膨胀型阻燃聚乙烯MWNT复合材料的阻燃性及燃烧性能研究

利用本实验室最近合成的两种新型阻燃剂（SPS和PTEN）与聚磷酸铵㈣及碳纳米管（MWNT）复配，并应用于低密度聚乙烯（LDPE），得到膨胀型阻燃LDPE／MWNT复合材料。通过氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热试验（CONE）对膨胀型阻燃LDPE／MWNT复合材料的阻燃性能和燃烧性能进行了研究。结果表明，在该膨胀型阻燃体系中，IFR与MWNT之间存在明显的协效阻燃作用，并且大大降低了低密度聚乙烯的可燃性和热释放速率（H刚时，而且燃烧后的残炭量大大增加。实验的最佳配方可使LDPE的氧指数值达30．6，UL-94达V-0级。     

苯并噁嗪树脂及其玻璃纤维增强复合材料的阻燃改性

应用聚磷酸铵(APP)对苯并噁嗪(BOZ)树脂及玻璃纤维(GF)/BOZ复合材料进行了阻燃改性,结合热分析和微观形貌分析等研究了材料的阻燃机制。结果表明:APP可以明显提高BOZ树脂的阻燃性能,随APP含量的提高,树脂体系的极限氧指数逐渐提高,添加量为3wt%时可使BOZ树脂的极限氧指数从基体的31.5%提高到34.5%,并达到UL 94V-0级。APP的加入使改性树脂体系的分解温度前移,玻璃化转变温度略有下降,改性树脂体系固化反应提前,反应过程变得缓和。APP的加入使GF/BOZ复合材料的阻燃性能进一步提高,10wt%GF/APP-BOZ复合材料的极限氧指数从GF/BOZ的51.0%提高到57.7%。微观形貌分析表明:APP的加入使APP-BOZ改性树脂及GF/APP-BOZ复合材料燃烧后生成更为致密的炭层,从而使材料的阻燃性能得到提高。     

聚苯醚与膨胀型阻燃剂协同阻燃聚苯乙烯的研究

聚苯醚(PPO)和含P-N膨胀型阻燃(IFR)复配使用,实现了聚苯乙烯(PS)的阻燃。通过X射线衍射、热重分析和极限氧指数分析和表征IFR/PPO/PS复合材料的断面形貌,热稳定性和阻燃性能。并通过对数据的分析,讨论了PPO和IFR对PS炭化和阻燃性能的影响。结果表明,PPO和IFR的结合可以有效地提高复合材料的阻燃性能。添加20%的PPO和40%的IFR就可以使极限氧指数达到30.2%,并明显提高了成炭性能。此外,碳质泡沫层,隔热效果、阻燃和抑烟效果都比较好。通过一系列的数据分析可以发现PPO和IFR的组合表现出协同阻燃作用。     

聚酰胺6对聚丙烯/膨胀阻燃体系阻燃性和力学性能的影响

以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)组成的膨胀阻燃剂(IFR)为主阻燃剂，有机蒙脱土(OMMT)为协效阻燃剂，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)为增韧剂，以聚酰胺6(PA6)为聚合物成炭剂，采用熔融共混法制备了PP/PA6/POE-g-MAH/IFR/OMMT阻燃复合材料，并研究了PA6对PP阻燃复合材料阻燃性和力学性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、热重分析、扫描电子显微镜和力学性能测试等手段对PP阻燃复合材料进行了测试与表征。结果表明：成炭剂PA6的加入，可显著地提高PP阻燃复合材料的阻燃性能，当PA6含量为5%时，PP阻燃复合材料的LOI由原来不含PA6时的25.5%提高到了30.0%,垂直燃烧等级由原来的无等级提高到了UL-94 V-0级，且随着PA6含量的进一步增加，LOI在逐渐增大。但PA6的加入，会使PP阻燃复合材料的力学性能下降。     

三嗪成炭剂和聚磷酸铵协同阻燃动态硫化热塑性弹性体阻燃性能及成炭机制

将三嗪成炭剂(CFA)与聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR),采用极限氧指数、垂直燃烧和锥形量热等测试研究了不同CFA和APP的比例对动态硫化热塑性弹性体(TPV)阻燃性能和力学性能的影响;并用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射和红外光谱分析了残炭的形貌和结构,进一步研究了其成炭机制。研究结果表明,当CFA和APP的质量比为1∶3,总添加量为40%(质量分数)时,TPV/IFR复合材料具有最佳的阻燃性能,LOI达到26.4%,且通过UL-94 V-0级;锥形量热测试表明,TPV/IFR复合材料具有优异的阻燃和抑烟性能;力学性能测试表明,TPV/IFR复合材料仍具有优异的力学性能,其拉伸强度和断裂伸长率分别为4.19 MPa和391.06%;残炭的形貌和结构分析表明,TPV/IFR复合材料以凝聚相成炭阻燃作用为主,燃烧后形成含有P-O-C和P-O-P交联结构的致密石墨焦炭层,起到隔热隔氧的作用,提高了材料的阻燃性能。     

增容剂EVA-g-MAH对乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚酰胺6阻燃合金性能的影响

采用熔融共混法,以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)为原料组成的膨胀阻燃剂(IFR),制备了乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚酰胺6/IFR(EVA/PA6/IFR)阻燃复合材料,并研究了增容剂EVA-g-MAH对EVA/PA6阻燃合金阻燃性和力学性能的影响。通过极限氧指数、垂直燃烧、熔融指数、力学性能、热重分析和扫描电子显微镜等手段对EVA/PA6阻燃合金进行了性能测试与表征。结果表明:随着EVA-g-MAH用量的增加,EVA/PA6阻燃合金的极限氧指数稍有降低,但当EVA-g-MAH质量分数为10%时,垂直燃烧可达UL 94V-0级;拉伸强度和断裂伸长率随着增容剂含量的增加而逐渐升高。热重分析结果表明,增容剂可提高EVA/PA6阻燃合金的热稳定性。     

新型无卤膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料的非等温结晶动力学

通过熔融混合将有机杂环磷酸酯1,3,5-三(5,5-二甲基-1,3-二氧杂环己内磷酸酯基)苯(FR)和聚磷酸铵(APP)组成的膨胀阻燃剂(IFR)与低密度聚乙烯(LDPE)作用,制备出新型膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料(IFR/LDPE)。用差示扫描量热法(DSC)研究IFR对LDPE非等温结晶行为的影响,用Jeziorny法、Ozawa法及莫志深法研究了低密度聚乙烯阻燃改性前后的非等温结晶动力学,并用Kissinger法、Takhor法研究了纯LDPE及IFR/LDPE共混体系结晶活化能的变化。结果表明:IFR的加入在提高LDPE阻燃性能的同时,对LDPE结晶起到异相成核作用,但是阻碍了PE分子链的规则排列,使LDPE晶体的生长减慢,最终使阻燃聚乙烯总的结晶速率降低。     

海泡石协同膨胀阻燃聚丙烯的TGA/XPS分析

将海泡石添加到聚磷酸铵(APP)/双季戊四醇(DPER)膨胀阻燃聚丙烯(PP/IFR)体系中,采用氧指数、热重分析及X射线光电子能谱法研究了体系的阻燃性能及作用机理。结果表明,添加海泡石后氧指数达到26.1%,协同指数达到1.1;海泡石可以提高膨胀炭层的热稳定性,增加高温时残炭量;海泡石与APP发生化学反应,形成Si-O-P键,可增加APP高温分解时的稳定性;同时,海泡石具有表面迁移现象,海泡石及热解的含硅类氧化物起到了阻隔的作用。     

阻燃型PA6／PP／硅灰石复合材料的制备及阻燃机理研究

采用固相力化学方法制备的聚丙烯接枝羟甲基丙烯酰胺作增容剂，以高效低毒的三聚氰胺三聚氰酸盐（MCA）作阻燃剂制备了阻燃型硅灰石填充尼龙6/聚丙烯复合材料，该复合材料具有很好的力学和阻燃性能，当MCA与聚合物质量比为10%时，该复合材料的极限氧指数达到31，拉抻强度为54.1MPa，悬臂梁缺口冲击强度为59.7J/m。通过TG和FT-IR分析对阻燃机理作了初步的探讨。     

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。     

β-环糊精-聚磷酸铵对黄麻/聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

将黄麻纤维和聚丙烯纤维（PP）通过梳理、铺网和针刺的方式形成黄麻/PP复合材料毡,采用表面撒粉工艺,将阻燃剂β-环糊精（β-CD）、β-CD与聚磷酸铵（APP）复配热压后在黄麻/PP复合材料表面形成阻燃层,采用FTIR、极限氧指数测试仪、水平燃烧测试仪、锥形量热测试仪、热重分析测试仪、SEM及万能试验机等检测黄麻/PP复合材料阻燃性能、力学性能、成炭性能及样品表面微观形貌。结果表明:β-CD与APP复配后在黄麻/PP复合材料表面热压成膜可以显著提高复合材料的阻燃性能和热稳定性。当β-CD-APP复配阻燃剂质量分数为20wt%、β-CD与APP的质量比为1∶2时,黄麻/PP复合材料水平燃烧58 s后自熄,极限氧指数（LOI）值达到26.6%,根据日本JISD 1201—77标准,属于第三难燃等级材料,此时热释放速率和有效燃烧热值最小,700℃时的残炭量增加了11.68%。力学性能测试表明,在黄麻/PP复合材料表面增加阻燃层后,弯曲强度增加而拉伸强度不受影响。      

可再生阻燃疏水复合纸板的制备及其力学性能

为了研制一种兼具阻燃性及疏水性并有优良力学性能的可再生复合纸板,本研究以聚磷酸铵（APP）-卡拉胶（KC）构建了膨胀型阻燃体系（IFR）,以正硅酸乙酯（TEOS）-甲基三甲氧基硅烷（MTMS）@氢氧化镁铝（MAH）作为协同阻燃剂、以硅烷偶联剂KH550（AEMO）@SiO₂作为疏水性填料、以可再生纸浆为基材,制备了APP-KC-[（TEOS-MTMS）@MAH]-（AEMO@SiO₂）复合纸板,并测得其力学性能;采用垂直燃烧实验和极限氧指数（LOI）表征纸板的阻燃效果;采用FE-SEM表征微观形貌;通过FTIR分析燃烧前后功能团变化;利用TG分析其热稳定性;采用接触角（CA）测试、滚动角（SA）测试等来测定其疏水性能。测试结果发现,复合纸板吸水率为1.78 g·m^-2、戳穿强度为6.4 J;边压强度为8.3 kN·m^-1、平压强度为360 kPa。采用优选配方（APP、KC、MTH、ATH的质量比为3∶2∶1∶1）时LOI达到32%;燃烧实验后得炭化长度为19 mm,续焰时间为0.5 s,灼焰时间为...     

膨胀阻燃剂的分布对PBS/TPU共混物阻燃性能的影响

以聚磷酸铵(APP)和季戊四醇(PER)为原料组成的膨胀阻燃剂(IFR),以热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为聚合物成炭剂，采用熔融共混法对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)进行阻燃改性，并考察IFR分布位置对PBS/TPU共混物阻燃性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、锥形量热分析、热重分析、流变性能测试和扫描电子显微镜(SEM)等对PBS/TPU/IFR阻燃复合材料进行了测试与表征。结果表明：成炭剂TPU的加入，可显著地提高PBS/IFR共混体系的阻燃性能，如当体系中不含TPU时，IFR含量为20%时，PBS/IFR共混体系的LOI为20.0%,UL 94垂直燃烧等级为无等级；而当体系中加入TPU后，不管IFR分布位置如何，其LOI可达28%左右，UL 94垂直燃烧等级为V-2。在IFR含量为25%时，IFR的分布位置对阻燃性能也有影响，当IFR直接分布于PBS相时，其UL 94垂直燃烧等级为V-0,优于IFR分布于TPU相的V-2级。     

三聚氰胺氰尿酸盐改性PPO/PS复合材料的燃烧性能和流动性能

以无卤阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为改性剂, 采用熔体共混法制备了改性聚苯醚/聚苯乙烯 (PPO/PS)复合材料。通过XRD和SEM对MCA-PPO/PS复合材料的微观结构进行了表征, 重点研究了复合材料的燃烧性能和流动性能。研究发现: 在复合材料的制备和加工过程中MCA的微观结构并没有发生任何变化, 因此复合材料中MCA的阻燃作用不变。MCA在复合材料中分散比较均匀, 无明显团聚现象。与纯PS相比, 质量比为100:100的PPO/PS在燃烧时的氧指数增加5.4%, 热释放速率峰值降低33.1%, 但总烟释放量增加近1.5倍。在PPO/PS中加入MCA后得到的复合材料的阻燃性能随着MCA用量增加而逐渐增强, 发烟量大幅度降低, 同时熔体黏度减小, 流动性增加。在MCA-PPO/PS复合材料中加入5%、 25%和45%质量分数的MCA可分别使复合材料的总烟释放量比PPO/PS降低43.7%、 82.6%和91.6%。PPO/PS的阻燃机制为凝聚相成炭阻燃, 随着MCA用量增加, MCA-PPO/PS复合材料的阻燃机制逐渐转变为气相稀释和对聚合物基体的冷却效应。加入MCA对MCA-PPO/PS复合材料可同时起到阻燃、 抑烟和改善加工流动性的作用。     

MCA阻燃剂的合成及其在PA6中的应用

目的用一种新的方法合成三聚氰胺氰尿酸盐(MCA),并探究其在聚酰胺6(PA6)中的应用。方法将三聚氰胺(MA)、氰尿酸(CA)和少量水混合成膏状物,并使其在室温下反应一定时间,再加入少量MCA,使其继续反应以制备MCA阻燃剂。将制备的MCA与PA6熔融共混制备阻燃PA6复合材料,用FTIR,XRD,TG,SEM对制备的MCA进行表征,对阻燃PA6复合材料的阻燃和力学性能进行测试。结果所制MCA的FTIR和XRD特征峰与在水中合成MCA的特征峰一致;所合成的MCA最大热失重温度达到451.7℃。在阻燃剂质量分数为8%时,阻燃PA6复合材料的极限氧指数(LOI)为29%,阻燃性能达到UL-94V0级。随着阻燃剂含量的增加复合材料的力学性能有所降低,当阻燃剂质量分数为8%时,拉伸强度为66.4 MPa,冲击强度为4.7 kJ/m~2。结论用文中方法合成的MCA具有工艺简单、不需加热、耗水量低等优点,大大提高了PA6复合材料的阻燃性能。     

异氰酸酯类成炭剂的合成及在无卤阻燃聚丙烯中的应用

以三(2-羟乙基)异氰脲酸酯与对苯二甲酸为原料,通过熔融聚合反应,在无溶剂条件下制备出异氰酸酯类化合物(TT1),采用核磁氢谱、红外光谱、元素分析对TT1结构进行表征,通过热重对TT1的热稳定性进行测定。将TT1与结晶II-型聚磷酸铵(APP-II)按照不同比例复配得到膨胀型阻燃剂(IFR),将IFR添加到聚丙烯(PP)中,得到PP/IFR阻燃复合物。通过氧指数、UL-94垂直燃烧、锥形量热测试对PP/IFR复合物的阻燃及燃烧性能进行评定,通过TG对其热稳定性进行研究,以扫描电镜观测阻燃复合物燃烧后生成的炭层微观结构。测试结果表明,TT1和APP存在协效作用,复配的膨胀阻燃剂IFR对PP具有优良的阻燃效果。当IFR添加量为25%(质量分数,下同)时,PP/IFR的氧指数达到32.3%,UL-94垂直燃烧达到V-0级(样条厚3.0mm),且阻燃复合材料燃烧中热释速率明显减缓。     

膨胀阻燃剂复合阻燃环氧树脂的研究

对膨胀阻燃剂复合阻燃环氧树脂进行了深入研究。选择聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)两种阻燃剂复配制备了阻燃环氧树脂试样,结果表明:APP与MCA的最佳质量比为3∶1。基于APP和MCA的最佳比例,分别选择红磷(P)、硼酸锌(ZB)和季戊四醇(PT)作为协效剂,结果表明,P的加入使得试样的氧指数提高最大,但力学性能下降很大;PT与APP、MCA具有最佳协同效应,最佳配方为:80%树脂,18%APP/MCA(质量比为3∶1),2%的PT,试样的氧指数为29.4%,垂直燃烧达到UL94V-0级,拉伸强度为33.3MPa,冲击强度为5.8kJ·m-2。     

聚磷酸铵/纳米SiO_2阻燃水稻秸秆/聚乙烯复合材料的研究

采用聚磷酸铵(APP)与纳米SiO_2阻燃水稻秸秆/高密度聚乙烯(HDPE)木塑复合材料,通过力学性能、极限氧指数、垂直燃烧、热重分析(TGA)和扫描电镜等研究了复合材料的界面,力学,阻燃性能及热降解行为。研究结果表明,当添加17%(wt,质量分数,下同)的APP与3%的纳米SiO_2时达到V-0级,极限氧指数提高了30.8%。拉伸强度提高了42.8%,弯曲强度提高51.9%,冲击强度提高了73.9%。TGA与SEM研究表明,APP与纳米SiO_2对木塑复合材料具有阻燃协效效应,APP使秸秆粉碳化同时膨胀发泡,纳米SiO_2加固炭层是阻燃的主要原因。     

RDP与APP/MC/PPO复配膨胀阻燃聚乙烯的研究

采用聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺氰脲酸盐(MC)和聚苯醚(PPO)复配制备膨胀阻燃剂(IFR),与阻燃协效剂间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)进行聚乙烯(PE)阻燃。借助氧指数、垂直燃烧测试,探讨IFR与阻燃协效剂RDP间的协效性,研究RDP不同添加量对IFR阻燃复合材料燃烧性能的影响,并对其力学性能进行测试。利用TG,DTG热分析技术对协效性进行验证。结果表明:RDP与IFR具有阻燃协效作用,RDP的协效性主要在热分解的第一阶段发挥作用,可催化APP提前分解,RDP的加入降低了热分解过程的热释放量,促进了多孔泡沫炭层的形成,并显著提高材料的残炭量;当RDP的添加量为5%(质量分数)时,氧指数(LOI)达到最大值31,并通过UL94V-0级。可见RDP与APP/MC/PPO阻燃剂复配可大幅提高PE的抗燃烧性能。     

有机蒙脱土与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯

分别以膨胀型阻燃剂(IFR)为主阻燃剂、有机蒙脱土(OMMT)为协效阻燃剂,对聚丙烯(PP)进行阻燃改性。采用UL-94垂直燃烧、极限氧指数(LOI)、热失重(TG)及拉伸等测试分别表征PP/IFR/OMMT复合材料的阻燃性能、热稳定性能及力学性能,研究了IFR和OMMT对PP阻燃性能、力学性能和热稳定性能的影响。通过红外线光谱仪分析了试样物质组成及扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的外观形貌。结果表明:OMMT的加入,使PP/IFR复合材料体系的热稳定性和阻燃性能得到极大提高。当添加2%(质量分数)OMMT,PP/IFR/OMMT复合材料的LOI值从18%上升到23%,阻燃级别从NR提升到V-0,并且无熔滴滴落,同时复合材料的力学性能也较好,拉伸强度达到34.46MPa,断裂伸长率能达到107.19%。