PP/无卤阻燃剂/AT复合材料的制备及性能研究

以聚丙烯(PP)为基体树脂,聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺(MA)为无卤阻燃剂,无机矿物质凹凸棒土(AT)为协同阻燃剂,采用熔融共混的方法制备了PP/无卤阻燃剂/AT复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的微观形貌进行了研究;通过极限氧指数(LOI)和热重分析(TG)研究了材料的阻燃性和热稳定性;通过对复合材料拉伸强度、冲击强度、弯曲强度以及断裂伸长率等的测试,研究了材料的力学性能。结果表明,无卤阻燃剂APP、MA和AT可在PP体系中均匀分散;阻燃剂的加入使得复合材料的力学性能降低,但AT的加入对又可显著提升其力学性能;阻燃剂与AT的协同作用可使复合材料的热稳定能和阻燃性能明显改善,材料的极限氧指数可达到27.3,提高了约40%。     

聚磷酸铵-三聚氰胺-三嗪成炭剂协同阻燃改性环氧树脂及玻璃纤维增强树脂复合材料

采用聚磷酸铵(APP)与不同比例三聚氰胺(MA)和三嗪成炭剂(CFA)复配对环氧树脂进行阻燃改性。系统研究了不同配比阻燃剂(总量保持40wt%)的加入对环氧树脂流变特性、固化行为、热机械性能、力学性能及阻燃性能的影响。将优化后的阻燃改性环氧树脂用于制备玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRC),对并其力学和阻燃性能进行了研究。结果表明,APP单独与MA或CFA复配改性环氧树脂并未表现出明显的协同阻燃效应,但它们组成的三元复配阻燃体系(30wt%APP-5wt%MA-5wt%CFA)具有良好的协同阻燃效应。相比未改性环氧树脂,APP-MA-CFA改性环氧树脂的极限氧指数(LOI)由18.0%提高到了50.2%,热释放峰值速率(PHRR)下降了84%,总热释放量(THR)下降了78%。树脂基体中加入阻燃剂后,GFRC的力学性能有所下降,尤其是层间剪切强度。同样地,基于APP-MA-CFA复配改性环氧树脂的GFRC表现出最佳阻燃性能,相比未改性的GFRC,其LOI值由22.8%提高到了66.0%,PHRR由354 kW/m2下降到93 kW/m2,THR由49.3 MJ/m2下降到22.8 MJ/m2。      

酚醛/聚乙烯醇缩丁醛树脂体系的阻燃改性成膜研究

基于酚醛/聚乙烯醇缩丁醛(PF/PVB)树脂体系开展阻燃改性研究，以乙醇为溶剂，分别采用苯并嗪树脂(BOZ)、10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)和羟基乙叉二膦酸(HEDP)这3种改性剂对PF/PVB树脂进行阻燃改性研究，制备了成膜性良好、阻燃性和热稳定性优异的改性酚醛树脂薄膜。结果表明：使用3种改性剂阻燃改性酚醛树脂薄膜的极限氧指数(LOI值)从19.8%分别提高到22.2%、22.4%和26.6%,600℃残炭率分别从31.8%提高到39.9%、45.7%和42.6%,3种阻燃改性剂具有不同的阻燃机理。当体系配比为PF/PVB/HEDP=60/40/5时，树脂薄膜具有最佳的阻燃性能。     

钛酸钾晶须-玻璃纤维/苯并噁嗪混杂复合材料的摩擦磨损性能

利用六钛酸钾晶须（K₂O·6TiO₂）对苯并噁嗪（BOZ）树脂及玻璃纤维/苯并噁嗪（GF/BOZ）复合材料的摩擦磨损性能进行改性,分析了K₂O·6TiO₂/BOZ复合材料以及K₂O·6TiO₂-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦磨损性能以及改性机理。结果表明:因K₂O·6TiO₂的加入,K₂O·6TiO₂/BOZ复合材料以及K₂O·6TiO₂-GF/BOZ混杂复合材料的摩擦系数和比磨损率较纯BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的明显降低。K₂O·6TiO₂显著减轻了BOZ树脂和GF/BOZ复合材料的摩擦粘着状况,使摩擦系数降低,同时磨粒磨损情况也大为减轻。GF/BOZ复合材料在摩擦过程中摩擦应力通过率先破坏GF和BOZ树脂的界面,进而诱发破坏GF束内、GF束间和层间BOZ树脂,使得GF/BOZ复合材料的摩擦系数比BOZ树脂降低,但比磨损率较BOZ树脂升高,而K₂O·6TiO₂的加入,使K₂O·6TiO₂-GF/BOZ混杂复合材料的比磨损率有效降低。BOZ树脂、GF/BOZ、K₂O·6TiO₂-GF/BOZ 3种材料的摩擦系数和比磨损率分别为0.34和0.66×10-6 mm3·（N·m）-1,0.19和1.2×10-6 mm3·（N·m）-1,0.09和0.69×10-6 mm3·（N·m）-1。      

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%。     

膨胀阻燃剂与蒙脱土复合阻燃体系对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响

以聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)与聚磷酸铵(APP)组成膨胀阻燃体系(IFR),同时为提高抑烟性能将一定量蒙脱土(MMT)引入阻燃体系中。将此体系应用到环氧树脂(EP)的阻燃改性中,以间苯二胺(m-PDA)为固化剂制得阻燃改性EP材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重(TG/DTG)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)分别探究了材料的阻燃性能、热降解行为、燃烧行为以及微观形貌。结果表明:5%IFR+1%MMT(wt,质量分数,下同)的阻燃剂可使EP达到UL 94V-0级;10%IFR+1%MMT可将极限氧指数提高到29.2%;同时,改性EP的燃烧性能得到很大提高,平均热释放速率(AvHRR)下降了52.0%,热释放速率峰值(PkHRR)下降了33.2%,总烟产生量(TSP)下降了70.0%;炭层形态研究显示,改性后的EP燃烧后能形成致密、封闭的炭层,能有效阻碍热量释放与烟雾扩散。     

二氧化铈对环氧树脂膨胀阻燃材料的协效阻燃作用EI北大核心CSCD

研究了二氧化铈(CeO_2)对环氧树脂膨胀阻燃材料的阻燃成炭协效作用。研究表明,二氧化铈能提高环氧树脂膨胀阻燃材料的极限氧指数,二氧化铈添加量为1%时体系阻燃性能最佳,极限氧指数从26.3%提高到28.8%。二氧化铈还能降低环氧树脂膨胀阻燃材料的初始分解温度,提高体系的高温热稳定性和成炭性能。在体系中引入二氧化铈后,将高温后残炭通过扫描电镜表征其微观结构,证明体系生成了更多的连续致密的炭层结构。拉曼光谱分析的检测结果也证明加入二氧化铈后,复合材料体系在高温煅烧后残留的炭层具有更低的ID/IG值,石墨化程度更高,炭层结构致密规整。因此适量地加入二氧化铈可以提高环氧树脂膨胀阻燃材料的阻燃性能,促进生成更加致密稳定的炭层。     

二氧化铈对环氧树脂膨胀阻燃材料的协效阻燃作用

研究了二氧化铈(CeO_2)对环氧树脂膨胀阻燃材料的阻燃成炭协效作用。研究表明,二氧化铈能提高环氧树脂膨胀阻燃材料的极限氧指数,二氧化铈添加量为1%时体系阻燃性能最佳,极限氧指数从26.3%提高到28.8%。二氧化铈还能降低环氧树脂膨胀阻燃材料的初始分解温度,提高体系的高温热稳定性和成炭性能。在体系中引入二氧化铈后,将高温后残炭通过扫描电镜表征其微观结构,证明体系生成了更多的连续致密的炭层结构。拉曼光谱分析的检测结果也证明加入二氧化铈后,复合材料体系在高温煅烧后残留的炭层具有更低的ID/IG值,石墨化程度更高,炭层结构致密规整。因此适量地加入二氧化铈可以提高环氧树脂膨胀阻燃材料的阻燃性能,促进生成更加致密稳定的炭层。     

超支化聚硼酸酯改性苯并噁嗪树脂阻燃性能研究

苯并噁嗪是一种类似酚醛树脂的开环固化型热固性树脂,具有一定的耐热性和阻燃性,但在阻燃要求高的场合使用时,需要进一步改善其阻燃性、力学性能及工艺性。而已有的阻燃改性方法较难实现在提高树脂阻燃性的同时兼顾其力学性能和工艺性。采用一种具有增韧作用的耐高温超支化聚合物—超支化聚硼酸酯(HBPB),在改善苯并噁嗪树脂力学性能和固化工艺性的基础上对其进行阻燃改性。加入2.5或5.0wt%的HBPB后,苯并噁嗪树脂的800℃(氮气)残碳率可由46.0%提高至50.9%和54.8%;阻燃性能明显提升,由UL-94V1提高到UL-94V0级,苯并噁嗪树脂的极限氧指数也由24%增加到30%和33%。HBPB改性苯并噁嗪树脂燃烧产物表面形成的致密表面结构,是树脂阻燃性提高的重要原因。     

MCA-MMT的制备及其对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

为了提高玻璃纤维(GF)增强聚丙烯(PP)复合材料(GF/PP)的阻燃性能,通过在蒙脱土(MMT)悬浮液中进行三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)分子自组装制备了新型协效成炭剂MCA-MMT,并采用FTIR、XRD、SEM和TGA对MCA-MMT的结构及热性能进行了表征;将MCA-MMT、无卤膨胀型阻燃剂与GF/PP熔融共混制备了阻燃复合材料MCA-MMT/(GF/PP),通过极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧试验和锥形量热测试研究了MCAMMT对GF/PP的阻燃效果和阻燃机制,并测试了复合材料的力学性能。结果表明:MMT的加入会影响氰尿酸和三聚氰胺在MCA合成过程中的氢键作用,干扰和抑制大平面氢键网络的形成,减少MCA氢键复合体的分子体积,使颗粒变小。MCA-MMT/(GF/PP)的UL-94防火等级达到V-0级,LOI为31.3%。MCA-MMT的阻燃效率高于传统MCA的,可降低材料燃烧的热释放程度和总烟释放量,使复合材料的阻燃性能提高,其阻燃机制为片层结构的MMT可提高MCA的成炭量,使MCA-MMT/(GF/PP)燃烧后能形成致密的残留炭层。MCA-MMT/(GF/PP)的拉伸、冲击强度与MCA/(GF/PP)的相比并未下降。     

DOPO-PHBA反应型阻燃剂的合成及其与TGIC复配体系对环氧树脂性能的影响

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）和对羟基苯甲醛（PHBA）为主要原料,合成了一种新型的反应型阻燃剂DOPO-PHBA,利用FTIR和核磁共振谱（¹H-NMR、³¹P-NMR）对其分子结构和组成进行了分析表征。将DOPO-PHBA与异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）复配用于制备DOPO-PHBA-TGIC/环氧树脂（EP）复合材料,通过极限氧指数（LOI）、动态热机械测试（DMA）和TGA分别对DOPO-PHBA-TGIC/EP复合材料的阻燃性能和热性能进行了研究。结果表明：成功制备了DOPO-PHBA,且DOPO-PHBA-TGIC复配型阻燃剂能显著改善EP的阻燃性能,当体系磷元素的质量分数为0.6wt%时,氧指数（LOI）由24%提高至32.5%;此外不同磷含量的DOPO-PHBA-TGIC/EP复合材料的玻璃化转变温度（T_g）均保持在200℃以上并且在800℃时的残炭量不断提高,其初始分解温度和最大热失重速率均有所下降;燃烧后残炭的红外分析表明,该体系满足凝聚相阻燃机制,且DOPO-PHBA-TGIC的加入不会削弱EP的力学性能。     

聚磷酸铵微胶囊对环氧树脂阻燃性能和力学性能的影响

研究了聚磷酸铵(APP)以及APP两种微胶囊,即环氧树脂包覆的APP(EPAPP)和密胺甲醛树脂包覆的APP(MFAPP)在环氧树脂(EP)中阻燃性能、力学性能以及阻燃剂与EP之间的相容性。结果表明,APP在EP中具有较好阻燃效果。与未包覆的APP相比,环氧树脂和密胺甲醛树脂包覆APP(EPAPP和MFAPP)在环氧树脂(EP)中氧指数和垂直燃烧级别基本不变;但添加APP微胶囊的阻燃EP体系的力学性能都有所改善,尤其是冲击强度有较大幅度提高。表面电阻的实验发现,在EP体系中添加APP或APP微胶囊对体系绝缘性能基本上没有影响。     

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。     

有机蒙脱土协同含磷木质素基成炭剂阻燃聚乳酸

将自制含磷木质素基成炭剂（Lig-P）和聚磷酸铵（APP）复配用于制备阻燃聚乳酸（PLA）基复合材料,考察了协效阻燃剂有机蒙脱土（OMMT）对阻燃PLA性能的影响。采用极限氧指数（LOI）仪、垂直燃烧（UL-94）测试仪、锥形量热仪、热失重分析仪分别对Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧行为进行了研究。结果发现,OMMT与Lig-P-APP存在明显的协同阻燃作用,当OMMT替代3wt%的Lig-P-APP时,Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的LOI由27%增加至32%,UL-94等级由V1级提高至V0级;且Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的最大热降解速率有所降低,800℃的残炭量提高了将近50%;此外,OMMT的引入使PLA阻燃复合材料的热释放速率明显降低,热释放速率峰值（PHRR）、烟释放速率峰值（PSPR）及总烟释放量（TSR）分别降低了26.4%、60%及26.3%。OMMT可明显提高阻燃PLA炭层的致密度及石墨化程度。      

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。     

一种膨胀阻燃PP体系及其燃烧性能

制备了一种阻燃聚丙烯/膨胀阻燃剂(IFR)/蒙脱土(MMT)膨胀阻燃体系,研究了不同阻燃组分含量对体系阻燃性能的影响。结果表明,阻燃剂总添加量为30%,其中的成炭剂和聚磷酸铵(APP)的配比为1∶2时,体系的极限氧指数为29%,垂直燃烧试验(UL-94)达到V-2级;而在上述体系中添加0.5%的MMT时,体系的LOI提高到31%,垂直燃烧试验(UL-94)通过V-0级,表现出较好的协同阻燃效果。采用扫描电境(SEM)和红外光谱(FT-IR)对体系的固相残炭进行了观察和分析,探讨了可能的阻燃机理。     

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。      

氧化铋在膨胀阻燃聚丙烯体系中的催化协效作用

将聚磷酸铵(APP)和双季戊四醇(DPER)膨胀型阻燃剂应用于聚丙烯(PP)的阻燃,并加入少量氧化铋(Bi2O3)。采用极限氧指数、烟密度和热分析等表征其阻燃性能。结果表明,加入少量的Bi2O3(0.1%质量分数,下同),可以提高体系的氧指数,降低体系的烟密度。热失重分析表明,Bi2O3加入可以使APP生成更多的固相残留物,催化膨胀阻燃剂交联成炭,高温时残炭增加,阻燃体系的最大热失重速率对应温度后移。同时热老化实验表明,Bi2O3的加入没有加快体系热老化的现象。     

微胶囊化膨胀型阻燃剂与有机蒙脱土协效阻燃乙烯-醋酸乙烯共聚物性能

通过纳米复合的方式,将微胶囊化的膨胀型阻燃体系—聚磷酸铵(APP)-季戊四醇(PER)与有机改性的片层蒙脱土(OMMT)用于协效阻燃乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。采用XRD、TEM、TGA、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥形量热仪、烟密度和动态机械热分析对微胶囊化APP(MCAPP)-微胶囊化PER(MCPER)-OMMT/EVA复合材料的结构与性能进行研究。研究结果表明,OMMT被完全剥离开,并以层离或插层的状态分散在EVA中;MCAPP-MCPER与OMMT之间存在明显的协效阻燃作用,用3wt%OMMT代替MCAPP-MCPER后,MCAPP-MCPER-OMMT/EVA复合材料的LOI值从25.5vol%提高到29.5vol%,垂直燃烧结果由V-2上升到V-0级别,残炭量也由14.5wt%增大到15.9wt%,烟密度由154.7 g/s降低到97.5 g/s,材料的阻燃性能得到有效提高。此外,万能拉伸测试及动态机械热分析测试表明,通过纳米复合制备的阻燃MCAPP-MCPER-OMMT/EVA复合材料具有更好的力学和动态热机械性能。