5 min內點燃，則需要根據事情試驗狀況降低空氣溫度，并計時更換試樣后重新測試；若試樣在5 min內沒有點燃，則根據實際試驗狀況提高空氣溫度后重新測試，及時記錄發生閃光時的最低空氣溫度，此時的溫度即為試樣的最低點燃溫度。試樣的自燃溫度可以采用同樣的方法進行測定，不同的是不需要點火源。

2.2.2 塑料可燃性的測定

ATM中塑料可燃性的測定一般利用UL94可燃性試驗進行，以對塑料的可燃性進行評價，主要用于測定按照一定位置放置的塑料產品被施加火焰后的具體變化。

UL94可燃性測試試驗最先由美國保險業研究室開發，后來被廣泛應用于測試塑料材料的可燃性，可以評價塑料材料對某一特定環境的適應性，UL94可燃性試驗包括3個測試方法。

（1）材料分類為94 HB的水平燃燒試驗，如圖1。

如圖2所示，本測試中的主要裝置有金屬絲網、測試爐、燃燒器。試樣大小為130 mm×13mm。

測試過程中點燃燃燒器，生成25 mm高度的藍色火焰，試樣受火焰灼燒30 s，燃燒過程中不改變燃燒器的位置，然后移開試樣，若沒有到規定時間試樣就燃燒至25 mm標記位置，需要撤去火焰，撤走火焰后，若試樣繼續燃燒，記錄火焰前端到25 mm處的標記位置，計算燃燒速度。每個樣品測試5個試樣，消除誤差，將最大的燃燒速度和燃燒長度作為此種材料的評定標準。

（2）材料分類為94V—0、94V—1、94V—2的垂直燃燒試驗。垂直燃燒試驗裝置如圖3所示。

圖1 材料分類為94 HB的水平燃燒試驗圖

圖2 水平燃燒裝置示意圖

圖3 垂直燃燒裝置實驗圖

試樣大小為130 mm×13mm，測定過程中，將本生燈放于垂直的試樣下端，點火約10 s，移走火源，記錄試樣的有焰燃燒時間，若試樣在移走火源后30 s內熄滅，則需要重新點燃試樣10 s，記錄移走火源后試樣有焰燃燒時間和無焰燃燒時間，觀察脫脂棉（cotton）是否被熔滴點燃。垂直試驗法判別指標如表1。

表1 垂直試驗法判別指標

（3）塑料耐灼燃性測定。測定的目的是評價塑料的耐灼燃性，保持熾熱棒與被測試樣接觸一定的時間，觀察試樣的變化特點。主要裝置為熾熱棒試驗儀，熾熱棒采用直流或交流電加熱，溫度穩定在950 ℃，將熾熱部分固定在絕緣板上，用試樣接觸。

試驗前，試驗寬面距離點火端25 mm和100 mm位置做上標記，把定位幫旋轉至熾熱棒的位置，利用試樣夾將試樣水平固定。試驗時，將熾熱棒加熱到950 ℃，轉動支架，保證熾熱棒與試樣就接觸，此時開始計時，3 min后將熾熱棒轉離，從開始計時起觀察試樣是否出現火焰，如果試樣有火焰，記錄兩條標記之間燃燒的時間，計算燃燒速度，若火焰未到達100 mm標線位置就已經熄滅，記錄燃燒的長度。

2.3 塑料極限氧指數測定（LOl）

規定條件下，試樣在氮氧的混合氣體中維持平衡燃燒所需的最低氧氣濃度稱為極限氧指數，其中的氧氣濃度以體積百分含量測定。測定的主要裝置為氧指數儀，其中有玻璃燃燒筒、試樣夾、流量和測定控制系統，將玻璃珠放置于燃燒筒底部，以維持氣流平衡，玻璃珠上有金屬網，用以承接滴落物[3]。試驗裝置如圖4所示。

測試時，將試樣垂直裝于試樣夾，將氮氧的混合氣體通過燃燒筒底部通入，點火器從上端將試樣點燃，改變混合氣體在中氧氣的濃度，指導火焰前沿剛好到達標線，以此計算材料的氧指數，3次試驗后取算數平均值為測定值。

3 PC+ABS性能測試試驗

在一定溫度下，將ABS樹脂與阻燃劑在雙輥混煉機上充分混合，將得到的ABS/阻燃劑母料與PC混合，在雙螺桿擠出機上進行共混、冷卻、造粒，得到PC+ABS合金粒料，雙螺桿擠出機的機頭溫度為230 ℃，五區的溫度分別為200 ℃、220 ℃、230 ℃、230 ℃、230 ℃，螺桿轉速180 r/min。

圖4 氧指數測定裝置

以10 ℃/min的升溫速度對樣品進行掃描，測定相應的TG曲線，在常溫常壓下，將試樣尺寸定位于50 mm×10 mm×4 mm，測試阻燃性能。不同阻燃體系的TG分析如圖5所示。

PC+ABS合金中加入符合阻燃劑提高了材料的其實熱分解溫度。有關實驗[4]表明，復合阻燃體系（BDP/Sb2O3=7/3）質量分數為10%時，PC+ABS合金的綜合性能最好，氧指數可達29.5%，缺口沖擊強度84.23 kJ/m2，BDP對PC+ABS合金具有一定的增容作用，可以提高材料的相容性，擴大在ATM中的應用范圍。

圖5 PC/ABS合金和各阻燃劑的TG曲線

4 結束語

在分析ATM中常見塑料制品的基礎上，提出了不同的性能測定方法，雖然小型試驗具有一定的局限性，但可以通過小型試驗推測真實火災事件中的材料變化特性，為預防火災和新型材料的研究提供依據。

[1] 歐育湘.阻燃塑料工業現狀[J].合成樹脂及塑料，2010，23（4）：76.

[2] 王小紅，趙成剛.阻燃型材料的應用研究 [J].塑料工業，2012，40（1）：55.

[3] 許湘桃. 塑料氧指數測定[J].工程塑料應用，2012，28（6）：22.

[4] 程從亮，李萍，張偉.無鹵阻燃PC/ABS合金性能及應用[J].科技與材料，2011，31（7）：44.

(P-06)

TQ320

1009-797X (2015) 24-0149-04

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.060

王淑萍（1965-），女，畢業于大連輕工業學院，本科學歷，研究方向為銀行自助終端。

2015-11-10