本文關(guān)鍵詞：含有磺酸鹽類阻燃劑的尼龍6復(fù)合材料制備及性能研究

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【摘要】：聚酰胺是應(yīng)用最為廣泛的工程塑料之一,由于自身具有優(yōu)異的綜合性能,因而在電器設(shè)備、汽車零件、化學(xué)化工等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。然而聚酰胺材料極易燃燒,燃燒后的熔滴帶有火焰,造成火災(zāi)大規(guī)模蔓延,這大大限制了聚酰胺材料的使用范圍。因此,許多研究者都在積極地探索阻燃改性聚酰胺的研究。其中,基于磺酸鹽類的阻燃劑具有低煙、低毒、高效的優(yōu)點(diǎn),其在聚酰胺的阻燃改性中表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)。本課題選用磺酸鹽類阻燃劑對(duì)尼龍6進(jìn)行阻燃改性,研究阻燃劑對(duì)材料的阻燃性能、熱穩(wěn)定性等方面的影響,研究?jī)?nèi)容主要分為以下三部分：一、氨基磺酸胍(GAS)對(duì)尼龍6阻燃性能的影響GAS能顯著改善尼龍6的阻燃性能,當(dāng)添加9% GAS時(shí),復(fù)合材料的極限氧指數(shù)(LOI)達(dá)到31.9,垂直燃燒等級(jí)達(dá)到V0,通過熱重-紅外聯(lián)用(TG-FTIR)分析表明,GAS阻燃尼龍6的作用機(jī)理主要是氣相阻燃,GAS自身能在較低溫度下分解,釋放出大量的NH3、SO_2等不可燃?xì)怏w,稀釋氧氣濃度,降低尼龍6的燃燒程度。同時(shí),GAS還會(huì)促使尼龍6降解,生成一定的殘?zhí)?從而對(duì)基體起到保護(hù)作用。二、二硫化鉬(MoS_2)/氨基磺酸胍(GAS)復(fù)配對(duì)尼龍6阻燃性能的影響在尼龍6中單獨(dú)添加MoS_2,能明顯降低材料的最大熱釋放速率,當(dāng)添加15%的MoS_2時(shí),體系的熱釋放速率峰值由純尼龍6的978.9KW/m~2降低到707.9 KW/m~2。MoS_2是一種熱穩(wěn)定性較高的二維片層結(jié)構(gòu)材料,在阻燃過程中主要以固相機(jī)理進(jìn)行阻燃。在總添加量為15%,用5%的GAS替代MoS_2時(shí),復(fù)合材料的LOI為31.4,燃燒等級(jí)提高到V0。分析表明,GAS能夠在較低溫度下發(fā)生分解,釋放出NH3、SO_2不可燃?xì)怏w,這些氣體一方面可以稀釋氧氣濃度,另一方面,能夠帶走部分熱量,抑制聚合物的燃燒,發(fā)揮氣相阻燃機(jī)理的作用。MoS_2可以作為物理屏障阻隔熱量的傳遞,在高于800℃時(shí),發(fā)生氧化反應(yīng),生成三氧化鉬(M003)和SO_2、MoO3是一種抑煙劑,兩者都能作用于基體,提高材料抵抗燃燒的能力。三、氨基磺酸胍(GAS)接枝鱗片石墨及其在阻燃尼龍6中的應(yīng)用選用天然石墨作為阻燃劑,將第一部分使用的阻燃劑GAS通過化學(xué)接枝引入石墨表層,得到GAS改性石墨(GO-GAS),對(duì)改性過程進(jìn)行驗(yàn)證,并將其應(yīng)用到尼龍6中。實(shí)驗(yàn)表明,GO-GAS不僅使尼龍6的阻燃性得到提高,而且增大了石墨與尼龍6的相容性。純尼龍6的LOI只有22.0,3%的天然石墨可以將材料的LOI提高到24.1,而3%的GO-GAS使材料的LOI進(jìn)一步提高到25.5。錐形量熱(CONE)測(cè)試中,GO-GAS對(duì)尼龍6燃燒中熱量釋放的控制作用也明顯高于未改性石墨,純尼龍6的熱釋放速率峰值是978.9 KW/m~2,添加3%的天然石墨后,降低到460.4 KW/m~2,但是在添加3%的GO-GAS后,進(jìn)一步下降為435.6 KW/m~2。結(jié)合TG-FTIR等分析表明,GO-GAS能同時(shí)在固相和氣相中發(fā)揮作用,固相中,片層結(jié)構(gòu)的石墨在燃燒時(shí)能形成殘?zhí)?覆蓋在基體表面,有效地阻隔外部的熱量和氧氣；氣相中,GAS自身分解可以產(chǎn)生NH3,進(jìn)而促進(jìn)尼龍6的降解,兩者共同作用,產(chǎn)生NH3、H_2O和SO_2等惰性氣體,發(fā)揮氣相阻燃的機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：尼龍6 氨基磺酸胍 阻燃性能 接枝改性 阻燃機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ323.6;TB332
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 緒論17-35
• 1.1 引言17
• 1.2 聚合物的燃燒理論17-20
• 1.3 聚合物的阻燃機(jī)理20-26
• 1.3.1 固相阻燃機(jī)理21
• 1.3.2 氣相阻燃機(jī)理21-23
• 1.3.3 協(xié)效阻燃機(jī)理23-26
• 1.4 聚酰胺的結(jié)構(gòu)及降解機(jī)理26-28
• 1.5 聚酰胺的阻燃改性方法28-29
• 1.6 聚酰胺塑料常用的阻燃劑及阻燃機(jī)理29-33
• 1.6.1 鹵系阻燃劑29-30
• 1.6.2 磷系阻燃劑30-31
• 1.6.3 氮系阻燃劑31-32
• 1.6.4 其它無機(jī)阻燃劑32-33
• 1.7 本課題的研究目的和研究?jī)?nèi)容33-35
• 1.7.1 研究目的和意義33
• 1.7.2 主要研究?jī)?nèi)容33-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分35-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備35-36
• 2.3 實(shí)驗(yàn)制備36-40
• 2.3.1 尼龍6/氨基磺酸胍復(fù)合體系的制備36-37
• 2.3.2 尼龍6/二硫化鉬/氨基磺酸胍復(fù)合體系的制備37-38
• 2.3.3 氨基磺酸胍接枝鱗片石墨的制備及尼龍6/石墨復(fù)合體系的制備38-40
• 2.4 性能測(cè)試與表征40-43
• 2.4.1 極限氧指數(shù)(LOI)40
• 2.4.2 水平垂直燃燒等級(jí)(UL-94)40
• 2.4.3 熱失重分析(TGA)40
• 2.4.4 傅里葉紅外分析(FTIR)40-41
• 2.4.5 熱重-紅外聯(lián)用分析(TG-FTIR)41
• 2.4.6 錐形量熱分析(CONE)41
• 2.4.7 掃描電子顯微鏡(SEM)41
• 2.4.8 示差掃描量熱分析(DSC)41
• 2.4.9 X-射線光電子能譜分析(XPS)41
• 2.4.10 力學(xué)性能測(cè)試41-43
• 第三章 尼龍6/氨基磺酸胍復(fù)合材料阻燃性能的研究43-51
• 3.1 研究背景43
• 3.2 結(jié)果與討論43-50
• 3.2.1 阻燃性能分析43-44
• 3.2.2 熱失重分析44-45
• 3.2.3 殘?zhí)砍煞旨t外分析45-46
• 3.2.4 氣體的熱重-紅外聯(lián)用分析46-48
• 3.2.5 結(jié)晶行為的分析48-49
• 3.2.6 力學(xué)性能49-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第四章 尼龍6/二硫化鉬/氨基磺酸胍復(fù)合材料阻燃性能研究51-59
• 4.1 研究背景51
• 4.2 結(jié)果與討論51-57
• 4.2.1 尼龍6/二硫化鉬的阻燃性能分析51-52
• 4.2.2 尼龍6/二硫化鉬的熱穩(wěn)定性分析52-53
• 4.2.3 尼龍6/二硫化鉬的錐形量熱分析53-55
• 4.2.4 尼龍6/二硫化鉬/氨基磺酸胍的阻燃性能分析55
• 4.2.5 尼龍6/二硫化鉬/氨基磺酸胍的熱穩(wěn)定性分析55-56
• 4.2.6 尼龍6/二硫化鉬/氨基磺酸胍的錐形量熱分析56-57
• 4.3 本章小結(jié)57-59
• 第五章 氨基磺酸胍接枝鱗片石墨及其在阻燃尼龍6中的應(yīng)用59-71
• 5.1 研究背景59
• 5.2 結(jié)果與討論59-68
• 5.2.1 氧化石墨的紅外分析59-60
• 5.2.2 氧化石墨的熱失重分析60-61
• 5.2.3 氨基磺酸胍接枝石墨的紅外分析61
• 5.2.4 氨基磺酸胍接枝石墨的熱失重分析61-62
• 5.2.5 氨基磺酸胍接枝石墨的X-射線光電子能譜分析62-63
• 5.2.6 相容性和分散性63-64
• 5.2.7 阻燃性能分析64-65
• 5.2.8 熱失重分析65-66
• 5.2.9 錐形量熱數(shù)據(jù)分析66-67
• 5.2.10 殘?zhí)康膾呙桦娮语@微鏡分析67
• 5.2.11 力學(xué)性能分析67-68
• 5.3 本章小結(jié)68-71
• 第六章 結(jié)論71-73
• 6.1 結(jié)論71-72
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)72
• 6.3 不足與展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-79
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79-81
• 作者及導(dǎo)師簡(jiǎn)介81-83
• 附件83-85

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