低烟高强聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元阻燃体系的协同效应与性能优化

本文创新性地构建了由双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)、4-(苯磺酰基)苯磺酸钾(KSS)和改性勃姆石(m-BM)组成的三元阻燃体系，显著提升了聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)合金的阻燃效率。研究表明，仅需10%质量分数的复合阻燃剂即可使材料通过UL-94 V-0认证，极限氧指数(LOI)提升至26.8%，同时拉伸强度和缺口冲击强度分别提高16.1%和81.4%。该体系通过气相自由基捕获(BDP)、催化成炭(KSS)和致密炭层构筑(m-BM)的协同作用，使总热释放量(THR)和总烟产量(TSP)较单一BDP体系降低18.1%和21.9%，为开发高性能低烟阻燃材料提供了新策略。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过BDP/KSS/m-BM三元阻燃体系的巧妙设计，实现了PC/ABS复合材料"阻燃-抑烟-力学"性能的协同提升。当添加6%BDP+2%KSS+2%m-BM时，材料不仅达到与14%单一BDP相当的V-0级阻燃效果，其LOI值更攀升至26.8%，宛如为材料披上"防火铠甲"。

Material

实验采用沙特Sabic公司的PC(1000R)和奇美公司的ABS(747S)作为基材，配合含环氧基团的苯乙烯共聚物(SAG-002/SBG-001)作为相容剂。阻燃组分包含汉特公司的BDP、阿拉丁公司的KSS，以及通过3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPS)表面修饰的勃姆石(m-BM)，这种"分子级装修"使无机填料与有机基体完美融合。

Characterization of the m-BM

红外光谱(FT-IR)显示m-BM在2943和2860 cm^-1出现GPS特征峰，如同留下"化学指纹"(图1a)。热重分析(TGA)表明m-BM在700°C氮气氛围下残炭量达78.5%，比未改性BM提高12.3%，这要归功于GPS提供的"热防护盾"。X射线光电子能谱(XPS)中Si2p峰的出现(图1c)，以及X射线衍射(XRD)图谱中保持不变的晶体结构(图1d)，共同证实了BM的成功修饰。

Conclusions

这项研究如同搭建"阻燃分子乐高"：BDP在气相扑灭火焰自由基，KSS催化形成交联炭层，而m-BM分解产生的氧化铝则像"纳米砖块"强化炭层致密度。这种三位一体的协同作用，使材料在10%总添加量下即实现THR降低18.1%、TSP减少21.9%的显著效果，为电子器件和汽车领域提供了兼具"强筋骨"(力学性能)和"防火衣"(阻燃性)的新型工程塑料解决方案。