阻燃聚甲醛復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、聚甲醛是五大工程塑料之一。因其高強(qiáng)度、高模量的性能特點(diǎn)，經(jīng)常被用來(lái)替代銅、鐵、鋁等金屬材料。此外聚甲醛還具有很好的耐疲勞性、自潤(rùn)滑性和尺寸穩(wěn)定性，這使得聚甲醛被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械、汽車、電子電氣、運(yùn)動(dòng)器械等行業(yè)。聚甲醛樹(shù)脂結(jié)晶度高，缺口極為敏感缺口沖擊強(qiáng)度低，且聚甲醛熱穩(wěn)定性差，極限氧指數(shù)僅為15％，易燃燒，燃燒釋放大量有毒甲醛氣體。因其以上兩個(gè)特點(diǎn)（脆性大和易燃燒）極大的限制了聚甲醛在生產(chǎn)中的發(fā)展，特別是近年來(lái)我們化工廠火災(zāi)不斷，對(duì)阻

2、燃性能的要求也是越來(lái)越高。迄今為止國(guó)內(nèi)外的研究工作者們從未停止對(duì)聚甲醛的阻燃的探索，但聚甲醛阻燃的問(wèn)題卻一直未能得到很好的解決。本文主要研究聚磷酸銨阻燃的改性及其改性阻燃劑阻燃聚甲醛，研究APP粒子的包覆改性過(guò)程以及改性粒子的阻燃效果。
　　本文首先研究了阻燃劑聚磷酸銨(APP)包覆改性的合成過(guò)程，分別制備以熱塑性聚氨酯和熱固性聚氨酯為囊材的PUAPP粒子。對(duì)PUAPP粒子采用紅外吸收分析、透射電子顯微鏡電鏡(TEM)等表征方法研

3、究其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，PUAPP的紅外吸收峰有明顯的羰基吸收峰，說(shuō)明PUAPP中具有聚氨酯成分。此外通過(guò)透射電鏡觀察PUAPP粒子形貌，可以觀察到PUAPP粒子具有明顯的核殼結(jié)構(gòu)。研究了PUAPP粒子的水溶性和疏水性，表明PUAPP粒子較APP粒子具有更低的水溶性和較強(qiáng)的疏水性。較強(qiáng)的疏水性表明PUAPP阻燃粒子與聚甲醛基體有更好的相容性。此外還對(duì)比了PUAPP粒子的熱穩(wěn)定性能，通過(guò)熱穩(wěn)定分析，可知PUAPP的熱穩(wěn)定性更好。在兩種不同的聚氨酯包

4、覆改性聚磷酸銨粒子有著不同的效果，其中以熱固性聚氨酯樹(shù)脂改性聚磷酸銨粒子具有更好的疏水性、熱穩(wěn)定性。APP粒子的表面改性使得APP粒子和聚合物之間有更好的相容性，使得APP阻燃粒子的應(yīng)用范圍更加的廣泛，在這拓展APP阻燃劑應(yīng)用方面具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。其次，研究了不同改性聚磷酸銨粒子阻燃POM的阻燃效果。結(jié)果表明:包改性的聚磷酸銨粒子阻燃性能明顯優(yōu)于未改性聚磷酸銨粒子，在使用相同配比情況下，使用PUAPP粒子阻燃的POM復(fù)合材料的UL-9

5、4可以達(dá)到V-0級(jí)別（APP阻燃復(fù)合材料為V-1），極限氧指數(shù)(LOI)可達(dá)到66.5％。在相同阻燃劑比例的提前下，PUAPP粒子的阻燃效果明顯優(yōu)于APP的阻燃效果。PUAPP粒子表面的PU層可以充當(dāng)成炭劑，增強(qiáng)復(fù)合材料的成炭能力。此外所形成炭層還可以有效隔離酸性物質(zhì)和聚甲醛基體的接觸，減緩酸性物質(zhì)對(duì)POM基體分解的催化作用;包覆改性聚磷酸銨粒子在阻燃POM復(fù)合材料的燃燒過(guò)程中具有更低熱釋放速率(HRR)、總熱釋放量(THR)以及更高的

6、成炭率。兩種改性的PUAPP在阻燃方面均表現(xiàn)優(yōu)于APP;熱固型PUAPP在阻燃方面比熱塑性PUAPP表現(xiàn)更佳;對(duì)比未改性APP時(shí)，在使用包覆改性APP阻燃聚甲醛復(fù)合材料在力學(xué)性能方面表現(xiàn)更加的優(yōu)異。其中在拉伸強(qiáng)度方面表現(xiàn)突出，可以達(dá)到37.0 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度為4.1 kJ/m2力學(xué)性能基本保留優(yōu)于未改性APP阻燃復(fù)合材料。PUAPP是以PU為囊材料的微膠囊粒子，其表面的PU與POM的結(jié)合力明顯優(yōu)于無(wú)機(jī)粒子和POM之間的結(jié)合力，而在

7、宏觀表現(xiàn)出較好的物理力學(xué)性能。對(duì)比兩組不同囊材料的PUAPP在復(fù)合材料中的效果，以熱固性PUAPP表現(xiàn)更加突出。聚甲醛(POM)因?yàn)槠涮攸c(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其成為為難阻燃的復(fù)合材料之一。研究阻燃聚甲醛復(fù)合材料時(shí)，在加工過(guò)程少量的酸、堿即會(huì)引發(fā)聚甲醛基體的大量分解，此外聚甲醛基體也對(duì)溫度非常敏感，加工溫度區(qū)間約20℃左右。聚磷酸雖然具有較好的阻燃效果，但聚磷酸銨在燃燒過(guò)程中分解產(chǎn)生出的酸性物質(zhì)會(huì)催化聚甲醛基體的分解，加速聚甲醛的燃燒。這就使得