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热门配方--电子产品中的阻燃剂

热门配方--电子产品中的阻燃剂 2011年12月03日 来源： 由于不同国家对电子工业的管理采用的标准不同，所以对应用于电子业的塑料的要求也就越来越严格，且这些要求都带有区域性色彩。本文深入地讨论了多种符合各种标准要求的具有阻燃特性的塑料以及为满足这些要求所采取的手段。 即使是在电子工业全球化的今天，从事电子出口贸易的公司还是得想尽办法去适应各式各样不同的电子管理条例。电子业市场还是受到各种不同管理标准的严格限制的。因此，即便是非常简单的电子器件如电源或充电器，也必须要通过IEC，VDE，UL，DIN，GS，CE等多家管理机构的检测认证后才能流通于市场。取得这么多家管理机构的资格认证的过程是耗时耗钱且工作量巨大的。依照相关法律以及消费者协会条例的规定，在对电子器件所使用的材料和器件本身进行评估时，要参照到多种评估标准，使用到多种评估手段。

西欧电子业2000年的塑料消耗情况（图片来源：BASF）

增长中的要求 除了各式各样的电子管理条例之外，更宽泛的立法趋势也对塑料供应商们的聚合物实验室带来了更大的挑战。例如，环境方面的立法对很多成分的使用提出了限制并且在分类收集和回收塑料方面提出了很多要求。工艺商们还要考虑到材料的机械性能以及加工成本等因素，对所使用的材料也提出了很多的要求。 进一步来说，评估电子产品最高优先考虑的标准是该产品的操作的安全性。虽然每个国家对电子器件的管理标准不同，但是有一点最重要的要求是相同的，那就是电子产品要有全面的防火保护性能。这种各个国家标准不同的状况给工艺商们带来了很多大的挑战，他们必须要拿出特殊的具有阻燃特性的聚合物材料。一个好的工程塑料供应商需要在这些看似矛盾的要求中寻得平衡点为每次应用提供最佳的塑料。 市场统计 德国塑料制造商协会( VKE)的调查显示，单单是在2000年，在西欧大约就有三百万吨的塑料是消耗在电子行业的。其中德国的消耗量最大，占总量的25%，接着的是意大利占20%，法国占17%。消耗的塑料按类型分标准塑料占56%，工程塑料占35%，剩下的9%为热固性塑料。其中在标准塑料里，PVC的消耗量达到18%，紧随其后的是聚苯乙烯（17%），聚乙烯（11%）以及聚丙烯（10%）。 打破按单个产品来计算的统计方式，就会得到如图1所示的结果：2000年的时候，整个西欧电子业消耗的塑料大约是255000吨，占到当年塑料总消耗量的8%。其中，聚酰胺占到23%，PBT/PET占到16%。聚碳酸酯，聚苯乙烯，ABS/SAN和热固性塑料的消耗量占总量的比例也超过了两位数。 耐火标准 在针对电动器具和设备的标准中也提到了对应用于其上的塑料的具体要求。在这些标准里不仅对使用的材料本身提出了要求，而且还涉及到了具体器件设计的规格。例如，为了对生命和财产带来最佳的保护，就需要一方面要尽可能使用具有低可燃性甚至是阻燃性的塑料，另一方面要在电子器件上设计超温保护系统。 在欧洲，大多数国家一般采用国际电子技术协会（IEC）设立的管理条例，这些标准在德国已经通过欧洲标准（EN）的立法模式被确立了下来。但是在美国，采用的是承销商工会（UL）设立的管理条例，在加拿大，安全条例则是加拿大标准委员会（CSA）设立的。 电子行业最重要的行业标准包括工控设备管理的IEC60947和UL508，住宅电力装置断路器设计管理的IEC60898和UL1077，以及对家电提出更高消防要求的IEC60335（包含85条子条例）和UL60335。 消防性能的测试 在对样本或器件进行评估时，它们的消防性能是首要考虑的因素。各种不同的方法都被拿来检测样品的燃烧特性，阻燃性能以及它们在热演化以及烟火扩散过程中扮演的角色。这些方法都有一个共同点就是采用的火源的规格以及样品与火源的接触方式是相同。 测试器件的消防性能采用的最主要的方法是灼热丝试验（IEC 60695）。用一根炙热的电阻丝来模拟过热或烧红的金属部件，将被预热到650~960℃（要求的测试温度）的电阻丝压制到测试所需的形状，将样品是否被引燃，燃烧时间以及燃烧着的材料熔融滴下的情况纪录下来。 测试材料的消防性能采用的最主要的方法则是测试暴露在火焰中的材料的行为（UL94）。火源采用本生灯火焰，每个样品必须经过两次仔细的测试。测试内容包括材料的燃烧时间，燃烧着的材料熔融滴下的情况（用一个棉制的探测器放在样本的正下方来评价熔融滴下物的量）。这种测试的结果属于类火焰V类（UL94垂直和水平HB）。 获得有效的防火保护 不同工程塑料的对火行为差异很大。低氧指数（LOI）是个很重要的评判标准，该指数是指材料在大气中燃烧所需的最低氧含量。可以提高器件LOI值的塑料就可以被称为阻燃剂。例如，POM的LOI值为15，属于相对易燃物，因此它比较适合应用于那些对动力学摩擦和弹性有特殊要求的地方，而不能应用于通电装置上。 阻燃改性就是通过添加阻燃添加剂和降低热反馈来干扰或者延缓燃烧过程的每个步骤的过程。它可以通过多种方法来实现。但是只有对加工工艺，产品的机械性能以及产品的颜色不会带来大的影响的添加剂才会被考虑使用。 卤化物和含溴化合物被广泛地应用作阻燃剂，但是欧盟废弃电子电器管理条例（WEEE）特别指出该类物质是需要分类单独回收的。由于分类单独回收会带来额外的开销，因此现在有个趋势那就是使用无卤的阻燃剂。无卤阻燃剂的阻燃效果和含卤的一样好，但是却并不是能适用于所有的设备上。事实上，无卤阻燃剂只能针对于一些特定的塑料。但是无卤阻燃剂对器件的电特性带来的负面影响更小，对材料的密度的影响也没有含卤的大。 达到要求 鉴于电子行业内部割喉式的竞争方式，对于高分子材料生产商，塑料工艺商和器件开发商们来说控制成本显得尤为重要。为了使生产的塑料尽量满足多方面的要求，广泛且不间断的对复杂标准和条例的学习和研究是必须的。只有这样，才能让该工业链上所有的参与者都达到最优。 作者简介 Karl-michael Reinfrank：BASF工程塑料市场部项目经理；Dr Ralf Nerhaus：BASF聚酰胺市场部技术产品经理。 Email：ian.desouza@basf.com（完） (end)

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