摘 要：以十溴二苯乙烷（DBDPE）与溴代三嗪（FR-２４５）为阻燃剂、三氧化二锑（Sb２ O３ ）为协效剂、氯化聚乙烯（CPE）为增韧剂，对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）进行增韧阻燃，研究了阻燃剂与增韧剂对ABS 力学性能及阻燃性能的影响。通过物理共混的方式制备了阻燃ABS 复合材料，结果表明，FR-２４５／DBDPE 质量比为３ ∶ ２ ，阻燃剂总质量分数为１３％ 、CPE 质量分数为８％ 时，增韧阻燃ABS 复合材料综合性能优异，其垂直燃烧测试达到V-０ 级别，LOI 值达到２８％ ，拉伸强度为３０ ．８ MPa ，缺口冲击强度为１２ ．１ kJ／m２ 。

      丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）为浅黄色或乳白色的粒料非结晶性树脂，兼具有聚苯乙烯的光泽性和加工流动性、聚丙烯腈的刚性和耐

药品性以及聚丁二烯的抗冲击等特性，广泛用于汽车、电子、电器、纺织、器具和建材等领域［１-６ ］ 。但ABS 的极限氧指数（LOI ）只有１８％ ，属易燃性塑料，导致ABS 树脂在应用中受到严重的制约。因此，需要对ABS 进行阻燃改性，如氢氧化镁、氢氧化铝等，但该类阻燃剂阻燃效率低，其添加质量分数往往需要达到５０％ ～ ６０％ ，甚至更高，才能满足阻燃性能的指标，但高添加量会破坏ABS 本身固有的力学性能。溴系阻燃剂作为主要的有机阻燃剂之一，在市场占有率较高，虽然在环保上不占优势，但低成本高效率是它的显著特点，市场占有率短期内不会降低，而且在一些高精尖领域中溴系阻燃剂依然无可替代。十溴二苯乙烷（DBDPE）是十溴二苯醚的升级替代环保型产品，其溴的质量分数为８２％ ，具有与十溴二苯醚相近的溴含量和相对分子质量，阻燃性能极其优异［７-８ ］ 。FR-２４５ 是一种新型的溴／氮协同环保阻燃剂，其

溴的质量分数为６７％ ，对阻燃ABS 复合材料的缺口冲击强度影响小［９-１１ ］ 。 氯化聚乙烯（CPE）作为一种弹性体 ，与 ABS 相容性好 ，具有增韧作用且有一定的阻燃作用 。 为了平衡阻燃和环保两个因素 ，在提高阻燃性能的同时需降低阻燃剂的添加量 。 本文采取两种环保型溴系阻燃剂与三氧化二锑复配 ，并添加增韧剂 CPE ，研究在阻燃剂与增韧剂添加量较低的情况下 ，使 ABS 树脂同时兼具优良的阻燃性能和力学性能 。

1 实验部分

1 1． 原料

ABS ：PA-７５７ ；溴代三嗪（FR-２４５） ；DBDPE：H T-１０６ ；三氧化二锑（Sb２ O３ ） ：工业级一级；CPE ：CPE１３５C型 氯质量分数为 ３５％ 。

1 2． 仪器及设备

转矩流变仪 ：XSS-３００ 型 ，上海科创橡塑机械设备有限公司 ；平板硫化机 ：XLB-D ３５０ × ３５０ × ２型 ，中国上海轻工机械股份有限公司 ；万能制样机：ZHY-２５ 型，河北省承德试验机厂；电热恒温鼓风干燥箱：GZX-９０７０ MBE 型，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；垂直燃烧仪：CZF-１ 型，南京市江宁分析仪器有限公司；氧指数测定仪：HC-２型，南京市江宁分析仪器有限公司；摆锤式冲击试验机：ZBC１４００ 型，美特斯工业系统（中国）有限公司；微型控制电子万能试验机：CMT４０００ 型，深圳新三思材料检测有限公司；钨灯丝扫描电子

显微镜：JSM-６４９０LV 型，日本制造有限公司。

1 ．3 试样制备

ABS 在使用前需要在８０ ℃ 电热恒温鼓风干燥箱中干燥４ h ，溴系阻燃剂与三氧化二锑质量比为３ ∶ １ ，样品称好后先将ABS 加入到温度设定为１７０ ℃ 、转速为６０ r／min 的转矩流变仪中，待ABS 熔融，再加入阻燃剂，混合１０ min ，制得初混的料块，然后将共混后的料块加入平板硫化机中进行压板，模温为１７５ ℃ 左右，压力为１０ MPa 左右，热压１０ min ，冷压１０ min ，脱模，然后在万能制样机上制样。

1 ．4 性能测试

（１） 缺口冲击强度采用摆锤式冲击试验机，按照ISO １８０ — ２００７ 进行测试，测试前铣２ mm的缺口，试样宽度为１０ mm 、厚度为４ mm 。

（２） 拉伸性能采用微型控制电子万能试验

机，按照GB／T １０４０ — ９２ 进行测试，试样宽度为１０ mm 、厚度为４ mm 。

（３） 垂直燃烧性能采用垂直燃烧仪，按照

UL-９４ 进行测试，样品尺寸为１２０ mm × １３ mm× ３ mm 。

（４） 氧指数采用氧指数测定仪，按照ASTM

D ２８６３ — ７７ 进行测试，样品尺寸为１２０ mm × ６ ．５mm × ３ mm 。

（５） 扫描电子显微镜观察采用钨灯丝扫描电

子显微镜，扫描之前将冲击断面喷金，然后进行扫描观察。

2 结果与讨论

2 ．1 阻燃剂对ABS 阻燃性能的影响

表１ 为添加不同用量的DBDPE 与FR-２４５的阻燃ABS 复合材料垂直燃烧性能的测试结果，其中溴系阻燃剂与Sb２ O３ 质量比为３ ∶ １［１２-１３ ］ 。由表１ 可知，DBDPE 的阻燃性能优于FR-２４５ ，在阻燃剂总质量分数为１２％ 的情况下，添加DBDPE 的ABS 阻燃复合材料通过了UL-９４ V-０级，而添加FR-２４５ 的ABS 阻燃复合材料通过UL-９４ V-０ 级时阻燃剂总质量分数最低为１６％ 。

表1 添加不同质量分数DBDPE 与FR-245 的阻燃ABS 复合材料UL-94 测试结果

2 阻燃剂对ABS 冲击性能的影响及冲击断面形貌分析

图１ 为添加不同用量的DBDPE 与FR-２４５的阻燃ABS 复合材料缺口冲击强度。由图１ 可知，DBDPE 对ABS 冲击性能的负面影响非常大，当其质量分数为１３％ 时，ABS 的缺口冲击强度为３ ．８ kJ／m２ ，降低了８１％ ；而FR-２４５ 对ABS 冲击性能的负面影响明显低于DBDPE ，样当FR-２４５ 质量分数为１３％ 时，ABS 的缺口冲击强度为１０ ．１ kJ／m２ ，下降了４９％ 。

图２ 为添加质量分数为１３％ 的阻燃剂的ABS 复合材料的常温冲击断面的扫描电镜图。由图２ 可以看出，DBDPE 与ABS 的相容性很差，有明显的粒子团聚现象，从而冲击性能急剧下降。而FR-２４５ 在ABS 基体中分散相对均匀，对ABS的冲击性能影响相对较小，原因是FR-２４５ 的三

嗪环与ABS 中氰基基团相似，根据相似相容原理，故在ABS 中分散性较好。形貌分析有效验证了上面冲击性能的分析结果。

以上冲击性能和阻燃性能的测试表明，DBDPE 阻燃性能优异，但对ABS 冲击性能影响大，而FR-２４５ 对ABS 冲击性能影响小。2 ．3 FR-245／DBDPE 质量比对阻燃ABS 冲击性能及阻燃性能的影响在本实验中，为了寻找最佳的FR-２４５／DBDPE 质量比，将阻燃剂总质量分数固定

为１４％ 。表２ 列出了阻燃剂总质量分数为１４％ 时，FR-２４５ 与DBDPE 质量比对阻燃ABS 的阻燃性能及冲击性能的影响。由表２ 可以看出，随着DBDPE 质量分数的增加，阻燃ABS 复合材料阻燃性能逐渐提高，缺口冲击强度逐渐降低。ABSDF３、ABS-DF４ 、ABS-DF５ 、ABS-DF６ 、ABS-DF７达到了垂直燃烧V-０ 级别，ABS-DF３ 的缺口冲击强度为７ ．２ kJ／m２ ，而ABS-DF７ 的缺口冲击强度为５ ．８ kJ／m２ ，相比下降了１ ．４ kJ／m２ 。当FR-２４５与DBDPE 质量比为３ ∶ ２ 时，阻燃ABS 复合材料综合性能最优异。在本实验的后续实验中，将

FR-２４５ 与DBDPE 质量比固定为３ ∶ ２ 。

2 ．4 FR-245／DBDPE 复配阻燃ABS 的冲击性能与阻燃性能

表３ 列出了添加不同用量复配阻燃剂对阻燃ABS 复合材料阻燃性能的影响。从表３ 可以看出，随着阻燃剂添加量的不断增加，阻燃ABS 的

L OI 逐渐提高，ABS 阻燃复合材料通过垂直燃烧V-０ 级时阻燃剂总质量分数最低为１４％ ，纯ABS的L OI 为１８％ ，添加质量分数为１３％ 的阻燃剂的L OI 为２４ ．６％ ，添加质量分数为１８％ 的阻燃剂的LOI 为２８％ 。

 图３ 为添加不同用量的复配阻燃剂对阻燃ABS 复合材料冲击性能的影响。由图３ 可知，ABS 复合材料的冲击强度随着复配阻燃剂用量的增加而快速下降。但与图１ 相比，添加复配阻燃剂复合材料的冲击性能比单独加入DBDPE 阻燃ABS 体系的冲击性能好。

2 ．5 CPE 增韧FR-245／DBDPE 复配阻燃ABS 的力学性能和阻燃性能

CPE 为一种饱和的含氯橡胶，它是乙烯、氯乙烯、１ ，２-二氯乙烯的三元聚合体，往往被用于增韧，同时因含有氯而具有一定的协效阻燃作

用［１４-１５ ］ 。由２ ．４ 小节研究可知，ABS 阻燃复合材料通过垂直燃烧V-０ 级时阻燃剂总质量分数最低为１４％ ，而CPE 有一定的阻燃性能，为了降低阻燃剂的添加量，故而在本实验中将阻燃剂总质量分数固定为１３％ 。

表４ 列出了阻燃剂质量分数为１３％ 时添加不同用量的CPE 对增韧阻燃ABS 阻燃性能及力学性能的影响

由表４ 可以看出，在阻燃剂质量分数为１３％时，未添加CPE 时阻燃ABS 复合材料未通过垂直燃烧V-０ 测试。添加CPE 后，ABS-FC２ 、ABSFC３、ABS-FC４ 、ABS-FC５ 全部达到了垂直燃烧V-０ 级别。随着CPE 用量的增加，增韧阻燃ABS复合材料的断裂伸长率逐渐提高，拉伸强度逐渐下降。

图４ 给出了阻燃剂总质量分数为１３％ 时，CPE 质量分数对增韧阻燃ABS 的LOI 的影响。由图４ 可以看出，添加CPE 后，阻燃ABS 的LOI

进一步提高，当CPE 质量分数为８％ 时，增韧阻燃体系的LOI 达到了２８％ ，阻燃性能极其优异。

图５ 给出了CPE 用量的变化对阻燃体系冲击强度的影响。由图５ 可知，随着CPE 用量的增加，材料的冲击强度呈递增的趋势，当CPE 质量

分数为８％ 时，增韧阻燃体系的缺口冲击强度为１２ ．１ kJ／m２ ，增韧效果明显。

2 ．6 不同用量CPE阻燃ABS的冲击断面形貌分析

图６ 为阻燃剂总质量分数为１３％ 时，不同用量CPE 阻燃ABS 的冲击断面形貌。由图６ 可以看出，添加CPE 后，冲击断面开始变得粗糙，有明

显的褶皱，CPE 与ABS 中的橡胶粒子形成分散相，其中可以看出明显的拉伸变形情况，材料冲击强度得以提升。

结合以上力学性能和阻燃性能的研究，发现CPE 具有阻燃协同作用，添加CPE 后，阻燃剂总质量分数为１３％ 时，ABS 增韧阻燃复合材料垂直

燃烧达到了V-０ 级别，降低了阻燃剂的用量，减少了工业成本。而且CPE 又有良好的增韧作用，添加CPE 后，韧性明显提高，悬臂梁缺口冲击实

验时出现冲不断的情况，加入质量分数为８％ 的CPE ，增韧效果明显。

3 结 论

（１） FR-２４５ 和DBDPE 对ABS 具有优异的阻燃性能，DBDPE 阻燃性能更优异，在阻燃剂总质量分数为１２％ 时，ABS 阻燃复合材料即可通过UL-９４ V-０ 测试。

（２） FR-２４５ 对基体树脂的冲击性能影响小，与ABS 的相容性好，FR-２４５ 与DBDPE 复配，具有优异的阻燃效果，同时还提高了阻燃材料的缺口冲击强度。

（３） CPE 可以与FR-２４５／DBDPE 复配，进一步提高了ABS 的冲击性能及阻燃性能。（４） 当FR-２４５／DBDPE 质量比为３ ∶ ２ 、阻燃剂总质量分数为１３％ 、CPE 质量分数为８％ 时，其垂直燃烧测试达到V-０ 级别，LOI 达到２８％ ，拉伸强度为３０ ．８ MPa ，缺口冲击强度为１２ ．１kJ／m２ 。