在許多終端應(yīng)用領(lǐng)域，塑料作為常見(jiàn)材料之一，通常需要滿足很多特定條件下的防火要求。這也意味著塑料對(duì)火的反應(yīng)可以通過(guò)某些可靠的重復(fù)性測(cè)試方法來(lái)確定。

大多數(shù)聚合物無(wú)法滿足防火標(biāo)準(zhǔn)，因此阻燃塑料被要求研發(fā)，并廣泛應(yīng)用于電氣/ 電子工業(yè)、建筑行業(yè)、消費(fèi)品行業(yè)以及汽車、軌道車輛和飛機(jī)制造等整個(gè)運(yùn)輸領(lǐng)域。通常，對(duì)于應(yīng)用于以上領(lǐng)域的阻燃聚合物材料，我們一般會(huì)通過(guò)以下4種方法進(jìn)行阻燃性能測(cè)試：UL94 V可燃性測(cè)試（垂直測(cè)試）；錐形量熱法；微型燃燒量熱法（MCC）；熱重測(cè)量和熱重分析。

詳見(jiàn)文末海報(bào)

那么，在這些阻燃塑料性能測(cè)試的方法中，阻燃和非阻燃的 PC+ABS 聚合物體系的響應(yīng)特性有哪些區(qū)別呢？

基于UL 94 V 的可燃性測(cè)試

化學(xué)行業(yè)和復(fù)合材料制造商在開(kāi)發(fā)阻燃塑料時(shí)，美國(guó)安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室公司（UL）的UL94 標(biāo)準(zhǔn)常被用作基準(zhǔn)，或者是作為引導(dǎo)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。UL 最初用UL94 V 阻燃測(cè)試來(lái)審批進(jìn)入美國(guó)電氣/ 電子領(lǐng)域的塑料。但是，隨著全球化進(jìn)程的發(fā)展，這一測(cè)試已成為國(guó)際公認(rèn)的證明聚合物在所有應(yīng)用中可燃性的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

該測(cè)試需要一個(gè)測(cè)試條（125mm x 12.5mm x厚度）和20mm 長(zhǎng)、50 瓦的甲烷火焰。在垂直燃燒測(cè)試（V 測(cè)試）中，火焰點(diǎn)燃測(cè)試樣本兩次，每次10 秒。每次點(diǎn)燃火焰之后，在棉花的幫助下評(píng)估余燃時(shí)間和熔融物滴落情況。下圖所示為試樣的預(yù)處理、測(cè)試過(guò)程和塑料材料的可燃性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)其厚度，材料被評(píng)為V-0、V-1 或V-2 級(jí)：

◆ UL94 V-0：10 秒內(nèi)自熄，無(wú)熔融物滴落，無(wú)持續(xù)30 秒以上的余焰。

◆ UL94 V-1：30 秒內(nèi)自熄，無(wú)熔融物滴落，無(wú)持續(xù)60 秒以上的余焰。

◆ UL94 V-2：30 秒內(nèi)自熄，有熔融物滴落。

UL 5V、5VA 和5VB 代表更嚴(yán)格的塑料防火等級(jí)，125mm 長(zhǎng)、500 瓦的甲烷火焰將垂直定向的測(cè)試條（125mm x 12.5mm x 厚度）點(diǎn)燃（5VA 和5VB則需要點(diǎn)燃水平板）。只有V-2 級(jí)以上的塑料才可根據(jù)適用于更大壁厚材料的UL 5V 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行額外評(píng)定。達(dá)到這一等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)是：

◆ 5V：火焰點(diǎn)燃五次，每次持續(xù)5 秒再暫停5 秒。點(diǎn)燃五次之后，在60秒的時(shí)間內(nèi)無(wú)余燃或余焰；無(wú)熔融物滴落，包括引燃棉花。

◆ 5VA、5VB：除了5V 的要求之外，將火焰在水平板下方點(diǎn)燃。5VA：板上不允許有燒穿點(diǎn)（孔）；5VB：熄火后允許有可見(jiàn)的燒穿點(diǎn)（孔）。

與其他防火測(cè)試不同，UL94-V 測(cè)試無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)在于：塑料的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是基于壁厚的。對(duì)不同壁厚的阻燃和非阻燃的 PC+ABS 試樣進(jìn)行可燃性試的結(jié)果，如下圖所示。

不足的是UL94-V 測(cè)試的測(cè)試裝置、運(yùn)行和評(píng)估僅憑經(jīng)驗(yàn)而無(wú)科學(xué)依據(jù)，但UL 在審批方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此適用于塑料在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。

UL 防火等級(jí)最大的問(wèn)題在于它主要測(cè)試模制件（試樣），可燃性等級(jí)則基于塑料原料進(jìn)行測(cè)試。因此，測(cè)試結(jié)果在很大程度上取決于加工條件（偏差可達(dá)兩個(gè)防火等級(jí)）、模具設(shè)計(jì)（偏差可達(dá)一個(gè)防火等級(jí)）、澆口和型腔的相對(duì)位置、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部或世界各地實(shí)驗(yàn)室之間的主觀評(píng)估以及未經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的測(cè)試評(píng)估（一旦樣品不合格，測(cè)試也被視為不合格）。

因此，由于試樣并非總在相同的條件下生產(chǎn)出來(lái)，所以將該測(cè)試用于模制零件，結(jié)果可能產(chǎn)生偏差。避免這種情況的合理方法是將加工條件納入防火等級(jí)測(cè)試中。

錐形量熱法防火測(cè)試

用錐形量熱儀進(jìn)行防火測(cè)試的流程在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則中有詳細(xì)描述。錐形加熱線圈在可變熱輻射為0-100kW/m²的條件下均勻地輻射尺寸為100mmx100mmx d 的試樣的表面（d 首選厚度 = 3mm）并在厚度方向上進(jìn)行燃燒（下圖）。熱釋放量通過(guò)氧耗法確定，其原理是每千克氧氣消耗所釋放的熱量是13.1MJ。

在測(cè)試過(guò)程中，每單位面積釋放的熱量和相應(yīng)的燃燒時(shí)間均被標(biāo)出。通過(guò)錐形量熱儀得出的測(cè)試結(jié)果具有以下參數(shù)特征：點(diǎn)燃時(shí)間（TI）； 熱釋放速率（HRR）；最大熱釋放速率（PHR）； 總熱釋放量（THR）；CO 和CO²總體積；煙濃度。

下圖所示為用錐形量熱儀測(cè)得的阻燃和非阻燃的PC+ABS試樣的特征值。從中可以看出， 阻燃組PC+ABS 的點(diǎn)火時(shí)間長(zhǎng)了約75%，最大熱釋放量只有非阻燃試樣的約50%。這也是為什么阻燃試樣達(dá)到了UL94 V-0 等級(jí)而PC+ABS 純樹(shù)脂沒(méi)有達(dá)到的原因。

與UL94 V 測(cè)試相比，塑料對(duì)火反應(yīng)的這些廣泛特性需要更多的時(shí)間、成本和測(cè)試工作量。受到試樣生產(chǎn)方法的限制，該方法在測(cè)試薄壁材料（d <1mm）時(shí)不夠精準(zhǔn)。

微型燃燒量熱法（MCC）

微型燃燒量熱法的優(yōu)勢(shì)在于其不受加工的影響。它能夠在加工之前檢查料粒以及部件樣品，從而推斷出加工造成的影響。一小部分塑料（2-3mg）在惰性氣體（例如：氮?dú)猓┟媲坝冒鼑囼?yàn)箱的加熱線圈進(jìn)行加熱（圖4）。加熱和氮?dú)夤?yīng)中斷后，外部點(diǎn)火器點(diǎn)燃釋放的可燃?xì)怏w并供氧。熱釋放量通過(guò)氧耗法確定。在測(cè)試過(guò)程中，每單位物質(zhì)釋放的熱量和相應(yīng)的試樣溫度均被標(biāo)出（下圖）。

下午所示為測(cè)試的阻燃和非阻燃 的PC+ABS 混合物的特征值。從中可以看出，阻燃混合物導(dǎo)致最大質(zhì)量變化對(duì)應(yīng)的溫度變化了約95 K（從約445°C 升至約540°C）。阻燃混合物的熱釋放率平均減少了約130W/g。PC+ABS 的熱釋放速率的散射（峰值差異）是80W/g，盡管其熱釋放速率顯著降低，相同的阻燃混合物則高出10W/g。測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)大的散射的原因是料粒中添加劑的分布不均勻。

熱重測(cè)量和熱重分析(TGA)

熱重測(cè)量和熱重分析的測(cè)試裝置和測(cè)試過(guò)程在ISO 11385 和DIN 51006 中做出了標(biāo)準(zhǔn)化。以5-10mg 的塑料作試樣，觀測(cè)在0-50K/min（通常為20K/min）的加熱速率下加熱到最高1000°C 時(shí)試樣質(zhì)量受到溫度和時(shí)間的影響。為了便于比較和理解，圖7 以隨溫度變化的微分信號(hào)dm/dt（衍生熱重測(cè)量法，以% 表示質(zhì)量溫度曲線的推導(dǎo)結(jié)果）的形式說(shuō)明了阻燃和非阻燃PC+ABS混合物的測(cè)試結(jié)果。

從中可以看出，PC+ABS 有兩個(gè)不同的特征峰值，一個(gè)是ABS的458°C，一個(gè)是PC 的538°C。阻燃混合物的峰值溫度在476°C-547°C 之間變化，以質(zhì)量和/ 放熱的最大變化來(lái)表示。它對(duì)應(yīng)了約95K 的變化，因此處于微型燃燒量熱法的結(jié)果范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

這些測(cè)試方法也許不能準(zhǔn)確全面地評(píng)估上述阻燃和非阻燃 PC+ABS 混合物對(duì)火的反應(yīng)，但這并不重要。在實(shí)踐中，以上測(cè)試方法所得出的數(shù)據(jù)或者結(jié)論，可以不斷指導(dǎo)修正阻燃材料的開(kāi)發(fā)更新，并且我們也需要更科學(xué)地量化對(duì)火反應(yīng)，從而快速選擇相應(yīng)的測(cè)試方法。

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