石墨烯/ABS树脂复合体系的阻燃性能

采用HAAKE流变仪混炼法制备了石墨烯/ABS复合体系,以期提高ABS树脂的阻燃性能,作为对比样,同样方法制备了可膨胀石墨(EG)/ABS复合体系。用扫描电镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对石墨烯进行了表征,采用氧指数和热重分析(TGA)研究了石墨烯的加入量对ABS树脂阻燃性能的影响。研究结果表明,添加石墨烯后,复合体系的氧指数由纯ABS树脂的21%上升到24.8%,且比相同含量的EG提高得更多;石墨烯质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度、弹性模量由纯ABS的37.81MPa、1123MPa提高到40.84MPa、1368MPa。     

POSS/EPDM无机-有机杂化材料

以自行合成的笼形八乙烯基硅倍半氧烷(OVP)与三元乙丙橡胶(EPDM)及硫化剂等通过双辊混炼机制备笼形低聚硅倍半氧烷(POSS)/EPDM纳米杂化材料。测定了POSS/EPDM杂化材料的力学性能和阻燃性能, 并利用热重分析仪及锥形量热仪考察了材料的热稳定性及热释放速率。结果表明: 含OVP的POSS/EPDM纳米杂化材料与纯EPDM相比, 氧指数(LOI)和热稳定性明显提高, 热释放速率显著降低。仅加入0.88%的OVP即可将LOI提高11.8%, 起始热分解温度提高51℃, 残炭量为纯EPDM的1.58倍, 热释放速率降低25.8%, 可见OVP在提高EPDM综合性能方面有较高应用价值。      

白度化包裹红磷/膨胀型阻燃剂协效阻燃ABS的研究

采用极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧UL-94测试、热重分析(TG)和锥形量热仪(CCT)测试研究了膨胀阻燃剂(IFR)/白度化包裹红磷(WMRP)对ABS复合材料的阻燃性能和热稳定性的影响。其中IFR是由硅包裹APP(SiMCAPP)和可膨胀石墨(EG)以质量比为1∶3的比例组成的。结果表明,固定IFR和WMRP总质量分数为15%时,当WMRP的添加量为3%(wt,质量分数,下同)时,阻燃ABS复合材料LOI值最大为30.2%,UL-94测试达到V-0级,阻燃材料在700℃的残炭率为23.7%。锥形量热仪实验表明,相对于纯ABS添加3%WMRP的复合材料其最大热释放速率降低至201.8KW/m~2,总的热释放速率降低至60.7MJ/m~2,总烟释放量降低了47.9%。研究结果显示WMRP与膨胀阻燃剂之间存在阻燃协效作用,加入适量的WMRP可以提高膨胀阻燃剂阻燃效果。     

聚硅倍半氧烷改性光固化硅橡胶绝热耐烧蚀材料

以"巯基-双键"交联体系为基础,室温光固化制备了硅橡胶绝热材料,并研究了新型耐烧蚀填料八苯基硅倍半氧烷(OPS)和八乙烯基硅倍半氧烷(OVP)对硅橡胶性能的影响.采用热重分析、力学测试、氧乙炔烧蚀、极限氧指数、锥形量热和扫描电镜对制备的硅橡胶进行了分析.结果表明,OPS和OVP都可以提高硅橡胶的热稳定性和耐烧蚀性,但对...     

短切碳纤维导电复合材料渗流和PTC行为的唯象分析

为研究短切碳纤维含量和温度对导电复合材料渗流行为的影响,通过Landau相变理论导出了复合材料电导率与填料体积分数及温度的方程,并用该方程分析了短切碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料的渗流和PTC行为。结果表明:复合材料的渗流阈值随温度升高而增加,PTC温度随碳纤维含量增加而上升。当温度由24.6℃上升到108.4℃时,其渗流阈值的理论值由1.06%增加到1.60%;当碳纤维体积分数由3.1%增加到4.6%时,其PTC温度的理论值由120℃上升到170℃。复合材料渗流阈值和PTC温度理论值与实验值符合得很好。      

六硅酸镁与膨胀型阻燃剂协同阻燃聚丙烯

研究了六硅酸镁对膨胀阻燃聚丙烯的协同效应。采用熔融共混法制备了一系列不同配比的六硅酸镁(MS3)/膨胀型阻燃剂(IFR)/聚丙烯(PP)复合材料;通过氧指数、锥形量热测试、热失重分析评价了复合材料的燃烧性能和热稳定性,采用扫描电子显微镜表征了残炭微观结构。发现添加1%的六硅酸镁,膨胀阻燃体系的氧指数由38.1提高至42.0,增加了10.2%,热释放速率峰值和总释热量分别降低了72kW/m2和11 MJ/m2,700℃炭层残留量由6.3%提高至12.5%,膨胀炭层的致密性和完整性显著提高,残炭量显著增加,阻燃和热稳定性显著增强。     

CMSs-An/PET复合阻燃材料的制备和性能

先用酸氧化法修饰碳微球(CMSs)的表面,再用化学合成法将苯胺(An)接枝在CMSs上制备CMSs-An复合物,最后用熔融共混法制备了CMSs-An/PET复合材料。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重(TG)、氧指数仪和垂直燃烧仪等手段对其形貌结构、分散性、热稳定性能、阻燃性能和力学性能进行了表征。结果表明,与原始CMSs相比,苯胺修饰后的CMSs-An在PET基体中的分散性提高了,使CMSs-An/PET的抗拉强度比CMSs/PET提高了20.8%;与纯PET相比,CMSsAn/PET复合材料的热稳定性明显提高,其极限氧指数提高了7.5达到29.2,垂直燃烧级别由V-2级上升到V-0级。     

ABS对β-iPP晶成长及其复合材料的力学性能

采用熔融挤出法制备了一系列不同ABS含量的ABS/iPP复合材料。研究了该复合材料的结晶性能和力学性能。广角X射线衍射扫描结果表明,ABS诱导iPP在β(300)面结晶,在ABS含量为5%(质量分数)时,复合材料β晶的相对含量为0.45;DSC结果表明,ABS的加入能提高复合材料的结晶温度和结晶速率;偏光显微镜观察结果表明,在iPP中加入ABS后,iPP在ABS表面附着生成β球晶。ABS的加入能在一定程度上提高iPP的机械性能,在ABS含量为5%(质量分数)时,复合材料的抗冲击强度提高了16%,热变形温度提高了5℃。综上所述,ABS可以作为iPP的大分子β成核剂,促进β-iPP晶的成长。     

聚乙二醇对纤维素纳米晶体/聚羟基丁酸戊酸酯复合材料性能的影响

为了探讨聚乙二醇(PEG)对纤维素纳米晶体(CNCs)/聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)复合材料性能的影响规律,采用熔融共混法制备了PEG-CNCs/PHBV复合材料。采用环境扫描电镜(ESEM)、DSC、偏光显微镜(POM)、TG、力学试验机表征了复合材料的界面形貌、结晶性能、力学性能。结果表明,PEG的加入使CNCs/PHBV复合材料的断面由光滑变得粗糙,断口凹凸不平;PEG-CNCs/PHBV复合材料球晶尺寸减小,球晶结构产生缺陷,熔融过程转变成两个熔融峰,熔融温度T_m从167.8℃下降到165.1℃,此外,PEG的加入增加了复合材料分子链的移动性,结晶变得困难,结晶度X_c从54.3%下降到50.2%,熔融结晶温度T_(mc)从99.8℃下降到73.5℃;PEG的加入提高了CNCs/PHBV复合材料的冲击强度和拉伸断裂伸长率,25wt%PEG添加量时,较纯PHBV最大增幅分别为56.4%和96.3%,但杨氏弹性模量和拉伸强度不断下降;PEG的加入使复合材料热解过程由一步热解转化成两步,25wt%PEG添加量时,第一步热解中的最快分解温度(T_(max1))从281.5℃上升到285.3℃;第二步热解中的最快分解温度(T_(max2))从371.5℃上升到394.3℃。因此,PEG的加入可以改善CNCs与PHBV界面相容性和结晶性能,从而提高CNCs/PHBV复合材料韧性、塑性和热稳定性。     

不饱和聚酯/蒙脱土阻燃纳米复合材料的制备及表征

采用原位插层复合法制备不饱和聚酯/蒙脱土阻燃纳米复合材料.通过XRD、SEM和TEM等手段表征不饱和聚酯/蒙脱土阻燃纳米复合材料的微观结构;通过拉伸、冲击和氧指数实验对不饱和聚酯/蒙脱土阻燃纳米复合材料的力学性能、阻燃性能进行研究.结果表明,当蒙脱土含量为0.5%时阻燃纳米复合材料与纯不饱和聚酯相比氧指数从22上升到24,此时拉伸强度提高8.76%,冲击强度提高68.65%.与阻燃剂/不饱和聚酯复合材料相比,同等阻燃级别下拉伸强度提高23.06%,冲击性能提高93.9%.     

阻燃ABS复合材料的制备及热分解性能

以阻燃齐聚物(PSPTR)和酚醛树脂(PF)作为膨胀型阻燃剂(IFR)阻燃丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS), 通过极限氧指数(LOI)和水平垂直燃烧(UL-94)测试研究了阻燃PSPTR-PF/ABS体系的阻燃性能。研究表明, 当PSPTR:PF=1:1(质量比), 总质量分数为30%时, 体系的LOI为28.2%, UL-94达V-1级别。采用热重-红外联用(TG-IR)技术探索了阻燃体系的热性能和热分解历程, 发现PSPTR-PF阻燃剂的加入延缓了ABS的热分解, 提高了ABS的热稳定性能。采用SEM、 XRD和Raman光谱分析了燃烧炭层的形貌和结构。结果表明, PF不仅改善了炭层的致密度, 而且完善了炭层的石墨结构, 最终提高了ABS的阻燃性能。     

苯基膦酸铈与十溴二苯醚阻燃玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料

通过熔融共混方法制备苯基膦酸铈（CeHPP）与十溴二苯醚（DBDPO）复配阻燃玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯（GF/PET）复合材料。采用热失重分析（TGA）测试研究了DBDPO-CeHPP对GF/PET复合材料热稳定性的影响。同时利用垂直燃烧（UL-94）、极限氧指数（LOI）及微型锥形量热（MCC）测试表征DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的阻燃性能。使用SEM对DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的残炭表面形貌进行观察分析。结果表明,DBDPO与CeHPP复配后对DBDPO-CeHPP-GF/PET体系的热性能和阻燃性能都有很大的影响。其中,GF/PET复合材料与DBDPO和CeHPP质量比为91:6:3时,DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的LOI高达29.5%,可以通过UL-94 V-0级。在MCC测试中,与纯GF/PET复合材料相比,该配比的DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料总热释放（THR）、热释放速率峰值（PHRR）及热熔（HRC）分别下降了10.2%、13.1%和12.8%。结合残炭形貌的测试结果,对DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的阻燃机制进行了适当的解释分析。      

新型磷系阻燃剂四苯基双酚A二磷酸酯阻燃ABS的应用研究

利用自制的四苯基双酚A二磷酸酯(BDP)及其复配体系制备了阻燃ABS,研究了阻燃ABS的物理机械性能、氧指数(LOI)和垂直燃烧测试性能(UL94)、材料的阻燃性能和烟气释放。试验结果显示:酚醛树脂(NP)的加入可提高BDP阻燃体系的成炭效果,采用BDP/NP=20%/5%的体系阻燃ABS,材料的冲击性能下降了12.00%,LOI达到29.50%,UL94阻燃性能达到V-0级,av-HRR和pkHRR分别下降了46.40%和40.45%,TTI延长30 s,FGI下降了50.75%,6 min内的SEA上升了31.30%,600℃时成炭率为7.19%;采用BDP/NP/APP=20%/5%/5%时,材料的冲击性能降幅为36.00%,LOI最大可达30.10%,UL94阻燃性能为V-0级,av-HRR和pkHRR最大分别下降50.11%和55.58%,TTI延长35 s,FGI最大降幅为64.32%,6 min内的SEA升幅为20.52%,600℃时成炭率为11.15%;采用BDP/NP/纳米SiO2=20%/5%/7%时,材料的冲击性能上升了20.00%,LOI达到31.20%,UL94阻燃性能达到V-0级,av-HRR和pkHRR分别下降了49.45%和58.09%,TTI延长45 s,FGI降幅为68.34%,6 min内av-SEA升幅为13.00%,600℃时成炭率为16.37%,阻燃ABS的综合性能最好。     

无规聚苯基硅倍半氧烷阻燃聚碳酸酯的性能

采用笔者自制的无规聚苯基硅倍半氧烷(IPPS)与聚碳酸酯(PC)通过双螺杆挤出机熔融共混,制得不同含量IPPS的PC/IPPS复合物。利用极限氧指数(LOI),垂直燃烧等级(UL-94)和锥形量热仪对PC/IPPS复合物的燃烧性能进行了表征;通过拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量对PC/IPPS复合物的力学性能进行了表征;通过热失重分析了IPPS对PC热性能的影响。实验表明,当添加质量分数8%的IPPS时,可以使PC的极限氧指数(LOI)从26%提高到35.5%,UL-94(1.6mm)燃烧级别从无级别提高到V-0;热释放速率峰值(PHRR)从570.8 kW/m2降到267.3 kW/m2。燃烧后的炭层表面被白色的二氧化硅覆盖,很好地阻隔辐射热和氧向基材的传递。IPPS使得PC的力学性能有轻微的下降,不改变PC的降解路径。     

环氧树脂/聚磷酸铵复合材料的阻燃性能与热降解行为

利用环氧树脂(EP)成炭能力,引入聚磷酸铵(APP)以提高其阻燃性能。当APP质量分数为9%时,EP/APP氧指数达30.5%,垂直燃烧性能通过V-0级。相比EP,EP/APP的热释放峰值与总热释放均有所下降。此外,利用热失重-红外联用设备研究了EP以及EP/APP的热降解行为并解释相关机理:EP在高温下会释放CO、甲醇等易燃性气体,剧烈燃烧并放出大量的热;APP在低温阶段的热裂解产物会催化EP的降解,但在高温下EP/APP却有热稳定性优异的炭层形成,在火灾中此炭层会覆盖在基体表面保护下部材料以免其遭到进一步的破坏。     

硅油对EVA/ATH复合材料的协同阻燃作用

采用氧指数、锥形量热仪等手段,研究了羟基硅油（HSO）在乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）/氢氧化铝（ATH）体系中的协效阻燃作用。氧指数结果表明,随着HSO添加量的增加,复合材料的氧指数略有所下降,样品EVA1～EVA5的氧指数从31下降至27.5。锥形量热仪结果表明,随着HSO添加量的增加,复合材料的热释放速率峰值呈明显的...     

Preparation of a Novel Phosphorus–Nitrogen-Containing Flame Retardant by Supramolecular Reaction and its Application in Epoxy Resin

Piperazine hexahydrate (PI) and diethylenetriamine penta(methylene phosphonic acid) (DTPMP) are used to synthesize flame-retardant PI-DTPMP through supramolecular reaction. The incorporation of PI-DTPMP simultaneously improves the mechanical and flame-retardant properties of epoxy resin (EP). With only 5 wt% loading of PI-DTPMP, EP composites show excellent flame retardancy with a limiting oxygen index (LOI) of 36.4% and V-0 rating in the UL-94 test. The cone calorimetric test results demonstrates that the peak heat release rate, total heat release, and total smoke release of EP/5%PI-DTPMP are reduced by 44.9%, 34.7%, and 37.7% compared with that of neat EP, respectively, owing to the formation of compact and insulating char layer during combustion. Moreover, EP/PI-DTPMP composites show enhanced mechanical properties with the improved tensile and impact strength, as well as higher storage modulus, crosslink densities, and glass-transition temperatures in dynamic mechanical analysis.     

分子筛/受阻胺对膨胀阻燃聚丙烯的协同阻燃作用

采用热失重、极限氧指数、锥形量热研究了以受阻胺(NOR116)和分子筛为协效剂,与聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)在聚丙烯基体中的热降解行为及协同阻燃性;并用拉曼光谱和扫描电镜分析了残炭的结构和形貌,进一步研究了其协同阻燃机理。结果表明,NOR116/分子筛协效阻燃体系可明显提高极限氧指数并改善燃烧时熔滴缺陷,显著降低热释放速率、烟释放速率;NOR116可有效提高PP的初始分解温度及最大分解速率温度,使膨胀阻燃体系后期的交联成炭及气体释放更加匹配;在燃烧过程中分子筛与膨胀阻燃体系形成了Si-P-Al-C的结构,可有效稳定炭层;拉曼光谱及扫描电镜结果表明,NOR116和分子筛可促进膨胀阻燃体系形成致密且高石墨化程度的炭层,有效阻隔了氧气的进入及热的反馈。     

六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈的制备及其在膨胀阻燃聚丙烯中的应用

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛及γ-氨丙基硅烷三醇(KH553)为反应原料,合成了具有席夫碱结构的有机硅型成炭剂六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈(HKHPCP)。以HKHPCP与聚磷酸铵(APP)的复配物为抗熔滴剂,以N-烷氧基受阻胺(NOR116)为阻燃协效剂,通过熔融共混技术制备了膨胀阻燃聚丙烯(PP)基复合材料(APP-HKHPCP-NOR116/PP)。利用FTIR、核磁共振(1 H和31P NMR)对HKHPCP的化学结构进行了表征。采用热失重、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热、拉曼光谱和SEM研究了阻燃体系的热降解行为、阻燃性能及炭层的石墨化程度和致密性。HKHPCP的热失重结果表明,其在氧气氛围下的初始分解温度为300.2℃,1 000℃时残余率为34.8%。当添加总量为30wt%的阻燃剂时,APP-HKHPCP-NOR116/PP复合材料的极限氧指数(LOI)达到43%,且能通过UL-94V-0级,其热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)及烟释放速率(SPR)、总烟释放量(TSP)相比于纯PP分别降低了75.0%、50.5%和88.0%、80.8%,表现出显著的隔热、抑烟性能。APPHKHPCP-NOR116/PP复合材料燃烧后形成了高石墨化、致密的炭层。     

空心玻璃微珠/硬质聚氨酯泡沫复合材料的制备及性能

以空心玻璃微珠(HGM)为添加剂,采用一步法全水发泡制备了一系列HGM/硬质聚氨酯泡沫(RPUF)复合材料。通过SEM、TG、极限氧指数(LOI)和水平燃烧,研究了HGM/RPUF复合材料的泡孔结构、炭层形貌、热稳定性及阻燃性能。采用万能材料试验机测试了HGM/RPUF复合材料的压缩强度和压缩弹性模量。采用热重-傅里叶红外光谱(TG-FTIR)研究了HGM/RPUF复合材料燃烧过程中的气相产物。研究表明,HGM有成核剂作用,可以缩小HGM/RPUF复合材料泡孔孔径。HGM在燃烧过程中迁移到炭层表面,促进形成致密厚实的炭层。当加入5.4wt% HGM时,HGM/RPUF复合材料的压缩强度及压缩弹性模量分别提高至0.14 MPa和4.53 MPa,相对RPUF,分别提高了37.30%和67.16%。同时发现,HGM能明显抑制HGM/RPUF复合材料在燃烧过程中CO的释放,有效提高了其火灾安全性。