發(fā)布時間：2020-06-25 12:19

【摘要】：聚酰胺是一種重要的工程塑料,具有優(yōu)良的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性等特點,因此廣泛應(yīng)用于汽車、建筑和電子電器等領(lǐng)域。然而由于聚酰胺的易燃和易產(chǎn)生熔滴的特性而限制了材料的使用,將阻燃劑添加到聚酰胺材料中可以改善其阻燃性能。傳統(tǒng)的方法是采用鹵素阻燃劑對材料進行阻燃改性,盡管能夠取得較好的阻燃效果,但在燃燒過程中有毒和腐蝕性氣體的釋放對環(huán)境產(chǎn)生了負面影響。近些年來的研究可以發(fā)現(xiàn),含磷阻燃劑是一種環(huán)境友好型阻燃劑,利用含磷阻燃劑阻燃聚酰胺的研究和應(yīng)用受到人們的高度重視。在磷系阻燃劑中,次磷酸鹽阻燃劑對聚酰胺具有顯著的阻燃效果。但為了達到較高的阻燃效率,次磷酸鹽阻燃劑的添加量普遍較高,因而材料的力學(xué)性能明顯降低。本文中選取了次磷酸鋁(AlHP)和二乙基次磷酸鋁(AlPi)兩種阻燃劑與四種不同類型的協(xié)效劑采用熔融共混的方法對PA 66(polyamide 66)進行阻燃改性,四種協(xié)效劑分別為海泡石(Sep)、納米二氧化硅(SiO2)、硅樹脂(SI)和竹炭(BPC)。將次磷酸鹽阻燃劑同協(xié)效劑進行協(xié)效后添加到材料中,可以起到降低阻燃劑總的添加量和提高材料力學(xué)性能的作用。同時也對協(xié)效體系與PA 66材料的阻燃作用機制進行初步的探索。采用垂直燃燒(UL-94)和極限氧指數(shù)(LOI)對阻燃PA 66協(xié)效體系的阻燃性能研究。結(jié)果表明：將Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑分別加入到阻燃PA 66/AlPi和PA 66/AlHP體系中后可以發(fā)現(xiàn),AlPi和AlHP兩種阻燃劑的阻燃效率顯著提高,氧指數(shù)也維持在較高的水準。AlPi與0.2μm和5μm兩種規(guī)格的BPC進行協(xié)效后加入到PA 66材料中,樣條不能通過垂直燃燒測試。而將AlHP與兩種規(guī)格的BPC進行協(xié)效,可以發(fā)現(xiàn)BPC的加入能夠顯著的提高PA 66/AlHP體系的阻燃性能。通過垂直燃燒和氧指數(shù)分析可以證明Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑與AlPi和AlHP兩種阻燃劑都存在著顯著的協(xié)效作用。而BPC的加入降低了AlPi的阻燃效率,相反,BPC與AlHP之間協(xié)效作用比較明顯。利用錐形量熱儀(CONE)對阻燃PA 66協(xié)效體系的燃燒性能進行分析。研究結(jié)果表明,Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑的加入能夠顯著的降低阻燃PA 66材料的熱釋放速率(PHRR)、熱釋放總量(THR)等重要參數(shù)。對于PA 66/AlHP阻燃體系而言,BPC的加入能夠顯著的提高阻燃材料的燃燒性能。采用熱重分析技術(shù)(TGA)對PA 66阻燃體系的熱降解行為進行研究。結(jié)果表明：將Sep、SiO2口SI加入到PA 66/AlPi和PA 66/AlHP兩種阻燃體系中,可以增加兩種阻燃體系的殘留物生成量,顯著的提高體系在高溫區(qū)的熱穩(wěn)定性。對于包含0.2gm和5μmBPC的PA 66/A1HP阻燃體系,其降解過程都向高溫區(qū)移動,最終殘留物的生成量分別為14.5 wt %和23.93 wt %�？梢宰C明BPC的加入可以顯著的提高材料的熱穩(wěn)定性通過熱重分析-紅外光譜聯(lián)用技術(shù)(TG-IR)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)等方法對協(xié)效阻燃PA 66體系的阻燃機理進行研究�？梢宰C明：A1Pi對PA 66材料是通過氣相機理起到阻燃作用的。Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑的加入使得A1Pi通過凝聚相阻燃機理對PA 66起到阻燃作用；而A1HP對PA66材料進行阻燃時,凝聚相機理起到阻燃的主導(dǎo)作用。Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑可以和AlPi降解產(chǎn)生的二乙基次磷酸形成含磷酸鹽,減少含磷化合物的揮發(fā)量。利用XPS對PA 66/AlPi/SI體系的殘留物進行分析,發(fā)現(xiàn)體系的磷含量明顯提高。因此能夠證明協(xié)效阻燃體系可以通過凝聚相阻燃機理對PA 66進行阻燃,提高PA 66材料的成炭能力,并且起到加固炭層的作用。對于PA 66/AlHP阻燃材料,協(xié)效劑的加入能夠促使A1HP降解生成磷酸和焦磷酸,在固相中,磷酸和焦磷酸可以促進PA 66降解成炭,且降解后產(chǎn)生的致密炭層可以阻止氧和熱傳遞到聚合物基體內(nèi)部,有利于提高材料的阻燃性能。通過力學(xué)性能測試可以發(fā)現(xiàn),Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑的加入可以改善PA66/AlPi(AlHP)阻燃體系力學(xué)性能的降低趨勢。將BPC加入到PA 66阻燃體系中后,和純PA 66相比較,阻燃材料的拉伸強度和彎曲強度具有顯著的提高,而沖擊強度卻有所降低。當A1HP加入到PA 66/BPC協(xié)效體系中后,材料的力學(xué)性能有所下降。但除了沖沖擊強度以外,拉伸強度和彎曲強度依然高于純PA 66體系。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ323.6

【參考文獻】

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本文編號：2729118