含磷硅高分子化合物无卤阻燃聚丙烯复合材料的研究

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聚丙烯(PP)价格便宜,综合性能优异、耐化学腐蚀、绝缘性好且易于加工成型,因此广泛应用于家电、电子、包装、建筑和汽车等领域。但其极限氧指数(LOI)仅18%,易燃且燃烧时产生大量熔滴。本文采用聚酯型磷-硅无卤阻燃剂(EMPZR)与聚磷酸铵(APP)、多聚磷酸密胺(MPP)复配成一种新型膨胀型阻燃剂(IFR)对PP进行阻燃。分析各组分的质量比对复合材料力学性能和阻燃性能的影响,利用热重(TG)分析了复合材料的热稳定性,并通过红外以及扫描电镜等表征手段对阻燃PP残炭成分和形貌进行了研究;选用聚丙烯接枝马来酸酐(PP-G-MAH)作为体系的相容剂,研究相容剂的添加量对阻燃聚丙烯的力学性能、阻燃性能和微观形貌的影响;同时,进行了所制得复合材料与普通阻燃PP耐水性能的对比研究。具体的工作及结果如下:  1.选用APP、MPP和EMPZR三种阻燃剂对PP进行阻燃研究,结果表明,在添加量增加到40份的情况下,PP/MPP和PP/APP复合材料的氧指数均为24%,PP/EMPZR复合材料的氧指数为23%,垂直燃烧都没有等级,均属于易燃材料。  2.将EMPZR分别与APP、MPP进行复配作为PP的阻燃剂,对两种复配阻燃剂的阻燃效果和对材料力学性能以及热稳定性的影响进行对比研究。结果表明,EMPZR与MPP之间的协效阻燃作用并不显著,而与APP复配时具有较好的协效阻燃作用,制得的无卤阻燃PP复合材料具有良好的阻燃性能,当添加APP占20wt%、EMPZR占15wt%时,氧指数达到28%,UL-94垂直燃烧测试达到Ⅴ-2级。  3.采用EMPZR与APP、MPP复配成IFR对PP进行阻燃。当总添加量达到40份,其中APP/MPP/EMPZR=15/10/15(质量比)时,所制得的复合材料氧指数达到33.0%,垂直燃烧达到UL-94Ⅴ-0级;与纯PP相比,拉伸、弯曲和冲击强度都没有下降;扫描电镜(SEM)对残炭形貌的表征,以及氧指数测试前后的阻燃PP材料的红外图谱分析,证实了EMPZR与APP、MPP在PP中良好的协效阻燃作用。  4.将IFR的用量由40wt%降为30wt%,其中三种组分的最佳比例保持不变,并选用聚丙烯接枝马来酸配(PP-G-MAH)作为PP/IFR体系的增容改性剂。测试结果表明,PP-G-MAH能有效改善PP与IFR体系的相容性,能同时提高复合材料的力学性能和阻燃性能。当添加5wt%的PP-G-MAH时,复合材料的极限氧指数由未添加时的27%上升到30%,垂直燃烧等级由UL-94Ⅴ-2级上升到UL-94Ⅴ-0级;随着PP-G-MAH含量的增加,阻燃剂和基体PP之间的界面作用力提高,体系的拉伸强度和弯曲强度均有提升;与未加PP-G-MAH的复合材料相比,添加相容剂的复合材料成炭率明显提高。  5.选用PP/IFR(60/40)复合材料以及PP/APP/PER(60/30/10)复合材料作耐水性实验,研究水处理对新型膨胀阻燃PP材料力学性能、样条质量以及阻燃性能的影响。结果表明,本课题制备得到的膨胀阻燃PP材料经水洗处理对阻燃性能影响不大,仅LOI值由31%降到29%,UL-94保持Ⅴ-0级不变,而PP/APP/PER材料的UL-94等级由Ⅴ-0降为无等级;实验制得阻燃材料的耐水性能较普通阻燃PP有很大的改善。
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