碳纳米管包裹聚磷酸铵协同Mg(OH)2构筑乙烯-醋酸乙烯酯共聚物复合材料及其火安全性能

本文采用微胶囊法制备了具有多层次结构的碳纳米管包裹聚磷酸铵(APP@CNT)阻燃剂,在此基础上与Mg(OH)₂复配,采用纳米复合技术制备了火安全的电线电缆用阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料(APP@CNT/EVA-Mg(OH)₂)。采用SEM、TGA、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、微型锥形量热仪(MCC),电子万能拉伸机和高阻计对阻燃EVA复合材料的结构与性能进行系统研究。结果表明,APP@CNT/EVA-Mg(OH)₂的残炭率从2.4%上升至43.9%,氧指数高达38%,垂直燃烧达到UL-94 V-0级,热释放峰值(PHRR)比纯EVA下降了57.85%,总热释放(THR)下降了57.80%,屈服强度提高了408%,复合材料体积电阻率仍高达3.9×10¹⁵Ω·cm。以上数据表明多层次结构APP@CNT协同Mg(OH)₂阻燃EVA复合材料(APP@CNT/EVA-Mg(OH)₂)具有良好的火安全性能。     

Mg(OH)2对苯并噁嗪环氧树脂复合材料阻燃性的影响

以Mg(OH)₂为无机阻燃剂,以苯并噁嗪(BZ)-环氧树脂(EP)为基体,通过热压成型制得Mg(OH)₂-玻纤布/BZ-EP层压板。通过垂直燃烧和极限氧指数测试层压板的阻燃性,分析了Mg(OH)₂粉体的用量、粒径及不同粒径粉体复合添加对复合材料阻燃性的影响,通过SEM对 Mg(OH)₂粉体在浸渍胶中的分散结构进行表征。研究发现: Mg(OH)₂粉体的粒径和用量对板材阻燃性有一定影响,不同粒径的粉体混合添加可以在复合材料中形成阻燃网络,达到最佳的阻燃效果,同时可以减小无机粒子对板材力学和电学性能的影响。当阻燃剂Mg(OH)₂用量为BZ-EP总质量的30wt%,粒径为2 μm的粉体(YX-105)和粒径为4 μm(YX-110)的粉体以质量比1:2复合添加时,所制层压板的极限氧指数为34%,垂直燃烧单个试样自熄时间最短为7.52 s,5个试样总自熄时间为49.81 s,达到UL-94V-0级标准。复合材料的弯曲强度为399.84 MPa,相对介电常数为3.848。     

无卤阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡沫复合材料的制备及性能表征

为使得乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)泡沫复合材料具有阻燃功能,分别添加膨胀石墨-聚磷酸铵(EGAPP)和膨胀石墨-聚磷酸铵-热塑性淀粉(EG-APP-TPS)两种不同复配阻燃剂,通过熔融共混和硫化发泡制备了无卤阻燃EVA泡沫复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热分析质谱联用(TG-MASS)及扫描电镜(SEM)测试等对EG-APP/EVA及EG-APP-TPS/EVA泡沫复合材料进行表征。结果表明:EG-APP复配阻燃剂添加量为30wt%、EG与APP质量比为1∶4时,EG-APP/EVA泡沫复合材料的LOI达28.1%,UL-94为V-1级;而当EG-APP-TPS复配阻燃剂添加量同为30wt%,EG、APP与TPS质量比为1∶4∶1时,EG-APP-TPS/EVA泡沫复合材料的LOI可达29.3%,UL-94为V-0级。TG-MASS和SEM分析表明:EG、APP和TPS在气相和固相中均具有显著的协同阻燃作用。     

PPO/SEBS/SEBS-g-MAH共混物的阻燃性能研究

以苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)为弹性体改性剂，SEBS-g-MAH为相容剂，红磷和Mg(OH)₂作为阻燃剂，采用双螺杆挤出技术，制备了阻燃聚苯醚(PPO)/SEBS/SEBS-g-MAH共混物。结果表明：当红磷用量为15份时，Mg(OH)₂仅用80份，PPO/弹性体共混物的极限氧指数(LOI)就能达到28%,燃烧等级达UL94 V-0级，同时燃烧时的热释放速率(HRR)及生烟速率(SPR)均大幅降低。     

纳米Mg(OH)_2-微胶囊红磷/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物阻燃复合材料的性能

以微米Mg(OH)_2(mMg(OH)_2)、纳米Mg(OH)_2(nMg(OH)_2)和微胶囊红磷(MRP)为无卤阻燃剂,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)为聚合物基体,通过熔融共混方法制备了一系列不同阻燃剂含量的Mg(OH)_2-MRP/EVA阻燃复合材料,采用极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热分析、热分析、SEM、拉伸试验、流变学分析等方法研究了复合材料的阻燃、力学和加工性能。结果表明,Mg(OH)_2阻燃剂用量相同时,nMg(OH)_2/EVA复合材料的阻燃和抑烟性能比mMg(OH)_2/EVA复合材料更好,但当Mg(OH)_2用量小于60wt%时,nMg(OH)_2/EVA和mMg(OH)_2/EVA复合材料的垂直燃烧等级都达不到V-0级。Mg(OH)_2本身的阻燃效率较低,nMg(OH)_2和MRP对EVA有非常显著的协同阻燃作用,二者掺杂比例适当时可大幅度降低Mg(OH)_2的用量。与nMg(OH)_2/EVA复合材料相比,nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料燃烧时能够生成连续致密的炭层,覆盖在材料表面形成防火屏障,提高其阻燃性能。nMg(OH)_2的热分解反应对nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料的燃烧性能有极其重要的影响。当nMg(OH)_2热分解后再加入到MRP/EVA体系中时,nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料的阻燃和抑烟性能均急剧降低。当nMg(OH)_2∶MRP∶EVA的质量比为40∶10∶100时,nMg(OH)_2-MRP/EVA复合材料同时具有优异的阻燃性能、力学性能和加工性能,可满足实际应用的需要。     

苯甲酸功能化石墨烯-Al(OH)3协同阻燃聚丙烯

以氧化石墨（GO）为原料,制备了苯甲酸功能化石墨烯（BFG）,采用IR和XRD对BFG结构进行了表征。再将BFG作为阻燃协效剂添加到Al（OH）₃/聚丙烯（PP）中,研究不同质量比的BFG与Al（OH）₃对PP材料阻燃和力学性能的影响。通过对阻燃BFG-Al（OH）₃/PP复合材料进行极限氧指数（LOI）测试、热失重分析、锥形量热分析、拉伸测试及残炭SEM分析,考察BFG-Al（OH）₃/PP复合材料的阻燃性能和力学性能。研究结果表明,与其他阻燃PP相比,1.5wt% BFG-38.5wt% Al（OH）₃/PP的阻燃和力学性能最佳,LOI可达到24.6%,拉伸强度为20.64 MPa,且其热释放速率峰值和总热释放量比纯PP分别降低了51.5%和18.6%。     

无机填料对环氧模塑料导热和阻燃性能的影响

采用两种无机填料Si₃N₄和Al(OH)₃ 复合填充环氧树脂制备了环氧模塑料(EMCs), 研究了两种填料用量及单独添加和复合添加对环氧模塑料导热性能和阻燃性能的影响。研究结果表明, 单独添加Si₃N₄或Al(OH)₃对环氧模塑料导热性能和阻燃性能的影响规律基本一致, 即随着填料含量的增加, 环氧模塑料的导热性能和阻燃性能均有不同程度的提高; 复合添加Si₃N₄和Al(OH)₃对环氧模塑料的导热性能和阻燃性能均起到积极作用, 但是随着填料中Si₃N₄与Al(OH)₃体积比的变化, 材料导热性能与阻燃性能会产生交叉耦合作用。当 填料中Si₃N₄与Al(OH)₃体积比为3∶2, 总体积分数为60%时, 环氧模塑料的导热率可以达到2.15 W/(m·K), 氧指数为53.5%, 垂直燃烧达到UL-94 V-0级。      

Al(H2PO2)3/聚氨酯弹性体复合材料的制备及阻燃性能

采用熔融共混技术,将Al（H₂PO₂）₃引入聚氨酯热塑性弹性体,制备了一系列次磷酸铝/聚氨酯弹性体复合材料（Al（H₂PO₂）₃/TPU）。采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热测试、TG和SEM研究了Al（H₂PO₂）₃对Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料阻燃性能及热稳定性的影响,采用力学测试研究Al（H₂PO₂）₃对其力学性能的影响。阻燃测试表明,Al（H₂PO₂）₃可以有效提高Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料的阻燃性能。当Al（H₂PO₂）₃添加量为20wt%时,Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料UL-94级别达到V-0级,LOI达到30.5vol%。热重测试表明,Al（H₂PO₂）₃的加入会导致复合材料热分解温度降低,但其残炭率有明显升高。锥形量热测试表明,Al（H₂PO₂）₃的加入有效降低复合材料热释放速率峰值（pHRR）和总热释放（THR）,并明显提高其火灾安全性能,其中20wt% Al（H₂PO₂）₃/TPU的pHRR和THR相对纯TPU分别下降65.7%和20.2%。SEM表明,Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料炭渣致密性有明显提高。在此基础上,采用TGA-FTIR联用分析Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料阻燃机制,研究发现,Al（H₂PO₂）₃在燃烧过程中可以有效促进TPU裂解产物成炭,降低可燃性气体生成量,从而提高复合材料阻燃性能。     

蒲绒活性炭负载Fe2O3的制备及其在软质聚氯乙烯中的阻燃应用

以蒲绒为原料、H₃PO₄为活化剂制备了蒲绒活性炭（AC）,利用浸渍焙烧法,制备了AC负载Fe₂O₃（AC-Fe₂O₃）复合物,将AC及AC-Fe₂O₃应用于软质聚氯乙烯（PVC）的阻燃处理,制备了AC阻燃软质PVC（AC/PVC）复合材料和AC负载Fe₂O₃阻燃软质PVC（AC-Fe₂O₃/PVC）复合材料。采用热重分析法研究了AC/PVC和AC-Fe₂O₃/PVC阻燃复合材料的热分解行为,采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热（CONE）等方法测试了AC/PVC和AC-Fe₂O₃/PVC阻燃复合材料的阻燃性能。结果表明：添加阻燃剂所制备的PVC基复合材料均达到UL-94 V-0级,LOI值均有提高。相比纯PVC,AC/PVC和AC-Fe₂O₃/PVC复合材料的热释放速率峰值和烟释放总量均有明显降低。这主要是由于AC和Fe₂O₃在凝聚相发挥协同阻燃作用。一方面AC的加入起到了物理阻隔的作用;另一方面Fe₂O₃的加入促进了PVC的早期交联碳化反应,催化PVC在燃烧前期形成更加稳定的炭层,使残炭率提高,可以有效抑制PVC的燃烧。     

Mg(OH)2/聚苯乙烯复合材料的阻燃机制

把Mg(OH)₂ (Magnesium hydroxide, MH) 在不同温度热处理不同时间, 得到一系列不同热分解状态的Mg(OH)₂ (Treated magnesium hydroxide, t-MH)。以MH和t-MH为无卤阻燃剂, 聚苯乙烯(PS)为基体, 采用熔体共混法制备了MH/PS和t-MH/PS复合材料。详细研究了MH热处理对t-MH/PS复合材料燃烧性能的影响, 并以此实验结果为基础提出了复合材料的阻燃机制模型。结果表明, 随着热处理温度升高、热处理时间延长, MH逐渐分解并转化成MgO。在相同条件下t-MH/PS复合材料的阻燃性能较MH/PS复合材料显著降低, 但是仍然比纯PS有明显提高。此外, MH热分解产生的MgO有促进PS成炭的作用。MH/PS复合材料的阻燃机制是以下几种因素协同作用的结果: (1)MH分解吸热的冷却降温作用;(2)MH热分解释放水蒸气的气相稀释作用;(3)MH热分解产物MgO的固相阻隔与防护作用;(4)MgO促进PS成炭阻燃作用。     

环交联聚磷腈包覆羟基锡酸锶杂化纳米棒的合成及阻燃环氧树脂研究

为了开发新型无机-有机杂化的阻燃消烟剂, 本研究采用共沉淀法合成了棒状纳米羟基锡酸锶(SrSn(OH)₆), 并用环交联聚磷腈(PZS)对其进行包覆, 得到一种核壳结构的有机无机杂化纳米阻燃剂(PZS@SrSn(OH)₆)。通过扫描电镜、透射电镜和红外光谱研究了PZS@SrSn(OH)₆的微观形貌和化学结构。通过热重分析研究了PZS@SrSn(OH)₆及EP/PZS@SrSn(OH)₆阻燃复合材料的热降解行为。采用极限氧指数和锥形量热对复合材料阻燃性能进行测试, 用X射线衍射、扫描电镜、能谱分析及红外光谱对EP/PZS@SrSn(OH)₆的阻燃机理进行分析。结果表明PZS@SrSn(OH)₆在环氧树脂中展现出高阻燃效率和抑烟效果, 且PZS与SrSn(OH)₆之间存在显著的协同阻燃效应。与纯环氧树脂相比, 仅添加3wt%的PZS@SrSn(OH)₆时, 极限氧指数(LOI)值从26.2%增加到29.6%。锥形量热结果表明热释放速率峰值降低了约29%, 烟释放速率峰值降低了约37%, 残炭率提高了242%。PZS@SrSn(OH)₆在高温下形成致密结构炭层, 隔绝分解产物及热量和氧气交换, 从而显著提高环氧树脂的阻燃效果。     

硼-氮阻燃剂与氢氧化镁协同阻燃环氧树脂

将硼-氮阻燃剂2,4,6-三(4-硼酸-2-噻吩)-1,3,5-三嗪(3TT-3BA)与Mg(OH)_2进行复配,然后将其添加到环氧树脂(EP)中,通过热重分析、锥形量热、极限氧指数、垂直燃烧等测试方法,研究了3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系对EP的阻燃性能。研究发现,3TT-3BA与Mg(OH)_2具有协同阻燃作用,添加10%3TT-3BA/10%Mg(OH)_2到EP中,其极限氧指数达到了32.5%,垂直燃烧达到了UL94 V-0等级。同时,3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系还能有效减小EP热释放速率、热释放总量和生烟总量。通过扫描电镜等手段探讨了3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系的阻燃机理。     

三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇在EVA中的阻燃研究

研究了三聚氰胺磷酸盐(M P)和季戊四醇(PER)作为膨胀型阻燃剂(IFR)在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的阻燃作用。采用氧指数法和垂直燃烧法研究了M P和PER不同配比对EVA阻燃效果的影响。实验结果表明,M P和PER的配比不同对体系的阻燃有很大影响。在M P和PER总添加量为50%时,M P/PER质量比为2∶1时显示出最好的阻燃效果,阻燃EVA体系氧指数最高,垂直燃烧达到V-0级。采用热分析研究了膨胀型阻燃EVA体系的热分解特性,以及采用激光拉曼光谱等手段对材料燃烧后形成的膨胀炭层进行了表征。     

Electron beam irradiated HDPE/EVA/Mg(OH) composites for flame-retardant electric cables

The mechanical properties and flammability of high-density polyethylene (HDPE)/ethylene vinyl acetate (EVA) mixed with various amounts of magnesium hydroxide (Mg(OH)₂) as the filler in composites, irradiated with electron beam at an irradiation dose of 150 kGy, have been studied. It is found that high-energy electron beam irradiation has significant effects on the mechanical properties of the HDPE/EVA/Mg(OH)₂ composites. The tensile strength and elastic modulus increased greater than in the unirradiated ones. Meanwhile, with increasing the content of Mg(OH)₂ in the composites, the limiting oxygen index (LOI) value increased sharply. The microstructure of the caves of the unirradiated HDPE/EVA/Mg(OH)₂ composites show poor interface of composites compared with the irradiated ones, as observed in SEM micrographs.     

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。