聚酯復(fù)合材料無鹵協(xié)效阻燃及機理的研究.pdf

1、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是聚酯家族中應(yīng)用最為廣泛的兩種工程塑料。由于它們具有良好的尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，PET和PBT已廣泛應(yīng)用于紡織、汽車、電子電器等領(lǐng)域。然而，PET和PBT均是十分容易燃燒的聚合物，在它們的燃燒過程中還會產(chǎn)生大量的煙氣以及較為嚴(yán)重的滴落現(xiàn)象。因此，為了擴大PET和PBT的應(yīng)用范圍，研究和發(fā)展阻燃型聚酯材料已顯得非常重要。本文首先系統(tǒng)性綜述了近幾十年所開發(fā)出的無鹵阻燃技術(shù)，探討這

2、些技術(shù)或阻燃體系在聚酯和玻纖增強聚酯中應(yīng)用的可行性。其次，研究了現(xiàn)有阻燃劑或阻燃體系在聚酯和玻纖增強聚酯中的熱解和阻燃機制。最后，針對聚酯和玻纖增強聚酯熱解和燃燒的機理，合成出幾種新型阻燃劑，并研究它們對聚酯和玻纖增強聚酯的阻燃作用。主要研究工作如下：
　　 1．首先比較研究了兩種不同微膠囊化聚磷酸銨：硅凝膠包裹聚磷酸銨(MAPP(Si))和聚氨酯包裹聚磷酸銨(MAPP(PU))對PBT阻燃性能的影響。調(diào)控MAPP和三聚氰胺氰尿

3、酸鹽(MC)之間的比例關(guān)系，制備了幾種無鹵阻燃PBT復(fù)合材料，研究了其熱分解行為和阻燃性能，探討了其阻燃和熱解機理。研究結(jié)果顯示：MAPP(Si)和MAPP(PU)分別與三聚氰胺氰尿酸鹽按相同比例復(fù)配，均能使得PBT材料獲得優(yōu)異的阻燃性能。其次，以有機改性蒙脫土(OMMT)為納米添加劑，制備了PBT/IFR/OMMT納米復(fù)合材料，研究了OMMT和IFR之間的協(xié)同阻燃作用。燃燒性能測試表明低含量的OMMT可以有效的提高材料的阻燃性能。在P

4、BT/IFR/OMMT的炭層研究中首次在掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察到了微米結(jié)構(gòu)的顆粒，這些顆粒的存在保護了PBT基體，使其在500℃的馬弗爐中灼燒10分鐘后仍有α相存在。
　　 2．以無機次磷酸鋁(AHP)為主要阻燃添加劑，通過與三聚氰胺衍生物(MD)、聚碳酸酯(PC)進行復(fù)配，并調(diào)控其比例關(guān)系，組成新的阻燃體系，并成功應(yīng)用于PBT和玻纖增強PBT中。微型燃燒量熱儀(MCC)和熱重，紅外聯(lián)用(TGA-FTIR)分析結(jié)果表明：

5、AHP和三聚氰胺衍生物的復(fù)配使得PBT具有較低的火災(zāi)危險性。同時，總量為20wt％的復(fù)配阻燃劑可以使得PBT獲得較高的極限氧指數(shù)，且能通過垂直燃燒V-0級別測試。對于阻燃玻纖增強PBT復(fù)合材料的研究結(jié)果表明：AHP，MC和PC所組成的阻燃體系可以使得0.8mm厚的玻纖增強PBT(GRPBT)樣條通過垂直燃燒V-0級別測試，且材料的熱釋放速率得到了極大的降低。TGA和炭渣研究表明：PC的加入有效提高了材料的成炭量，并顯著增強了材料的阻燃性

6、能，降低了材料的火災(zāi)危險性。
　　 3．研究了納米粘土(Clay)和AHP對GRPBT阻燃性能和力學(xué)性能的影響，分析了其阻燃作用機制。X射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)分析結(jié)果表明：Clay主要以剝離結(jié)構(gòu)存在于GRPBT中。TGA-FTIR分析結(jié)果表明：在材料熱分解過程中，AHP與Clay的引入極大的抑制了酯類物質(zhì)的釋放。阻燃性能測試結(jié)果表明：AHP能夠有效的提高GRPBT的阻燃性能，而Clay的引入進一步提高了GR

7、PBT的阻燃性能，這是因為均勻分散在PBT基體中的Clay片層在GRPBT-AHP復(fù)合材料燃燒過程中起到了“微反應(yīng)器”的作用。力學(xué)性能測試結(jié)果表明：單獨添加Clay可以提高GRPBT的拉伸強度和模量，而單獨添加AHP使得GRPBT的拉伸強度和模量急劇降低，Clay替代部分AHP恢復(fù)材料的拉伸強度和模量。
　　 4．采用氯化鑭、氯化鈰和次磷酸鈉為原料，合成了次磷酸鑭(LHP)和次磷酸鈰(CHP)。通過SEM分析看出，兩種次磷酸鹽均

8、為棒狀結(jié)構(gòu)，尺寸均為微米級；TGA結(jié)果顯示兩種次磷酸鹽均有良好的熱穩(wěn)定性。以LHP和CHP為阻燃添加劑，設(shè)計制備了一系列阻燃型GRPBT復(fù)合材料。TGA結(jié)果表明低含量的LHP和CHP均提高了GRPBT的熱穩(wěn)定性，降低GRPBT的質(zhì)量損失速率。燃燒性能測試表明LHP和CHP的加入大幅提高了GRPBT的阻燃性能。動態(tài)力學(xué)性能和拉伸性能測試表明LHP和CHP均增強了GRPBT的力學(xué)性能。調(diào)控LHP或CHP和MC之間的比例關(guān)系，設(shè)計制備了另一組

9、阻燃型GRPBT復(fù)合材料。阻燃性能測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料的氧指數(shù)和垂直燃燒測試級別得到進一步提高。
　　 5．比較研究了AHP和CHP對GRPET復(fù)合材料熱解和阻燃性能的影響。TGA分析表明：AHP和CHP的引入均降低了GRPET的熱穩(wěn)定性，而CHP對GRPET熱穩(wěn)定性的影響較小。燃燒性能測試表明AHP和CHP的加入大幅提高了GRPET的阻燃性能，與CHP相比，AHP對GRPET阻燃性能的促進作用更為顯著。調(diào)控AHP和MC之間的比例關(guān)