次磷酸鋁阻燃協(xié)效體系對PA66性能及機(jī)理研究.pdf

1、聚酰胺是一種重要的工程塑料，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性等特點，因此廣泛應(yīng)用于汽車、建筑和電子電器等領(lǐng)域。然而由于聚酰胺的易燃和易產(chǎn)生熔滴的特性而限制了材料的使用，將阻燃劑添加到聚酰胺材料中可以改善其阻燃性能。傳統(tǒng)的方法是采用鹵素阻燃劑對材料進(jìn)行阻燃改性，盡管能夠取得較好的阻燃效果，但在燃燒過程中有毒和腐蝕性氣體的釋放對環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響。近些年來的研究可以發(fā)現(xiàn)，含磷阻燃劑是一種環(huán)境友好型阻燃劑，利用含磷阻燃劑阻燃聚酰胺的研究和應(yīng)用受

2、到人們的高度重視。在磷系阻燃劑中，次磷酸鹽阻燃劑對聚酰胺具有顯著的阻燃效果。但為了達(dá)到較高的阻燃效率，次磷酸鹽阻燃劑的添加量普遍較高，因而材料的力學(xué)性能明顯降低。
　　本文中選取了次磷酸鋁(AIHP）和二乙基次磷酸鋁(AlPi)兩種阻燃劑與四種不同類型的協(xié)效劑采用熔融共混的方法對PA66(polyamide66)進(jìn)行阻燃改性，四種協(xié)效劑分別為海泡石(Sep)、納米二氧化硅(SiO2)、硅樹脂(SI)和竹炭(BPC)。將次磷酸鹽阻燃

3、劑同協(xié)效劑進(jìn)行協(xié)效后添加到材料中，可以起到降低阻燃劑總的添加量和提高材料力學(xué)性能的作用。同時也對協(xié)效體系與PA66材料的阻燃作用機(jī)制進(jìn)行初步的探索。
　　采用垂直燃燒(UL-94)和極限氧指數(shù)(LOI)對阻燃PA66協(xié)效體系的阻燃性能研究。結(jié)果表明:將Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑分別加入到阻燃PA66/AlPi和PA66/AlHP體系中后可以發(fā)現(xiàn)，AlPi和AlHP兩種阻燃劑的阻燃效率顯著提高，氧指數(shù)也維持在較高的水準(zhǔn)。AlP

4、i與0.2μm和5μm兩種規(guī)格的BPC進(jìn)行協(xié)效后加入到PA66材料中，樣條不能通過垂直燃燒測試。而將AlHP與兩種規(guī)格的BPC進(jìn)行協(xié)效，可以發(fā)現(xiàn)BPC的加入能夠顯著的提高PA66/AlHP體系的阻燃性能。通過垂直燃燒和氧指數(shù)分析可以證明Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑與AlPi和AlHP兩種阻燃劑都存在著顯著的協(xié)效作用。而BPC的加入降低了AlPi的阻燃效率，相反，BPC與AlHP之間協(xié)效作用比較明顯。
　　利用錐形量熱儀(CON

5、E)對阻燃PA66協(xié)效體系的燃燒性能進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑的加入能夠顯著的降低阻燃PA66材料的熱釋放速率(PHRR)、熱釋放總量(THR)等重要參數(shù)。對于PA66/AlHP阻燃體系而言，BPC的加入能夠顯著的提高阻燃材料的燃燒性能。
　　采用熱重分析技術(shù)(TGA)對PA66阻燃體系的熱降解行為進(jìn)行研究。結(jié)果表明:將Sep、SiO2和SI加入到PA66/AlPi和PA66/AlHP兩種阻燃體系中，

6、可以增加兩種阻燃體系的殘留物生成量，顯著的提高體系在高溫區(qū)的熱穩(wěn)定性。對于包含0.2μm和5μmBPC的PA66/AlHP阻燃體系，其降解過程都向高溫區(qū)移動，最終殘留物的生成量分別為14.5 wt％和23.93 wt％。可以證明BPC的加入可以顯著的提高材料的熱穩(wěn)定性
　　通過熱重分析-紅外光譜聯(lián)用技術(shù)(TG-IR)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)等方法對協(xié)效阻燃PA66體系的阻燃

7、機(jī)理進(jìn)行研究?？梢宰C明:AlPi對PA66材料是通過氣相機(jī)理起到阻燃作用的。Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑的加入使得AlPi通過凝聚相阻燃機(jī)理對PA66起到阻燃作用;而AlHP對PA66材料進(jìn)行阻燃時，凝聚相機(jī)理起到阻燃的主導(dǎo)作用。Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑可以和AlPi降解產(chǎn)生的二乙基次磷酸形成含磷酸鹽，減少含磷化合物的揮發(fā)量。利用XPS對PA66/AlPi/SI體系的殘留物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)體系的磷含量明顯提高。因此能夠證明協(xié)效

8、阻燃體系可以通過凝聚相阻燃機(jī)理對PA66進(jìn)行阻燃，提高PA66材料的成炭能力，并且起到加固炭層的作用。對于PA66/AlHP阻燃材料，協(xié)效劑的加入能夠促使AlHP降解生成磷酸和焦磷酸，在固相中，磷酸和焦磷酸可以促進(jìn)PA66降解成炭，且降解后產(chǎn)生的致密炭層可以阻止氧和熱傳遞到聚合物基體內(nèi)部，有利于提高材料的阻燃性能。
　　通過力學(xué)性能測試可以發(fā)現(xiàn)，Sep、SiO2和SI三種協(xié)效劑的加入可以改善PA66/AlPi(AlHP)阻燃體系力