不同纳米碳材料阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料性能的表征

以碳微球(CMSs)、碳纳米管(MWNTs)、碳微球(CMSs)与碳纳米管(MWNTs)复配的3种材料,通过熔融共混法分别对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行阻燃改性,制备出不同纳米碳材料阻燃PET复合材料。采用极限氧指数(LOI)法、垂直燃烧法、热重分析、扫描电镜等方法,测试和表征了CMSs/PET、MWNTs/PET、CMSs/MWNTs/PET复合材料的阻燃性能、热稳定性能、分散性及力学性能。结果表明,质量分数为1%的CMSs可使PET的LOI明显提高到28.9%,但对其抗熔滴性能的改善并不明显;同质量分数的MWNTs的添加,可有效提高PET的抗熔滴性能,其熔滴数由原PET的24d/min减少为6d/min;且CMSs与MWNTs具有协同阻燃效应,当两者的质量比为1∶2时,CMSs/MWNTs/PET的LOI为27.3%,且其熔滴数仅为4d/min;三者的垂直燃烧级别都由原PET的V-2级上升为V-0级,热稳定性都有所提高,但力学性能都有一定程度的下降。     

液相沉积法制备氢氧化镁包覆碳微球复合阻燃材料

以碳微球(CMSs)、氢氧化钠和氯化镁为原料,采用液相沉积法制备了Mg(OH)_2/CMSs复合阻燃材料,通过场发射扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了材料的微观形貌和结构;并结合Mg(OH)_2/CMSs复合阻燃材料与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)共混制备Mg(OH)_2/CMSs/PET复合材料,通过数显氧指数测试仪分析其阻燃性能。结果表明,通过液相沉积法Mg(OH)_2包覆在CMSs表面,且包覆效果较好;Mg(OH)_2/CMSs复合阻燃材料燃烧时分解生成的氧化镁(MgO)、水和残余炭层,使得Mg(OH)_2/CMSs/PET复合材料的极限氧指数由PET的21.0%增加到27.5%,并具有优良的抑烟性和抗熔滴性,提高了PET材料的阻燃性能。     

CMSs-An/PET复合阻燃材料的制备和性能

先用酸氧化法修饰碳微球(CMSs)的表面,再用化学合成法将苯胺(An)接枝在CMSs上制备CMSs-An复合物,最后用熔融共混法制备了CMSs-An/PET复合材料。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重(TG)、氧指数仪和垂直燃烧仪等手段对其形貌结构、分散性、热稳定性能、阻燃性能和力学性能进行了表征。结果表明,与原始CMSs相比,苯胺修饰后的CMSs-An在PET基体中的分散性提高了,使CMSs-An/PET的抗拉强度比CMSs/PET提高了20.8%;与纯PET相比,CMSsAn/PET复合材料的热稳定性明显提高,其极限氧指数提高了7.5达到29.2,垂直燃烧级别由V-2级上升到V-0级。     

分子筛/受阻胺对膨胀阻燃聚丙烯的协同阻燃作用

采用热失重、极限氧指数、锥形量热研究了以受阻胺(NOR116)和分子筛为协效剂,与聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)在聚丙烯基体中的热降解行为及协同阻燃性;并用拉曼光谱和扫描电镜分析了残炭的结构和形貌,进一步研究了其协同阻燃机理。结果表明,NOR116/分子筛协效阻燃体系可明显提高极限氧指数并改善燃烧时熔滴缺陷,显著降低热释放速率、烟释放速率;NOR116可有效提高PP的初始分解温度及最大分解速率温度,使膨胀阻燃体系后期的交联成炭及气体释放更加匹配;在燃烧过程中分子筛与膨胀阻燃体系形成了Si-P-Al-C的结构,可有效稳定炭层;拉曼光谱及扫描电镜结果表明,NOR116和分子筛可促进膨胀阻燃体系形成致密且高石墨化程度的炭层,有效阻隔了氧气的进入及热的反馈。     

PET/PC/氨基硅油共混物的制备及阻燃机理

采用熔融共混法在密炼机上制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚碳酸酯(PC)/氨基硅油(ASO)阻燃共混材料,研究了氨基硅油用量对PET/PC共混材料阻燃性能和燃烧行为的影响,并探究了氨基硅油的阻燃机理。结果表明,ASO的加入有效改善了PET/PC共混物的阻燃性能。当ASO添加量为0.5 phr时,PET/PC/ASO共混物通过UL 94 V-0级,氧指数达28%。锥形量热测试结果显示,ASO的加入显著降低了热释放速率峰值(199.9 kW/m~2),并促使基体分解更加完全以释放出大量的不可燃性气体(CO_2)。结合烧结残炭的傅里叶变换红外光谱和扫描电镜-能谱仪分析,ASO的加入同时起到了气相与凝聚相阻燃的作用。此外,由于ASO类似偶联剂的作用,使得PET/PC/ASO三元共混物的韧性得到了很大的提升。     

CMSs/APP对PET阻燃性能的影响

结合阻燃剂复配技术,以碳微球(CMSs)与聚磷酸铵(APP)为添加材料,通过熔融共混法制备了CMSs/APP/PET复合材料。采用锥形量热仪(CONE)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)、扫描电镜(SEM)等对CMSs/APP/PET复合材料的阻燃性能进行了研究,并对CMSs与APP的配比及含量进行优化。结果表明,单独添加3%CMSs可使PET的LOI值提高到25.1%,释热速率峰值(PHRR)从513.22 kW/m²下降到382.51 kW/m²,但该复合材料不能通过UL-94的测试;单独添加3%APP仅可使PET的LOI值提高到21.9%,但其UL-94可达到V-0级。通过探讨不同配比的CMSs/APP对PET阻燃性能的研究发现,在CMSs/APP的添加量为2%,质量比为1∶2时,CMSs/APP/PET复合材料的阻燃效应最佳,其LOI值可达27.5%, PHRR值下降了45.4%,总产烟量(TSP)由14.4 m²下降到12.4 m²,残炭量由13.2%增加到17.3%,且UL-94可达到V-0级,可满足PET在不同燃烧方向的阻燃要求。     

三聚氰胺聚磷酸盐/次磷酸铝阻燃高密度聚乙烯/木粉复合材料的制备与性能研究

采用三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和次磷酸铝(PAH)为阻燃剂,马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)为相容剂,通过熔融共混,制备阻燃木粉(WF)-高密度聚乙烯(HDPE)复合材料(HDPE/WF)。探索了三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)与次磷酸铝(PAH)组成的二元体系中MPP与PAH的最佳质量比,采用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)研究了阻燃HDPE/WF的阻燃性能,采用热重分析(TGA)研究了阻燃HDPE/WF的热分解过程,用扫描电镜(SEM)观察了阻燃HDPE/WF燃烧炭层的形貌。结果表明:当MPP和PAH的质量比为3∶2时,阻燃HDPE/WF的阻燃效果达到最好,LOI值为29.6%,垂直燃烧UL-94通过V-0级。TGA研究表明:MPP/PAH阻燃体系对HDPE/WF的热起始分解温度没有太大影响,但却提高了材料在高温时的热稳定性,同时提高材料的成炭性能。通过SEM观察得到:炭层密度增加,有效阻止了氧气入到材料的内部并降低了导热性,也使得内部可燃性气体无法逸出,从而提高材料的阻燃性。     

改性炭黑/膨胀石墨/聚磷酸铵阻燃木塑复合材料的性能研究

采用改性炭黑(M-CB)、膨胀石墨(EG)、聚磷酸铵(APP)三者复合与木粉及聚丙烯(PP)制备阻燃抗静电木塑复合材料。通过ZC-36型高阻计、JF-3型氧指数测定仪、CZF-3水平垂直燃烧测定仪、锥形量热仪、热重分析(TGA)测定复合材料的表面电阻率、氧指数及燃烧性能、阻燃性能、热失重行为。研究结果表明M-CB有良好的导电性能,可以使材料表面电阻率由约1014Ω降低到约108Ω;锥形量热及氧指数结果等表明M-CB/EG/APP三者复合阻燃体系的阻燃性能优于单一组分,同时TGA结果表明样品材料热稳定性能高于单一阻燃体系,残炭量显著提高,可以保护PP,使PP分解温度上升。     

二乙基次膦酸铝与三嗪成炭剂协同阻燃PBT的研究

采用二乙基次磷酸铝(AlPi)复配超支化三嗪大分子成炭剂(EA)对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行无卤阻燃改性。通过氧指数、UL-94垂直燃烧及锥形量热测试研究了阻燃体系的阻燃性能,通过热失重分析(TGA)研究了复配阻燃体系的热性能,采用扫描电镜(SEM)观察阻燃体系燃烧炭层的形貌。研究表明,AlPi与EA复配比例为7∶3时阻燃效果最好,材料氧指数达到34.6%,通过UL-94V-0级,热释放速率峰值(PHRR)降低至653kW/m2;热重分析表明,复配阻燃体系的加入促进了PBT的提前分解成炭,增加了阻燃PBT的残炭量;燃烧炭层扫描电镜说明,复配阻燃体系能形成连续致密的膨胀炭层,提高阻燃效果。     

聚苯胺包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯复合阻燃材料的制备及性能

通过化学氧化法合成聚苯胺,并利用原位聚合法将聚苯胺(PAN)包覆在碳微球(CMSs)上,采用熔融共混法制得阻燃聚苯胺包覆碳微球/聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料(CMSs-PAN/PET)。采用扫描电镜、红外光谱仪、热重和氧指数仪等,对其形貌结构、分散性、热稳定性能、阻燃性能和力学性能进行了分析和研究。结果表明,聚苯胺包覆后的CMSsPAN与原始CMSs相比,在PET基体中的分散性得到提高,CMSs-PAN/PET的拉伸强度比CMSs/PET提高了28.1%;与纯PET相比,CMSs-PAN/PET复合材料的热稳定性明显提高,其极限氧指数达到32.1,提高了10.4。     

聚磷酸酯阻燃剂的合成及阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯的性能

采用熔融缩聚法,以2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚(DPO-HQ)和苯氧基磷酰二氯(MPCP)为原料,设计合成了一种新型聚磷酸酯阻燃剂——聚苯氧基膦酸(2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚)酯(PPFR),用傅里叶变换红外光谱、核磁氢谱和磷谱对阻燃剂的化学结构进行了表征。然后将PPFR应用于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中,制备了不同磷含量的PET/PPFR阻燃体系。通过极限氧指数、垂直燃烧和热重分析考察了PPFR对PET燃烧性能及热稳定性的影响,用裂解气相质谱、X射线光电子能谱分析了PPFR阻燃PET的阻燃机理。结果表明,PPFR提高了PET的初始分解温度,并与PET协同成炭,延缓炭层的分解,具有良好的阻燃性能和热稳定性。阻燃剂的加入没有改变PET的降解机理,但抑制了其深度裂解;磷元素在降解过程中,以磷酸类化合物的形式在芳香族炭层结构表面富集,促进PET脱水形成保护性炭层,通过凝聚相发挥阻燃作用。     

聚磷酸酯阻燃剂的合成及阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯的性能EI北大核心CSCD

采用熔融缩聚法,以2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚(DPO-HQ)和苯氧基磷酰二氯(MPCP)为原料,设计合成了一种新型聚磷酸酯阻燃剂——聚苯氧基膦酸(2-(二苯基膦酰)-1,4-苯二酚)酯(PPFR),用傅里叶变换红外光谱、核磁氢谱和磷谱对阻燃剂的化学结构进行了表征。然后将PPFR应用于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中,制备了不同磷含量的PET/PPFR阻燃体系。通过极限氧指数、垂直燃烧和热重分析考察了PPFR对PET燃烧性能及热稳定性的影响,用裂解气相质谱、X射线光电子能谱分析了PPFR阻燃PET的阻燃机理。结果表明,PPFR提高了PET的初始分解温度,并与PET协同成炭,延缓炭层的分解,具有良好的阻燃性能和热稳定性。阻燃剂的加入没有改变PET的降解机理,但抑制了其深度裂解;磷元素在降解过程中,以磷酸类化合物的形式在芳香族炭层结构表面富集,促进PET脱水形成保护性炭层,通过凝聚相发挥阻燃作用。     

CMSs/PET微胶囊阻燃PET纤维制备与表征

将采用原位聚合法自制的核-壳型碳微球(CMSs)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微胶囊(PCMSs)作为阻燃剂,采用熔融纺丝法制备阻燃PCMSs/PET功能纤维。通过扫描电镜、声速仪、强伸仪、极限氧指数仪等测试设备对添加不同质量分数的阻燃剂的阻燃功能纤维的结构及性能进行测试和表征。结果表明:当阻燃剂PCMSs的质量分数为0.6%时,PCMSs在PET纤维基体中的分散性和相容性良好,此时纤维表面较为光滑,同时具有优良的吸湿性能和阻燃性能,但其力学性能稍低于PCMSs质量分数为0.2%时的PCMSs/PET纤维。     

苯基次膦酸铝用于玻纤增强PBT的无卤阻燃

采用一种新型次膦酸盐阻燃剂苯基次膦酸铝复配三聚氰胺焦磷酸盐对玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行无卤阻燃改性。通过热重分析研究了阻燃剂的加入对体系热分解过程的影响,通过氧指数、UL-94垂直燃烧及锥形量热测试研究了阻燃体系的阻燃性能。研究表明,苯基次膦酸铝与三聚氰胺焦磷酸盐复配比例为1∶1时阻燃效果最好,材料氧指数达到26.0%,通过UL-94 V-0级,同时样品热释放速率HRR降低至146 kW/m2,热重分析表明,两种阻燃剂之间通过化学反应促进了材料的提前分解,有利于在材料表面形成保护性炭层,从而提高了材料的阻燃性能。     

硼酸锌/三氧化钼复配型阻燃抑烟剂对聚氯乙烯燃烧性能的影响

利用极限氧指数、热失重测试、建筑材料烟密度等级测试、扫描电镜等方法研究了硼酸锌(ZB)和三氧化钼(Mo O3)对聚氯乙烯(PVC)燃烧性能的影响。研究结果表明,ZB和Mo O3都具有较好的阻燃效果,ZB的阻燃效果优于Mo O3;而Mo O3的抑烟效果优于ZB,二者具有较好的协同抑烟作用,当添加10 phr配比为2∶8的ZB/Mo O3时,可使PVC体系的最大烟密度值(MSD)从58.07降到37.84,烟密度等级(SDR)从45.06降低到27.02,燃烧后物质的质量残留量大幅度提高。添加ZB和Mo O3的PVC燃烧后,表面会形成一层致密的结构,该结构有利于阻止外界环境中的氧气和热量进入材料内部;材料内部会形成更小的孔洞,进一步证明了ZB和Mo O3的加入使材料燃烧后的炭层结构更加致密,不易坍塌。     

阻燃PET的热降解动力学

利用双螺杆挤出机挤出造粒制备了共混型阻燃PET材料,并利用TG方法研究了PET和阻燃PET在N2气氛下以一定升温速度时的热降解动力学行为,以此探讨阻燃性能与热降解行为的关系。试验发现．加入阻燃荆后材料的初始分解温度提前,在失重20％以前,阻燃PET的活化能低于PET的活化能,当失重超过30％以后,阻燃PET的活化能超过了PET,说明阻燃刺使PET提前分解成发,隔热、隔氧阻止了材料的进一步氧化分解;阻燃荆的加入使同一温度下PET的不同失重率所对应的时间缩短,在同一温度下阻燃PET失重一半的时间t0．5也有较大幅度的缩短,即热稳定性下降,这一点与阻燃荆能够降低PET初始分解温度、提前分解成发有密切的关联。     

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。     

水稻秸秆与稻壳制备阻燃木塑复合材料的对比研究

采用聚磷酸铵(APP)为阻燃剂,通过熔融共混,制备阻燃水稻秸秆与阻燃稻壳粉聚丙烯复合材料。通过力学性能、极限氧指数、垂直燃烧、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)等表征手段研究了材料的力学、阻燃及热降解行为。结果表明:APP与秸秆粉的阻燃效果好于稻壳粉,当添加18%APP时,聚丙烯/秸秆粉复合材料可达到V-0级,氧指数提高了17.5%。对于聚丙烯/稻壳粉体系,APP添加20%时才达到V-0级。TGA与SEM研究表明:APP的添加使复合材料在燃烧过程中形成膨胀的致密炭层是阻燃的主要原因。     

反应性三源一体膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯的阻燃机理

利用自制的集"酸源、碳源、气源"于一体的反应性膨胀型阻燃剂EADP制备阻燃聚丙烯(PP),通过红外、锥形量热及扫描电镜法研究了EADP的阻燃机理。结果表明,阻燃PP燃烧时"三源"协同发生化学变化,迅速结炭和释放出NH3、H2O等不燃性气体,使阻燃PP形成内部多孔、表面致密的炭层,减少了挥发物中可燃气体的比例,突显出凝聚相和气相阻燃机理的作用。与原料PP相比,阻燃PP燃烧参数发生了很大变化,如加入质量分数25%EADP阻燃PP,峰值热释放速率(PHRR)、平均热释放速率(MHRR180)、平均有效燃烧热(av-EHC)、平均比消光面积(av-SEA)、火势增长指数(FIGRA)分别降低了65.50%、70.52%、19.51%、72.30%、82.25%,峰值热释放速率时间(TPHRR)是原料PP的1.9倍,呈现出优良的阻燃、抑烟效果。     

膨胀石墨阻燃碱木质素聚氨酯泡沫的制备及其性能

通过对精制后的碱木质素进行羟甲基化改性,利用改性后的碱木质素部分代替聚醚多元醇,利用一步发泡法制备碱木质素基聚氨酯泡沫材料,之后将膨胀石墨(EG)作为阻燃剂添加到碱木质素基聚氨酯泡沫材料制备出阻燃型生物质聚氨酯泡沫,通过极限氧指数(LOI)测试分析研究了阻燃型生物质聚氨酯泡沫材料的阻燃性能。通过借助热重分析(TGA)、锥形量热测试(CONE)和扫描电子显微镜(SEM)测试,分析研究了材料的热降解行为和成炭性能、燃烧行为和充分燃烧后残炭的表面形貌。分析结果表面,当羟甲基化后的碱木质素的添加量为聚醚多元醇的60%(质量分数)时,EG的添加量为30%(质量分数)时,制备出的阻燃型生物质聚氨酯泡沫的LOI值为30.1%,同时EG的加入降低了材料最大热降解速率,热释放速率和总热释放量,促进了材料的成炭,提高了材料的热稳定性,提高了材料的阻燃性能。