阻燃功能核壳结构木塑复合材料制备及性能研究

通过在表层添加有机改性蒙脱土(OMMT)与聚磷酸铵(APP)以及纳米氢氧化镁[Mg(OH)_2]与APP制备具有阻燃功能的核壳型木塑复合材料,并利用力学性能测试、锥形量热测试和热重分析,研究了阻燃剂对核壳型木塑复合材料的力学性能、燃烧性能和热稳定性能的影响。结果表明,OMMT与APP有更好的协同效果和阻燃效果,其热释放总量以及热释放速率都呈下降趋势,但是复配之后的产烟量却增多。热失重分析结果表明,APP与OMMT的复配和APP与Mg(OH)_2的复配相比较,前者残炭率更高,达到了55.2%。两种阻燃剂复配后弯曲强度和弹性模量呈现下降趋势,力学强度下降。综合比较,APP与OMMT复配阻燃性能更好。     

新型阻燃木塑复合材料的制备及其性能研究

应用有机硅阻燃剂(FRX-210)及FRX-210与聚磷酸铵(APP)或有机磷氮阻燃剂(PNP)的复合阻燃剂制备了阻燃木塑复合材料,研究了阻燃剂对PE基木塑复合材料的阻燃性能及力学性能的影响。结果表明,FRX-210使木塑复合材料的极限氧指数(LOI)提高,且随FRX-210添加量的增加而增加,添加40份FRX-210,使木塑材料的LOI提高了34%。FRX-210使木塑复合材料的热、烟、CO、CO_2释放量显著降低,火灾性能指数提高,且对材料的力学性能的影响较小。FRX-210与APP及PNP对PE基木塑复合材料具有阻燃协效作用,且FRX-210与APP复配后的阻燃效果明显优于与PNP复配的效果。     

卡拉胶/金属氧化物协同聚磷酸铵制备阻燃天然橡胶

将卡拉胶(KC)、聚磷酸铵(APP)分别和Fe2O3、CuO、Al2O3、MnO24种金属氧化物(MO)三者复配构成的协同阻燃剂(KC/MO/APP)加入到天然橡胶(NR)中,制备了NR/KC/MO/APP复合材料.通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥形量热(CCT)测试了其阻燃性能.结果表明,NR/KC/MO/APP复合材料的阻燃等级均达到UL-94 V-0级,LOI在26.5％～27.3％之间,具有较好的阻燃性.与NR相比,NR/KC/CuO/APP复合材料的热释放速率峰值和总热释放量分别下降了63.7％和42.0％.同时KC/MO/APP还有抑烟作用,NR/KC/Fe2O3/APP复合材料总烟释放量比NR下降了35.0％,处于最低水平.TGA结果显示,NR/KC/CuO/APP复合材料800℃时的残炭量(W800)达到34.85％,比NR/APP提高了28.7％.NR/KC/MO/APP复合材料炭层更致密,表明KC/MO与APP的协同作用对形成稳定炭层起着重要作用.另外,NR/KC/MnO2/APP复合材料力学性能最优,其拉伸强度和断裂伸长率比NR/APP分别提高32.6％和20.9％,表明MnO2的加入可弥补阻燃剂对NR造成的力学性能损失.     

APP/ADP体系阻燃木塑复合材料研究

选用聚磷酸铵(APP)与二乙基次膦酸铝(ADP)复配用于木塑复合材料(WPC)的阻燃并研究了材料的阻燃性能。结果表明,纯WPC的氧指数(LOI)值为23.5%,当单独添加19%(wt)的APP时,材料通过了垂直燃烧测试UL-94 V-0级,LOI值为28.9%。当APP与ADP以质量比为6∶1复配,阻燃剂总添加量仅为15%(wt)时,材料通过了UL-94 V-0级,LOI值达到了28.7%,表明ADP/APP体系对WPC具有很好的协同阻燃效应。力学性能测试表明,APP/ADP体系的加入对材料的力学性能影响较小。热重分析测试表明,APP/ADP体系促进了材料的初期热降解,但提高了材料的成炭性能。锥形量热测试及扫描电镜对残炭的测试表明,APP/ADP体系的加入使得材料在燃烧过程中形成了膨胀、连续的炭层,很好地抑制了材料的燃烧,使得材料的热释放速率、总热释放量显著降低。     

含磷二元醇/APP阻燃硬质聚氨酯泡沫的性能

以聚醚多元醇、多次甲基多异氰酸酯、含磷二元醇(P-polyol)和聚磷酸铵(APP)为主要原料,制备出综合性能较好的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)。结果表明:P-polyol与APP复配,可在提高RPUF阻燃性能的同时,增强力学性能,提高热稳定性;当P-polyol的添加量为31.8份、APP的添加量为95.0份时,改性RPUF的极限氧指数(LOI)增大至27.0%,烟密度等级(SDR)降低为24.0%;且此时的冲击强度和压缩强度均高于纯RPUF。微型燃烧量热(MCC)、热重(TG)和扫描电镜(SEM)测试表明:P-polyol与APP的复配改性使RPUF生成了连续致密的炭层,残炭率提高,稳定性增强;其总热释放量为22.7 kJ/g、热释放峰值为132 W/g,相比纯RPUF有明显下降。     

PP复合材料的制备及其阻燃性能研究

将碳微球(CMSs)及聚磷酸铵(APP)添加至聚丙烯(PP)中,制备了PP复合材料。采用极限氧指数(LOI)、热重分析仪(TGA)、锥形量热仪(CONE)及电子万能试验机(EUT)等表征手段对PP复合材料的阻燃性能、热稳定性能以及力学性能进行了测试分析,考察了APP与CMSs的质量比以及添加量对PP阻燃体系性能的影响。结果表明:在APP与CMSs质量比为4:1,总添加量为30%时,PP/CMSs/APP复合材料的LOI为28.7%,较纯PP提高了59.4%;火灾性能指数(FPI)值较纯PP提高了约5倍;热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、平均热释放速率(MHRR)和平均有效燃烧热(MEHC)分别较纯PP降低了31.11%、14.2%、24.5%和32.1%;火灾蔓延指数(FGI)值较纯PP降低了55.3%,且复合材料的热稳定性有所提高,成炭能力显著提升,PP的阻燃性能得到明显改善。     

聚磷酸铵/Zn-Fe-LDH协效阻燃环氧树脂研究

聚磷酸铵(APP)单独应用于阻燃环氧树脂(EP)时,阻燃效率较低,往往需要较大的添加量才能达到环氧树脂复合材料的阻燃要求。通过制备层状双金属氢氧化物Zn-Fe-LDH,然后将其与聚磷酸铵复配引入环氧树脂中,成功制备出阻燃型复合材料(Zn-Fe-LDH+APP)/EP。极限氧指数(LOI)及垂直燃烧(UL94)测试表明,当Zn-Fe-LDH和APP的总添加量为5%时,(Zn-Fe-LDH+APP)/EP的LOI为28.6%,UL94可达V-1级,锥形量热结果表明,相比较纯APP,Zn-Fe-LDH和APP体系可明显降低环氧树脂的热释放和烟释放。     

聚磷酸铵阻燃聚乳酸/竹粉复合材料的性能研究

利用聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂与竹粉(BF)、聚乳酸(PLA)共混,经模压成型工艺制备阻燃PLA/BF复合材料,并对该复合材料的性能进行了测试与表征。结果表明,随着APP添加量的增加,复合材料的力学性能有所降低,但下降的幅度并不明显,而复合材料的热稳定性和质量保持率得到提升;另外,添加APP对复合材料燃烧过程中热量的释放产生了明显的抑制作用,复合材料的燃烧热释放速率下降了近一半,平均只有约150 kW/m2,但同时也一定程度增加了复合材料的生烟量。综合比较,当APP的质量分数为20%时,复合材料具有最佳的性能。     

拉伸流场下APP/ATH/ZS复合阻燃剂对UHMWPE阻燃抑烟性能的影响

将聚磷酸铵(APP)、氢氧化铝(ATH)与锡酸锌(ZS)复配成不同的复合阻燃剂，在基于拉伸流场的偏心转子挤出机(ERE)中将复合阻燃剂与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行熔融共混，成功制备出兼具良好阻燃性能和抑烟性能的无卤阻燃复合材料。通过极限氧指数测试、扫描电子显微镜分析、热重分析、垂直燃烧测试、锥形量热测试等手段对所制备的复合材料进行表征。结果表明：拉伸流场有利于填料在UHMWPE中的分散，促进填料与UHMWPE的界面结合；对比UPE/AA-x和UPE/AA-x/ZS-y两种阻燃体系，ZS的加入降低了复合材料的热释放总量和烟雾释放总量。相较于UPE/AA-20,UPE/AA-19.0/ZS-1.0的烟释放总量(TSR)降低了65.2%,热释放量(THR)由20 MJ/m²降低至10 MJ/m²。残炭率由18.15%提升至22.46%,形成了更加连续完整致密的炭层，综合提高了复合材料的阻燃及抑烟性能。     

CMSs对新型聚丙烯膨胀阻燃体系性能的影响

为了进一步提高聚丙烯(PP)膨胀阻燃体系的阻燃性能,将碳微球(CMSs)添加至膨胀型阻燃聚丙烯(壳聚糖/聚磷酸铵/聚丙烯(CS/APP/PP))体系中,经熔融共混的方法制备出CMSs/CS/APP/PP复合材料。采用数显氧指数仪(LOI)、锥形量热仪(CONE)、电子万能试验机(EUT)等仪器对复合材料进行了测试,同时考察了CMSs对聚丙烯膨胀阻燃体系(CS/APP/PP)阻燃性能的影响。结果表明,CMSs的加入可提高材料的阻燃性;在CMSs添加量为3%时,复合材料的极限氧指数达到31.5%,较CS/APP/PP体系提高了18.9%;热释放速率峰值(PHRR)、平均热释放速率(MHRR)、平均有效燃烧热(MEHC)、总热释放量(THR)均明显降低,成炭率显著提高,炭层更加致密,火灾性能指数(FPI)达到最大,为0.089 3 m~2·s/kW,较CS/APP/PP体系提高了1倍多,材料的阻燃性大幅度提升。同时CMSs的加入显著提高了复合材料的抑烟性,使复合材料的总烟释放量(TSR)、CO和CO_2的排放均明显降低;且复合材料的火灾蔓延指数(FGI)显著减小,为1.16 kW/(m~2·s),较CS/APP/PP体系降低了29.9%,火灾危险性明显降低。     

卡拉胶/金属氧化物协同聚磷酸铵制备阻燃天然橡胶

将卡拉胶（KC）、聚磷酸铵（APP）分别和Fe2O3、CuO、Al2O3、MnO2 4种金属氧化物（MO）三者复配构成的协同阻燃剂（KC/MO/APP）加入到天然橡胶（NR）中,制备NR/KC/MO/APP复合材料。通过极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热（CCT）测试了复合材料阻燃性能。结果表明,NR/KC/MO/APP复合材料的UL-94均达到V-0等级,LOI在26.5%~27.3%之间,具有较好的阻燃性。与NR相比,NR/KC/CuO/APP复合材料的热释放速率峰值（pHRR）和总热释放量（THR）分别下降了63.7%和42.0%。同时KC/MO/APP还有抑烟作用,NR/KC/Fe2O3/APP复合材料总烟释放量（TSP）比NR下降了35%,处于最低水平。TGA结果显示,NR/KC/CuO/APP复合材料W800达到34.85%,比NR/APP提高了28.7%。SEM分析表明,NR/KC/MO/APP复合材料体系炭层更致密,表明KC/MO与APP的协同作用对形成稳定炭层起着重要作用。DMA和力学性能测试发现,NR/KC/MnO2/APP复合材料力学性能最优,其拉伸强度和断裂伸长率比NR/APP分别提高32.6%和20.9%,表明MnO2的加入可弥补阻燃剂对NR造成的力学性能损失。     

膨胀石墨(EG)协同新型磷系膨胀阻燃环氧树脂的制备及阻燃性能研究

经六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷腈(DOPOMPC)和聚磷酸铵(APP)处理环氧树脂(EP)的基础上加入可膨胀石墨(EG),制备新型膨胀阻燃环氧树脂复合材料(DOPOMPC/APP/EG/EP)。通过极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧(UL-94)、锥形量热(CONE)、扫描电镜(SEM)等方法,研究了协效剂EG加入对复合材料阻燃性能和力学性能的影响。结果表明,适量EG与DOPOMPC/APP体系有良好的协同阻燃作用,并提高了环氧树脂复合材料力学性能。当DOPOMPC/APP/EG总添加量为22%(DOPOMPC/APP/EG的比例为5/5/1),复合材料LOI值高达38.4%;热释放速率峰值(pk-HRR)、比消光面积(av-SEA)、有效燃烧热平均值(av-EHC)和一氧化碳释放率平均值(av-CO)较纯EP(EP0)分别降低了81.8%,35.5%、29.0%和33.3%;其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度比EP1(10%DOPOMPC/10%APP/EP)体系分别提高了70.5%、1.5倍和2.6倍。     

聚磷酸胺/阻燃树脂协同体系制备阻燃木塑材料的性能研究

以聚磷酸胺(APP)为阻燃剂,与阻燃树脂复配,添加到PE基木塑复合材料(WPC)中,制备了阻燃木塑复合材料。用氧指数仪(OI)、锥形量热分析(CONE)研究了WPC的各项阻燃性能。结果表明:阻燃WPC的OI达到38%,比普通木塑材料提高了58.33%,成炭率高于20%,点火时间(TTI)达到30 s;通过自制的相容剂Ⅱ(EVA/VC-g-MA)可以有效提高PVC与PE的相容性,产品的力学性能与普通木塑材料相比变化不大。研究表明,WPC的阻燃性能和力学性能随APP用量、阻燃树脂配方不同而变化,但TTI和有害气体变化不大。     

MPOP/APP复合阻燃剂对PP燃烧行为的影响

通过熔融共混法制备了聚丙烯/三聚氰胺聚磷酸盐(PP/MPOP)和聚丙烯/三聚氰胺聚磷酸盐/聚磷酸铵(PP/MPOP/APP)阻燃复合材料,探讨了阻燃剂MPOP的添加量以及MPOP、APP的配比对复合材料燃烧行为的影响。结果表明:PP/MPOP复合材料的热稳定性和阻燃性能随MPOP添加量的增加而提高,且均在MPOP添加量为30份时达到最大值。同PP/MPOP(100/30)相比,当复合阻燃剂MPOP/APP的添加量为30份、且配比为15/15时,复合材料PP/MPOP/APP的热稳定性下降。但在所有试样中,该阻燃PP复合材料具有最低的最大分解速率以及最高的成炭率;其极限氧指数(LOI)为23.6%,较PP/MPOP(100/30)和纯PP分别提高了22.3%和32.6%;并且PP/MPOP/APP(100/15/15)的平均热释放速率、总释热量、有效燃烧热均达到最低值,因此该复合材料具有最佳的阻燃性能。     

壳聚糖/聚磷酸铵膨胀阻燃PP的阻燃及抑烟性能

为了提高聚丙烯(PP)的阻燃和抑烟性能,将壳聚糖(CS)作为膨胀型阻燃剂的碳源、聚磷酸铵(APP)作为膨胀型阻燃剂的酸源和气源,在此基础上通过熔融共混的方法制备了PP/CS/APP复合材料。采用极限氧指数仪、锥形量热仪等仪器研究了PP/CS/APP复合材料的的抑烟性及阻燃性。研究结果表明:CS/APP添加量为30%时,复合材料的极限氧指数值最大可达28.1%;且复合材料在烟气释放总量、CO和CO_2排放上明显降低,抑烟性得到了提升;热释放速率峰值、平均热释放速率值、平均有效燃烧热值、总热释放量值降低,成炭率升高,PP/CS/APP复合材料更难点燃;火灾性能指数明显提高,阻燃性能得到了大幅度提升,火灾蔓延指数显著减小,同时火灾危险性也相应降低。     

膨胀阻燃剂/纳米黏土复配阻燃ABS

通过熔融共混法制备了有机化纳米黏土(OMMT)与膨胀型阻燃剂(IFR)复配阻燃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),并以苯乙烯/乙烯-丁烯/苯乙烯共聚物接枝马来酸酐(SEBS-g-MAH)作为增容剂。采用冲击和拉伸试验方法对材料的力学性能进行表征,采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL94)和锥形量热(Cone)试验对材料的燃烧行为进行分析。结果发现,加入增容剂SEBS-g-MAH后,膨胀型阻燃剂与ABS的相容性得到提高,力学性能得到大幅提高。例如,5%SEBS-g-MAH加入到ABS/IFR(60/40)复合材料中,冲击强度提高至9 kJ/m~2,与未添加SEBS-gMAH体系相比,冲击强度的提升幅度较大。SEBS-g-MAH对复合材料体系的传统阻燃性能的影响较小。适量纳米黏土与膨胀型阻燃剂的复配可以进一步降低ABS树脂力学性能的损失,对传统阻燃性能(LOI和UL 94垂直燃烧级别)的影响较小,在ABS/IFR/SEBS(75/25/5)复合材料体系中,加入纳米黏土后,高温下可以形成阻隔炭层,隔绝热量和氧气。因此,与纯ABS和ABS/IFR/SEBS(75/25/5)复合材料体系相比,纳米黏土能显著降低ABS树脂在锥形量热测试中的热释放速率、热释放速率的峰值和总的放热量,有利于减缓火灾蔓延的速度。     

聚磷酸铵改性方式对热塑性聚氨酯弹性体性能影响

为了得到同时具有良好阻燃性能和力学性能的热塑性聚氨酯弹性体复合材料，首先通过在湿法球磨过程中引入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)制备了改性聚磷酸铵(WMAAPP)，同时将单独湿法球磨改性的聚磷酸铵(WMAPP)和溶液法引入KH550改性的聚磷酸铵(MAAPP)作为对比样品，分别将上述三种改性的聚磷酸铵以5%的含量添加到热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中，通过极限氧指数(LOI)测试、UL 94垂直燃烧测试、锥形量热测试以及拉伸性能测试研究其在阻燃性能和力学性能方面的区别。结果表明，TPU/WMAAPP具有最高的LOI值为28.9%，并且在锥量测试中其热释放速率峰值(pk-HRR)、总热释放量和总烟释放量是所有改性聚磷酸铵(APP)样品中最低的，分别为309 kW/m2,68 MJ/m2,1 393 m2/m2。值得注意的是，仅添加5%WMAAPP的TPU比添加7.5%APP的TPU的pk-HRR还要低。在拉伸测试中，TPU/WMAAPP的拉伸强度和断裂伸长率较TPU/APP均有所提高。研究结果表明，与其他的改性方式相比，在湿法球磨过程中引入KH550制备的改性聚磷酸铵可以使阻燃TPU...     

4A分子筛和SiO2对EVA/IFR复合材料性能的影响

以聚磷酸铵(APP)复配季戊四醇(PER)为膨胀型阻燃剂(IFR)制备了无卤阻燃乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/IFR复合材料,通过极限氧指数仪、热失重分析仪及扫描电子显微镜研究分析了4A分子筛和SiO2的加入对复合材料阻燃性能、热稳定性能及复合材料残炭表面形貌的影响。结果表明,加入4A分子筛可以明显提高复合材料的极限氧指数,当添加1份4A分子筛时,复合材料的极限氧指数达到31%,比未添加时提高了2%;4A分子筛的加入使复合材料在燃烧过程出现熔融滴落现象;继续加入SiO2可以进一步提高复合材料的极限氧指数,当添加3份SiO2时,复合材料的垂直燃烧测试达到V-0级。     

ATH和APP对聚乳酸/竹粉复合材料阻燃抑烟性能的影响

利用竹粉和聚乳酸为原料复合制备聚乳酸/竹粉复合材料,分别采用氢氧化铝(ATH)和聚磷酸铵(APP)阻燃剂对聚乳酸/竹粉复合材料进行阻燃抑烟处理并对阻燃处理后的复合材料进行性能测试。结果表明,两种阻燃剂的加入均使复合材料高温下的成炭率提高了约2倍,分别达到了24.7%和25.6%;ATH和APP的加入均有效提高了聚乳酸/竹粉复合材料的阻燃性能;其中,APP对复合材料燃烧过程中热量释放的抑制明显,其热释放速率在燃烧100s以后下降了近2倍,约为150kW/m2,但生烟量大;而ATH对复合材料的抑热效果不及APP,但抑烟效果显著,平均烟释放速率只有约0.02m2/s。     

聚苯乙烯/次磷酸铝复合材料的制备及阻燃性能

采用熔融共混的方法制备了聚苯乙烯/次磷酸铝(PS/AHP)复合材料。采用热重分析测试研究了复合材料的热稳定性,通过极限氧指数、垂直燃烧和微型量热测试研究了复合材料的阻燃性能。研究表明:次磷酸铝(AHP)有效提高了PS/AHP复合材料的阻燃性能,当次磷酸铝添加量为20%时,复合材料可以达到UL-94 V-0级别,极限氧指数为24.0%;热重分析研究表明次磷酸铝的加入可以延缓聚苯乙烯分子链的降解,提高复合材料高温成炭率;微型量热(MCC)测试表明PS/AHP30与纯PS相比,其热释放速率峰值和总热释放分别下降40.5%和18.9%。