阻燃ABS在电动工具上的应用研究

ABS是一种易燃的高分子材料,燃烧速度很快,因此ABS的阻燃性受到世界十分关注。阻燃ABS主要应用于电动工具上,电动工具产品有其相应的技术要求,并且能够带来额外的产值,被大量应用于工程塑料、电机、电气等生活生产中。与能源相比,其生产过程环保,属无污

  1绪论

  中国产业调研网发布的2016年中国电动工具行业现状研究分析及市场前景预测报告认为,我国电动工具是典型的外向型行业,出口占据总产量八成以上,外部市场依赖较大。ABS是世界用量最大的工程热塑性树脂,与人们的生活联系紧密,所以他的特性也受到热切关注,主要问题就是ABS的防火性。
  在阻燃ABS树脂的研究上,国外开展较早,国内起步晚,目前国内已经有几种途径研究ABS树脂的阻燃,准确的了解市场要求,加快产品应用定位,对于阻燃ABS树脂的开发和认证具有重要指导作用,更由于目前国际市场低迷,最近几年来,受经济危机的影响,国际市场有点萧条,我国电动工具生产企业将目光转向国内市场,并且加大生产和宣传力度。随着电动工具越来越受到人们的欢迎,电动工具开始走向人们的家庭,所以销量出现大幅度增长。
  2016年中国电动工具行业现状研究分析及市场前景预测报告》通过电动工具项目研究团队多年对电动工具行业的监测调研,结合中国电动工具行业发展现状及前景趋势,依托国家权威数据资源和一手的调研资料数据,对电动工具行业现状及趋势进行全面、细致的调研分析,采用定量及定性的科学研究方法撰写而成。

  1.1电动工具的现状、前景、特点及市场情况

  1.1.1电动工具现状
  电动工具产品有其相应的技术要求,并且能够带来额外的产值,被大量应用于工程塑料、电机、电气等生活生产中。与能源相比,其生产过程环保,属无污染产业
  近些年来,我国电动工具行业开始转变为一个进出口十分明显的行业,我国已成为世界电动工具生产和出口大国。
  1.1.2电工工具发展前景
  近年来,由于电工工具在生产和生活中得到广泛应用,所以人们越来越多的去购买和使用电动工具,对电工工具产业有着浓厚的兴趣,这些都是很好的前兆,所以自然而然的人们看好电动工具产业。同时电动工具也是一种消耗品,不仅在工业中被广泛使用,再生活中同样必不可少;据统计,在国外发达地区,基本每家每户都备有不同类型的电动工具,在国外更被看作是一种礼物,可以相互赠送,所以电动工具的发展前景还是比较可观的。
  1.1.3电工工具行业概况
  (1)行业定位
  电动工具一般以电动机或电磁铁来提供动力,用传动机构驱动工作头的一种机械化工具。
  电动工具主要分为金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具。常见的电动工具有电钻、砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤电锯、磨光机等等。
  (2)电动工具产品的相关认证
  电动工具行业有不少相关的认证和标准,这些都可能会直接影响到产品的生产和销售,需要企业引起重视,具体认证主要包括如下:
  认证/标准认证标志国家说明/备注
  ISO9001通用质量管理体系认证。
  CE欧盟电气设备、机械产品要进入欧洲市场就必须通过CE认证,此认证属于强制认证。
  GS德国GS欧洲广大顾客供认标志是安全标志。
  GOST俄罗斯近年来,俄罗斯加强了进口商品认证管理的强制性
  ROHS指令欧盟主要禁止了一些危险产品的使用。
  1.1.4电动工具行业主要产品特点
阻燃ABS在电动工具上的应用研究
  电钻
  目前市场上产的电电钻上一半以上属于家用电钻,家用电钻对使用时间、使用效果、加工精度等要求并不高。剩余的一小部分电钻,则属于专业工具,其对技术要求比较高,比如加工精度、使用可靠性、使用寿命、性能水平等等均要高于家用产品。
  从电钻产品近年来的出口额变化看,增长趋势明显,是电动工具中当之无愧的最主要产品。我国电钻产品的出口主要集中在欧美地区。
  电锯
  电锯产品也是我国电动工具中出口量非常大的一类产品,我国电锯产品的出口市场分布和电钻产品非常相似,都是集中在欧美地区。
  电动研磨工具
  我们常说的电动研磨工具主要有磨光机、砂光机、角磨机等,这些工具一般用于表面研磨和抛光。
  鼓风机
  它按工作原理可分为轴流式风机、离心式风机、回转式风机。主要应用于容器内、隧道内的排风或送风、机械制造、焊接作业产生的有害气体、烟尘、粉尘、热气等排放。
  砂轮机
  这些电动工具都有便于携带、操作简单、工作效率高等特点,在国外很多行业和生活中都有使用,需求量非常大。

  2 ABS的介绍

  ABS树脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。ABS的英文拼写是Acrylonitrile Butadience Styrene。A表示丙烯腈,提供热稳定性和耐化学性;B是丁二烯,赋予抗冲击性和韧性;S代表的是苯乙烯,具有刚性和已加工性。ABS是一种强度高,韧性好,易于加工的热塑性高分子材料。三者的比例最常见的为25:20:55。随着三者的比例的变化,可以调节它的性能,生产出一些不同冲击强度、流动特性的品种,如把丁二烯的成份增加,则其冲击强度会得到提高,但是硬度和流动性就会降低,强度和耐热性变会减少。
  ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成,其性质分别为:
  (1)丙烯腈:强度高、热稳定性及化学稳定性好。
  (2)丁二烯:坚韧,抗冲击。
  (3)苯乙烯:粗糙度小,便于加工。
  ABS是非结晶性材料,中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的性能主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。在产品设计上就很多样化,所以ABS材料可以分为很多不同质量,且品质不同材料所反映的特性也就不同。ABS材料有很多优点,比如加工简单,耐腐蚀,结构及尺寸相对稳定。
  ABS有两种主要的工业生产方法:将丙烯腈-苯乙烯共聚物与聚丁二烯混合,或将这两种胶乳混合后再共聚;在聚丁二烯胶乳中加入丙烯腈及苯乙烯单体进行接枝共聚。

  2.1 ABS性能的分析法

  ABS的性能分析可分为七种:
  1)力学性能:抗冲击性能测试、拉伸强度测试、静弯曲强度测试、洛氏硬度测试
  2)热性能:热变形温度测试、维卡软化温度测试、热膨胀系数测试
  3)燃烧性能:氧指数测试方法、水平燃烧试验、垂直燃烧试验
  4)电性能:介电强度测试、体积电阻测试、耐电弧测试
  5)光学性能:折射率测试、透光率及雾度测试、色差测试
  6)老化性能:自然老化试验方法、人工加速老化试验方法
  7)化学性能:浸渍试验、耐锈蚀试验、耐溶剂应力开裂试验、耐环境应力开裂试验

  2.2 ABS物理性质

  ABS树脂在常态下为黄色固体,其强度和韧性较好,并且耐腐能力比较强,同时不易溶于大部分的有机溶液。密度约为1.04~1.06g/cm3。
  OI值:18.2%属易燃高聚物。ABS树脂物理性质可概括为:
  1)价格适中
  2)优良的韧性、刚性和力学性能综合性
  3)易加工,加工后尺寸比较稳定
  4)耐化学药品性及电气绝缘性优良
  5)着色性能好,一般呈浅象牙色,不透明,能制成有高度光泽的制品。
  6)防水效果好,燃烧时呈黄色火焰、燃烧过程中有黑烟冒出,烧焦时有特殊气味,易于注塑、挤出和模压
  7)ABS材料耐热性,具有吸湿性,必须在加工前进行干燥处理后使用
  8)无毒

  2.3阻燃ABS

  ABS树脂为可燃高分子材料,它的极限氧指数只有18.3~20,燃烧速度快,用ABS树脂制造的电子产品会因短路发生火灾,因此,研究ABS树脂的阻燃性成为业界十分重要的问题。阻燃ABS主要应用于要求电绝缘性和阻燃性的电器设备,例如:保险丝盒、汽车内外部构件、电器开关零件、电话电脑等电子电气设备外壳。
  阻燃ABS的结构式:
  降低ABS树脂燃烧性大概有三个方法:1)用阻燃型聚合物与ABS共混,如PVC、CPE:2)对现有ABS树脂做化学改性:3)向ABS中加入阻燃剂,包括无机阻燃剂很有机阻燃剂。第三种方法成本性能都较其他两个合适。
  2.3.1 ABS阻燃剂及其分类
  根据ABS阻燃剂的使用要求,可以将其分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两类。
  1)添加型阻燃剂
  添加型阻燃剂是塑料阻燃中应用最多的阻燃剂,将其与树脂混合,带有阻燃性。一般用量较多,对ABS力学性能影响较大,但阻燃持久性较差。按其化学结构分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两种。
  ①有机阻燃剂
  ABS所适用的有机添加型阻燃剂主要有磷酸烷基二芳基酯、磷酸三苯酯、多氯代苯、全氯环戊癸烷、十溴二苯醚(DBDPO)等。其中DBDPO结构式为:
  阻燃机理主要为机理(4),其含溴量非常高,阻燃效率高,是目前世界上应用最多的阻燃剂。但其受紫外线照射易变色,同时降低材料冲击强度等缺点。全氯环戊癸烷是应用较多的另一氯系品种,它由六氯环戊二烯聚合制成,含氯量高达78.3%,阻燃效率高,而且热稳定性和化学稳定性都相对较好。在ABS树脂中与氧化锑共用并拥有协同效应。
  到目前为止,卤系阻燃剂在生产和生活中应用最多,由于溴系阻燃剂的C—Br键能比C—C1键能小的多,阻燃效果显著,大都采用溴系阻燃剂。具有代表意义的是溴系列阻燃剂,包括十溴二苯醚(DBDPO)、八溴二苯醚(OBDPO)、1,2双(2,4,6-三溴苯氧基)乙烷(BTBPOE)、等。卤系阻燃剂通过禁止自由基连锁反应机理发挥阻燃效果,虽然单个的卤系阻燃剂都具有阻燃特性,现在通用的是卤系阻燃剂与磷系阻燃剂、金属氧化物阻燃协同剂和自由基引发剂的协同体系。
  ②无机阻燃剂
  ABS树脂所适用的无机阻燃剂主要有三氧化二锑(Sb2O3)、硼酸锌、偏硼酸钡、硫酸铵等。其中使用最多的是Sb2O3,实际上自身没有阻燃作用,需要与有机卤化物共同使用,才能起到效果,所以通常被称为协同剂。其协同作用如下式所示:
  由于SbC13的沸点较高,它可以吸附在ABS树脂表面而隔断氧的供应,起到阻燃作用。含溴阻燃剂与Sb203也具有类似的协同作用。水合硼酸锌是一种阻燃剂,其阻燃机理主要为机理,可作为Sb203的替代品,其在260℃依然保持结晶水,所以适用于在高温下加工。
  2)反应型阻燃剂
  这类阻燃剂具有反应性基团,在ABS树脂合成中参与共聚反应。这种阻燃剂一旦成为ABS分子链的一部分,就不会改变,阻燃性较好,并且对材料的物理力学性能和电性能的影响甚小。ABS常用的反应型阻燃剂为双(2,3-二溴丙基)反丁烯二酸酯,即阻燃剂FR-2,分子式为:
  反应型阻燃剂对ABS或ABS的共混改性物力学性能影响甚小,虽然其用量很少,但价格昂贵,所以应用比较少。

  2.4助剂介绍

  1)阻燃剂的选择:
  十溴联苯醚英文名为Decabromodiphenyl oxide,白色粉末,分子量960,熔点285℃,分解温度425℃,含溴量81~83%,水分<0.1%,几乎不溶于水。
  用途,其添加型阻燃剂,含溴量大,阻燃效能高,热稳定性好,毒性小,反应范围广,适用于聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂、尼龙、聚烯烃、不饱和聚酯、聚苯醚等塑料。它如与Sb2O3并用,其阻燃效果更好。
  国内生产厂:江苏省启东化工厂
  天津汉沽盐场
  青岛磷肥厂
  上海试剂厂
  2)增韧剂的选择:
  SBS增韧剂
  SBS增韧剂,采用的是SBS经过改性造粒得出的增韧剂.SBS是苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。受热后材料可以流动,容易加工成型。冷却到室温后,聚苯乙烯链段聚集成玻璃态微区,对聚丁二烯链段起到了物理交联点的作用,从而使材料表现出橡胶的特性。因此称之为“热塑性弹性体”。
  适用于ABS、PS的增韧,增韧效果明显,性能稳定,添加量约3-10%,是ABS、PS的首选增韧剂。分透明和本色。
  国内生产厂:东莞捷佳塑胶科技有限公司
  3)稳定剂的选择:
  二月桂酸二丁基锡
  二月桂酸二丁基锡为无色或淡黄色透明液体,分子式:C32H64SnO4
  分子量:631.31,与大多数溶剂相溶,但与水不相容,除非乳化过后才能与水相融,其属于有毒物质。
  本品是使用最早的有机锡类稳定剂,其优点有很多,例如润滑性好,耐候性和透明性较好,在常温下以液体形式存在,故在塑料中的捏合分散性比固体稳定剂好。
  主要用途:ZT-101为月桂酸型有机锡稳定剂。主要用于PVC软透制品的加工,可以用于聚氨酯泡沫塑料合成的催化剂,硅橡胶的催化剂等。及氯乙稀共聚物纤维的热稳定剂聚酰胺和酚醛树酯的光热稳定剂,聚氨酯油漆及硅胶的催干剂。
  技术指标:
  锡含量:18.0-19.0%
  复合物锡含量:8.0-9.0%
  水分:≤0.4%
  外观:浅黄色透明油状液体
  用量均为1.5-2%,最多用3%
  应用特点:
  1)润滑性及透明性好
  2)与镉、钡金属皂类并用有协同效应。
  3)耐候性较好。
  国内生产厂徐州中亿有色金属有限公司
  4)润滑剂的选取:
  亚乙基双硬脂酰胺
  亚乙基双硬脂酰胺为白色至淡黄色粉末或粒状物,相对密度0.98(25℃),熔点:141~146℃。不溶于水,其粉状物在80℃以上易潮湿,耐酸碱和水介质,常温下不溶于乙醇,丙酮,四氯化碳等有机溶剂。但可溶于热的氯代烃和芳烃,其粉状物滑腻感较强,80℃以上对水具有可湿性,无毒,对人体无副作用。
  储存方法:
  1).密封保存。
  2).储存在阴凉,干燥的地方。
  3).储存的地方远离氧化剂。
  国内生产厂家上海煦江实业有限公司
  所在地区:上海市奉贤区.

  2.5阻燃ABS的加工

  2.5.1设备情况
  从生产工艺的先进性和可靠性出发,本次加工应选用双螺杆挤出机进行生产制备比较适宜。
  本文针对双螺杆挤出机作主要介绍,其结构主要由机架、传动箱、螺筒、螺杆、加热器、冷动装置、喂料装置和电气自动控制系统组成,操作位置和挤出机外形图详见挤出机结构图(1)。我们设计制造的每一台挤出机,全部参照有关标准和经过严格检测进行生产的。它适用于标准为:
  1)安全标准符合:EN-1114-1之规定。
  2)低电压指令符合:EN60204-1之规定。
  3)主要技术指标
  双螺杆挤出机型号:CET-35型南京科亚公司;
  微机控制电子万能试验机型号:RGT-20A型深圳瑞格仪器有限公司;
  记忆式冲压冲压试验机型号:JJ-20型,长春市智能仪器设备有限公司;
  注塑机型号:HTF86XIA,宁波海天集团;
  水平垂直燃烧测定仪型号:JF-3,江宁分析仪器厂;
  氧指数(LOI)测定仪型号:HC-2型,南京江宁分析测试仪器厂;
  热重(TG)分析仪型号:TG209C型,德国耐驰仪器制造有限公司;
  耐漏电起痕指数测试仪型号:LD-H型,深圳德迈盛公司
  2.5.2主要生产企业概况
  1)宁波LG甬兴化工有限公司
  宁波LG甬兴是由韩国LG化学株式会社和宁波甬兴化工投资有限公司合资兴建的专业生产ABS、SAN树脂和SBL(丁苯胶乳)的企业,坐落于浙江省宁波市镇海区,占地约35万平方米,总投资超过3亿美金。2006年8月末ABS四期、SBL项目的扩建竣工后,公司达到年产ABS 50万吨的世界级ABS生产规模,SBL年产达到7万吨。
  2)台塑工业(宁波)有限公司
  台塑工业(宁波)有限公司成立于2002年5月27日,系台塑公司100%转投资成立之子公司,主要经营范围为大型聚氯乙烯树脂(乙烯法)之生产与销售,已于宁波经济技术开发区扩建一座聚氯乙烯树脂工厂,2006年底年产能为30万吨,注册资本1亿2,600万美元。台塑目前ABS产能30万吨/年,目前正在进行三期20万吨/年ABS建设,预计2013年投产。
  2.5.3设备主要生产工艺流程图
阻燃ABS在电动工具上的应用研究
  2.5.4工艺描述
  1)混料:把各种助剂一起在混料机里混匀,助剂包括阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、增塑剂等
  2)双螺杆挤出:首先将挤出机加热到预定的温度,然后开动螺杆,同时加料、温度和压力分布。根据制品形状和尺寸的要求,调整口模尺寸和同心度及牵引等设备装置,以控制挤出物离模膨胀和形状的稳定性,从而达到最终控制挤出物的产量和质量的目的,直到挤出达到正常状态即进行连续生产。
  3)双槽冷却:物料由机头挤出后落入水槽中冷却
  4)切粒:经过风力吹干机将物料吹干后,物料由于受到牵引机的牵引作用而进入切粒机
  5)干燥:切粒完成后将物料输送至干燥机中,粉尘由于上下风机的作用从干燥器顶部的出口排出并被收集处理。
  6)包装:物料在干燥机中干燥后进入振动筛中,经过振动筛筛选后将干燥好的物料送行包装。

  3电动工具的加工

  近几年,生产电动工具主要以热塑性塑料制品为主且产量巨大。一般主要采用机械方法进行生产,例如挤出、注射、压延等方法。

  3.1加工塑料产品的几种主要成型方法

  1)注射成型
  2)挤出成型
  3)压延成型
  4)吹塑成型
  此外,还有模压成型、层压成型、滚塑成型、传递成型、真空成型、流涎成型、搪塑成型、缠绕成型等。

  3.2电动工具质量指标检测标准

  3.2.1外观检测
  1)外观完好,无缺陷,且表面光滑,参数清晰可见。
  2)电源开关通电良好,无不良问题。
  3)电源线完好无损坏。
  4)电源线插头完好,绝缘。
  5)单独安装的插头接地线只能接保护线,严禁在插头内直接将接地线于零线相连,不得更换两孔插头。
  6)工具转动部分无不良问题,转动良好,不卡滞。
  7)保证电气和机械保护装置完好。
  3.2.2电气检测
  1)检测电动工具绝缘性能时使用兆欧表或万能表。
  2)对220V或380V电气设备需选用500V或1000V绝缘测试档,进行检测。

  结论

  阻燃ABS的特性决定了其在电动工具方面的广泛应用。

  参考文献:

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  致谢

  转眼间,大学三年很快就这样过去了,我的大学生活里有喜有悲,我的人生展开了新的篇章,
  衷心的感谢我的母校南通职业大学,祝愿母校在以后的日子里更加朝气蓬勃,培养出一代又一代对社会有用的人才,让我们的祖国变得更强大。
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