摘要：研究了硅橡胶协同氢氧化镁、红磷、聚磷酸铵（APP）、硼酸锌等对高抗冲聚苯乙烯（HIPS）的力学性能和阻燃性能的影响。结果表明，硅橡胶与HIPS相容性较差，加入会降低HIPS的力学性能，单独使用硅橡胶不能阻燃HIPS，但能降低HIPS的发烟量。氢氧化镁与红磷总质量分数为30%左右时，能与硅橡胶（质量分数15%）一起使HIPS的阻燃性能达到FV－0级。对比试验表明，无硅橡胶的复合物使HIPS阻燃性能至少降低一个等级，而且还产生滴落现象。
关键词：高抗冲聚苯乙烯 硅橡胶 阻燃性 红磷 氢氧化镁 力学性能
高抗冲聚苯乙烯（HIPS）常应用于电子电气领域，但其易燃且发烟量大，因此必须对其阻燃、抑烟改性。可用于HIPS的无卤阻燃体系主要有磷－氮阻燃体系、金属氢氧化物阻燃体系、膨胀型阻燃体系、硅系阻燃体系等。
将有机硅阻燃剂、金属氢氧化物、磷系阻燃剂一起使用，具有显著的协同阻燃作用。
本研究采用硅橡胶协同氢氧化镁、红磷、聚磷酸铵（APP）、硼酸锌等阻燃 HIPS，通过合适的配比制备新型无卤阻燃HIPS材料。
1 试验部分
1.1 试验原料
HIPS，484H，美国DOW化学公司；硅橡胶及其交联剂，硫化工艺为170 ℃下200s，深圳深凯硅橡胶制品有限公司；APP，聚合度约为1 000，杭州捷尔思阻燃化工有限公司；硼酸锌，工业级，济南泰星精细化工有限公司；其他助剂均为市售产品。
1.2 试验仪器
双螺杆挤出机，TE－35，南京科亚公司；高速搅拌机，SHR.IOA，张家港亿利机械有限公司；注塑机，PT－80，深圳力劲公司；电子拉力机，ROELL Z005，德国ZWICK公司；冲击试验机，XJU.2.7S，承德实验机有限公司；熔体流动速度测定仪，XRZ－400，吉林大学机械厂；水平垂直燃烧测定仪，CZF－3，南京市江宁区分析仪器厂。
1.3 试验流程
常温时在双辊开炼机上将一定配比的硅橡胶及其交联剂混炼均匀，然后裁剪成颗粒。将混炼好的硅橡胶与其他物料在高速搅拌机中搅拌均匀，用双螺杆挤出机造粒，温度为190℃。干燥后用注塑机制样，温度为200℃。最后按照标准测试性能。
1.4 性能测试标准
拉伸强度，GB／T 1040—1992；弯曲强度，GB／T 9341—2008，速度为2mm／min；冲击强度，GB／T 1843—1996；水平垂直燃烧，GB／T 2408—1996；熔体流动速率（MFR），GB／T 3682—2000。
2 结果与讨论
2.1 硅橡胶用量对HIPS性能的影响
硅橡胶与HIPS的极性相差较远，相容性较差。试验表明，未进行交联的硅橡胶与HIPS直接混炼，会严重降低HIPS的力学性能，并产生明显的分层现象。交联硫化后的硅橡胶与HIPS相容性有了很大的提高，基本没有分层，但对HIPS仍产生了不良影响。不同用量的硅橡胶对HIPS性能的影响如表1所示。
表1 不同硅橡胶的用量对HIPS性能的影响
注：HIPS、硅橡胶、亚乙基双硬酯酰胺（EBS）（1份）、聚乙烯（PE）蜡（0.5份）、抗氧剂1010（0.5份）总和100份。
从表1可知，HIPS的力学性能随硅橡胶用量的增加而下降。其原因为相容性差所致。
阻燃测试表明，不同硅橡胶用量的HIPS共混物均属于可燃材料。但硅橡胶的用量增加，发烟量稍有减少。其原因为硅橡胶在HIPS中形成三维网络，且燃烧后在表面形成较密的硅化合物层，阻碍HIPS滴落和黑烟向外扩散。
质量分数5%硅橡胶的加入能促进HIPS的流动性，MFR能提高1倍，达到6.98g／10min；之后随硅橡胶用量增加，MFR依此递减。其原因为硅橡胶破坏了HIPS之间的作用力，导致流动性变好，但硅橡胶的交联网络过多，流动性会变差。
2.2 APP和Mg（OH）2用量对HIPS性能的影响
APP无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高，是一种性能优良的无卤阻燃剂。不同用量的APP及其复合物对HIPS性能的影响如下表2所示。
从表2可知，APP与硅橡胶搭配的阻燃效果较差。APP与 Mg（OH）2及硅橡胶搭配使用时，阻燃效果稍有增加，但也不理想。APP与硼酸锌及硅橡胶搭配使用时，阻燃效果明显。其原因为，APP为膨胀型阻燃剂，在燃烧过程中产生大量气体和使样品碳化，而硼酸锌在燃烧过中产生玻璃态物质，气体会促使玻璃态物质发泡而形成泡沫阻隔层。交联的硅橡胶促进了它们的发泡作用，使隔膜更加牢固致密，导致阻燃效果增强。
表2 APP和硼酸锌及Mg（OH）2协同硅橡胶对HIPS性能的影响
注：HIPS、硅橡胶（15份）、Mg（OH）2、APP和苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物（SBS）（5份）、硅烷偶联剂（KH570）（0.5份）、EBS（1份）、PE蜡（0.5份）、抗氧剂1010（0.5分）总和为100份。
2.3 红磷和Mg（OH）2用量对HIPS性能的影响
虽然APP及硼酸锌与硅橡胶能达到较好的阻燃协同效应。但加入量大，力学性能较差。红磷比APP有更高的磷含量，阻燃效果更好。因此不同红磷用量及其复合物对HIPS性能的影响如表3所示。
表3 红磷和Mg（OH）2协同硅橡胶对HIPS性能的影响
注：HIPS、硅橡胶（15份）、Mg（OH）2、红磷、SBS（5份）、KH570（0.5份）、EBS（1份）、PE 蜡（0.5 份）、抗氧剂1010（0.5份）总和为100份。
由表3可知，红磷与硅橡胶搭配时，阻燃效果显著，红磷质量分数为16%时，阻燃级别达FV－0级。Mg（OH）2与红磷及硅橡胶搭配时，阻燃效果明显，质量分数5%的红磷与质量分数30%Mg（OH）2以及质量分数15%的硅橡胶组合，样品阻燃级达FV－0级。在添加质量分数20%的Mg（OH）2用量时，随着红磷用量增加，阻燃效果也明显变好。添加少量红磷就能起到较好的阻燃作用，其原因为红磷具有强烈的脱水作用，促使Mg（OH）2脱水结晶吸热，使阻燃体系的阻燃效果变好。但是添加Mg（OH）2和红磷后会导致材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度下降。原因为 Mg（OH）2和红磷均为无机物，与HIPS的相容性较差，会恶化HIPS的力学性能。
2.4 无硅橡胶复合物对HIPS性能的影响
为考察硅橡胶在本试验配方体系中的阻燃作用，特挑选前述试验阻燃效果较好的5个配方，去掉硅橡胶后进行对比试验。试验结果如表4所示。
表4 APP与红磷和硼酸锌及Mg（OH）2对HIPS性能的影响
注：HIPS、Mg（OH）2、APP、红磷、硼酸锌、SBS（5份）、KH570（0.5份）、EBS（1份）、PE蜡（0.5份）、抗氧剂1010（0.5份）总和100份。
表4表明，相对于含硅橡胶的配方，各配方的阻燃性至少降低1个等级，而且容易产生滴落现象。此外，各配方的拉伸和弯曲力学性能均较有硅橡胶的配方的力学性能要好，主要为硅橡胶与HIPS相容性相差所致；但冲击强度变化不大，甚至部分反而下降，其原因为硅橡胶在整个体系中具有一定的增韧作用。
3 结论
a）硅橡胶与HIPS相容性较差，加入会降低HIPS的力学性能。单独使用时不能阻燃HIPS，但能降低发烟量。
b）单独使用APP不能阻燃HIPS／硅橡胶体系。但APP与Mg（OH）2或硼酸锌搭配能显著提高HIPS／硅橡胶体系的阻燃性能。APP与硼酸锌协同效果明显。
c）Mg（OH）2与红磷总质量分数为30%时，使HIPS／硅橡胶（质量分数15%）阻燃级别达FV－0级。
d）对比试验表明，无硅橡胶时，红磷／Mg（OH）2／APP／硼酸锌／HIPS的阻燃性能至少降低1个等级，而且还产生滴落现象。
