第41卷第6期2013年6月塑料工业CHINAPLASTICSINDUSTRY

作者简介：孙凯，男，1984年生，工程师，主要从事工程塑料类材料的开发与研究。sunkai@shsunny.com阻燃聚丙烯在家电行业中的应用和发展孙凯，徐东东，娄小安，黄晓明，范潇潇（上海日之升新技术发展有限公司技术中心，上海201109）

摘要：介绍了聚丙烯阻燃改性的机理和国内阻燃聚丙烯的市场格局；综述了阻燃聚丙烯在家电行业中的应用，着重介绍了在洗衣机电机外壳、家用插座外壳及空调外壳上的应用标准和使用状况；并对未来阻燃聚丙烯在家电上的发展趋势做出了阐述。关键词：聚丙烯；阻燃；家电；应用DOI：10.3969/j.issn.1005－5770.2013.06.002中图分类号：TQ325.1+4文献标识码：A文章编号：1005－5770（2013）06－0005－05

ResearchandApplicationofFlameRetardantPolypropyleneinApplianceIndustrySUNKai，XUDong-dong，LOUXiao-an，HUANGXiao-ming，FANXiao-xiao（TechnologyCenterinShanghaiRizhishengNewTechnologyDevelopmentCo．，Ltd．，Shanghai201109，China）Abstract：Thisarticleintroducedthemodificationmechanism，marketinChinaandapplicationofflameretardantpolypropyleneintheapplianceindustry．ItfocusedontheapplicationstandardandstatusofPPintheapplicationfiledsoftheshellofwashingmachinemotor，householdsocketandairconditioner．Thedevelopmentofflameretardantpolypropyleneinthefuturewasalsodiscussed．Keywords：PP；FlameRetardant；HouseholdAppliance；Application

近年来我国家电产业的生产规模已跃居世界首位，是具有较强国际竞争力的产业之一。“十二五”期间，我国家电产业要实现转型升级，由家电制造大国向家电制造强国的转变。而在这个转变中，新材料、新技术的应用至关重要。目前在整个家电产业的材料使用上，丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）共聚物、高冲击聚苯乙烯（HIPS）树脂两类材料以其良好的外观，刚性等因素被广泛地应用其中，在很多具有安全防火要求的领域，诸如电视机外壳，洗衣机电机外壳等，大量的阻燃ABS、HIPS被广泛使用以满足这些领域对于阻燃防火方面的性能需求。然而，ABS和HIPS两类树脂由于合成方法复杂，使用原料多样，使得树脂本身的价格昂贵。而且受材料本身结构所限，在长期使用中会发生黄变和老化的现象，从而影响到材料的应用，尤其在一些户外白色家电上面。随着家电行业竞争的日趋白热化，生产商对塑料材料成本和性能的要求越来越高。因此PP材料以低廉的价格，较低的密度及良好的老化等优点逐渐得到生产商的青睐。国外逐步开发出适用于家电零部件用的聚丙烯（PP）改性材料［1］，尤其在很多阻燃领域，许多家电企业开始使用相对成本更低的阻燃PP以替代目前的阻燃ABS和HIPS。阻燃PP除了价格低廉外，还具有优良的综合性能，良好的化学稳定性，优异的耐老化耐黄变性能及较好的成型加工性能。1阻燃聚丙烯的阻燃机理解析及分类

聚丙烯的燃烧为少烟型、不成炭，但伴随有熔滴和流延起火现象，并产生大量的不饱和气体。有研究表明，聚丙烯的受热分解反应如下：链引发RH→R·+H·

链增长H·+O2→O·+·OH

R·+O2→ROO·ROO·+RH→ROOH+·R链支化ROOH→RO·+·OH

2ROOH→RO·+ROO·+H2ORO·+RH→ROH+R·RH+·OH→R·+H2O在受热过程中产生活性非常大的·OH、H·和O·自由基，这些自由基有促进燃烧的作用。控制自由基的生成或终止掉所产生的自由基，是达到阻燃的最有

·5·塑料工业2013年效的方法。目前市场上主要的阻燃方法有如下分类。1.1卤化物/三氧化二锑（Sb2O3）阻燃在较高温度下卤系阻燃剂发生分解，并释放出卤化氢（HX），HX与PP燃烧过程中产生的自由基发生作用，终止掉所产生的自由基，从而达到阻燃目的。而且脂肪族溴化物与三氧化二锑配合使用有良好的阻燃效果。芳香族溴化物与过氧化异丙苯配合使用，具有明显的协同效应。但因其有卤素存在，不利于健康环保要求。在燃烧过程中，HBr气体和SbBr3气体因为密度大，覆盖在材料表面，起到阻隔空气作用，反应生成水吸热汽化也可稀释氧气密度，Sb2O3分解反应为吸热反应，可以降低材料表面温度。Br-Sb阻燃机理主要为气相阻燃［2］，因此滑石粉和玻纤的加入很大程度上降低了树脂基体与氧气的接触，起到了很好的阻燃作用。1.2碱金属氢氧化物填充如Mg（OH）2和Al（OH）3等，其优点是：无毒、耐热性良好、抑烟，受热分解放出大量的水分，进而吸收大量的热量产生水蒸气稀释可燃性气体，同时起到隔绝空气的作用；碱金属氢氧化物受热分解产生耐水的金属氧化物形成一层固相的阻隔层，有利于材料的阻燃。缺点是：与PP相容性差，添加量较大，不易分散，严重影响材料的力学性能。1.3膨胀型阻燃（IFR）膨胀型阻燃剂优点是无卤、无锑、低烟、低毒，其成分可分为：酸源、碳源、气源［3］。（1）酸源：如磷酸、硫酸、硼酸、磷酸铵盐、磷酸酯和硼酸盐等；（2）碳源：也叫成炭剂，一般为富碳的多羟基化合物，如淀粉、季戊四醇和它的二聚物、三聚物以及含有羟基的有机树脂等；（3）气源：也叫发泡源，多为三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵等胺或酰胺类化合物。市场上的膨胀型阻燃体系主要成分一般为多聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺、季戊四醇，其阻燃机理为：多聚磷酸铵受热分解，生成磷酸、焦磷酸、H2O和NH3，磷酸和焦磷酸具有强脱水作用，可使季戊四醇脱水炭化，反应形成的水蒸气和NH3与三聚氰胺分解的NH3使炭层膨胀，形成一层多孔的均质炭层，起到隔氧、隔热、抑烟，防止熔滴的作用，进而达到阻燃效果。1.4磷系阻燃磷系阻燃剂优点是低烟、低毒，用量少，并能与多种阻燃剂产生协同效应，主要有磷酸酯类、多磷酸盐、红磷等。阻燃机理：在高温燃烧时，有机磷分解生成阻燃的磷酸液态膜层，磷酸在此环境中进一步脱水生成偏磷酸，偏磷酸又进一步聚合生成具有很强的脱水性的聚偏磷酸，使聚丙烯脱水炭化，表面形成隔绝空气的炭层，达到阻燃效果。例如：红磷阻燃PP材料燃烧时，红磷随着燃烧生成P2O5，迅速覆盖在PP材料表面，稀释O2浓度进而抑制了进一步的燃烧，同时迅速吸收结晶水反应生成H3PO4，H3PO4在受强热时进一步反应生成HPO3和黏稠玻璃状的聚偏磷酸，聚偏磷酸紧紧地覆

盖在PP表面，也将进一步将PP和O2隔绝，促使燃烧停止，达到阻燃的目的。同时，燃烧反应过程中所生成的H3PO4、HPO3、聚偏磷酸快速促使PP

脱水炭

化生成石墨状的焦炭层，进一步隔阻内部的PP与O2

接触，加之焦炭层导热性差，具有隔绝热源的目的，

减缓了内部PP的热分解，从而进一步实现了多重阻燃的效果。2国内市场阻燃PP区域格局

从地区分布情况来看，目前我国的阻燃PP生产企业，主要集中在长江三角地区和珠江三角洲地区，数据显示，这两个区域占到了全国阻燃PP总产量的约85%，2011年底前，全国阻燃PP产量总计约70万t，其中江浙沪为代表的长三角企业的产量约占到60%，珠三角地区的产量所占比例约30%，但是，目前国内阻燃PP的生产技术，规模化等程度相比国外仍有一定差距，具体在阻燃体系方面，目前约70%～80%的阻燃

PP所采用的主要以含卤阻燃体系为主，其中以

溴化苯乙烯、十溴二苯乙烷等物质为代表，其余阻燃类PP主要以磷氮系等较多。但是相比国外生产企业，国内企业在产品稳定性，产品附加值等方面，依旧处于相对落后的阶段。少数行业知名企业，如广州金发，上海日之升，杰事杰等企业，在阻燃PP的技术研发，市场规模等方面在最近几年的飞速发展中已逐步接近或赶超国外同类企业。3阻燃PP在家电市场的应用介绍

从目前家电市场的应用来划分，目前阻燃PP主要集中在黑色家电，而白色家电由于其本身对美观，娱乐的要求，在一定程度上，阻燃PP在这方面的表现较为不理想，而在黑家电方面，由于阻燃PP具有

·6·第41卷第6期孙凯，等：阻燃聚丙烯在家电行业中的应用和发展易加工，低价格等优势，大量被使用在一些比较对材料性能要求不高，尤其是对耐热性要求一般的元件，例如电脑机箱内大量的接线端子，墙壁开关排插等，阻燃PP均能够满足这类产品的需求并且很好地降低了产品成本；同时由于在低成本的环境下依然能实现较高的灼热丝起燃温度（GWIT），相对漏电起痕指数（CTI）等阻燃电性能，在电机，骨架线圈等领域，阻燃PP也有着良好的表现。下面介绍几类细分产品家电市场的材料要求及应用。3.1洗衣机电机外壳洗衣机内的电机外壳［4］，主要作用是对整个洗衣机马达，起到固定，保护等作用，由于波轮的转向主要为机械转向，电磁干扰难免存在，所以部分元器件可能会在这过程中产生火花，特别是高速脱水过程。为了波轮电机在运作中更安全，许多生产企业对这类产品的材料提出了阻燃方面的要求，以国内著名洗衣机企业M公司为例，其对电机外壳用阻燃PP提出的要求见表1。表1M公司阻燃PP外壳性能测试要求1）Tab1MaterialrequirementsforshellofflameretardantPPusedforinMcompany项目测试条件试验方法指标拉伸强度/MPa断裂点50mm/minGB/T1040—2006≥20断裂伸长率/%断裂点50mm/minGB/T1040—2006≥30弯曲强度/MPa跨度64mm，2mm/minGB/T9341—2008≥25弯曲模量/MPa跨度64mm，2mm/minGB/T9341—2008≥1200缺口冲击强度/kJ·m－2悬臂梁23℃，2.75J摆锤GB/T1843—2008≥4热变形温度/℃GB/T1634.1—2004≥140维卡软化点温度/℃压力50N，升温速率120℃/hGB/T1633—2000≥120阻燃性QMK-J80.001—2009UL94V-02.5mm厚密度/g·cm－3GB/T1033—2008≤1.25收缩率/%GB/T15585—19951.2～1.4熔体质量流动速率/g·（10min）－1230℃，2.16kgGB/T3682—2000≥10注：1）数据取自M公司家用空调国内事业部企业标准。3.2家用插座外壳家用插座，主要以家庭住宅内使用，用于插头的插销插合的插套，并且装有用于连接软缆的端子的电气附件。家用插座开关属于家电中的小家电一类，根据统计，按照目前建筑住宅楼的标准，住宅对于插座盒开关的需求量共计约为8亿只。以国内著名插座企业G公司为例，为了提升其产品价格竞争力，其对其部分家电用插座外壳，逐渐开始以阻燃PP对现有的部分阻燃ABS产品进行替换，并对阻燃PP提出的要求见表2。表2家用插座对材料的要求Tab2MaterialrequirementsofPPusedforsocket项目测试条件测试标准指标灼热丝1.6mmIEC60695－2-12850℃漏电起痕指数IEC60112450V阻燃性2mmUL94V-0热球压痕125℃企标＜2mm热氧老化100℃，96hISO188△E＜2落锤冲击－15℃放置16h，1kg落锤，高度50cm企标允许制品开裂，但不能对里面的金属元件造成损坏