PA6-蒙脫土復(fù)合材料阻燃性能及阻燃機(jī)理的研究.pdf

1、PA6以其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于電器、汽車制造及建筑等諸多領(lǐng)域，因此國內(nèi)外對PA6阻燃改性的研究一直非常關(guān)注。常規(guī)方法是采用添加鹵素、磷系及氮系等阻燃劑，它們在燃燒過程中一般會釋放有毒氣體，對人體以及環(huán)境極為不利。聚合物/層狀硅酸鹽(PLS)納米復(fù)合材料是一種低毒、高效、環(huán)保的阻燃體系，并被國內(nèi)外譽(yù)為阻燃材料過程中革命性的進(jìn)展。PA6/蒙脫土復(fù)合材料的力學(xué)性能、結(jié)晶性能已得到廣泛研究，但對其燃燒性能的評價很不一致，其工業(yè)應(yīng)用受到影響。這些

2、問題與對插層復(fù)合材料阻燃機(jī)理的研究不深入有重要關(guān)系，還缺乏比較合理的理論模型。因此研究聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)在燃燒過程的細(xì)微變化及其阻燃機(jī)理具有重要意義。 本研究采用熔融插層法制備了PA6/蒙脫土復(fù)合材料。結(jié)合X-ray衍射和透射電鏡分析了PA6/蒙脫土復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)；采用熱分析研究了復(fù)合材料的耐熱性；通過研究復(fù)合材料的熱釋放速率、質(zhì)量損失速率等燃燒參數(shù)以及氧指數(shù)分析了復(fù)合材料在不同實驗條件下的燃燒特性

3、，并通過拉伸、彎曲等實驗研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能。X-ray衍射及TEM結(jié)果表明，改性蒙脫土片層能較均勻的分散在聚合物基體中，且使復(fù)合材料的層間距有所擴(kuò)大，而無機(jī)蒙脫土不能較好的分散于PA6基質(zhì)中。錐形量熱儀實驗結(jié)果表明，PA6/ONMT復(fù)合材料的熱釋放速率、質(zhì)量損失、質(zhì)量損失速率以及生煙速率等均顯著降低，具有較好的阻燃性和抑煙性，而PA6/MMT復(fù)合材料的阻燃作用很??；不同外部熱流強(qiáng)度下PA6/OMMT復(fù)合材料的峰值熱釋放速率增幅較小

4、。采用水平垂直燃燒實驗及氧指數(shù)實驗評價材料燃燒性能，結(jié)果表明OMMT含量為10％和20％時該復(fù)合材料能達(dá)FH-3級。添加紅磷可以使復(fù)合材料氧指數(shù)提高，且水平和垂直實驗中復(fù)合材料的阻燃級別分別達(dá)FH-1和FV-1級。PA6/蒙脫土復(fù)合材料的力學(xué)性能測試結(jié)果表明，PA6/OMMT復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度隨OMMT含量的增加，均出現(xiàn)先增大后降低的趨勢，在OMMT含量為5％～7％時復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳。 本研究重點(diǎn)探討了PLS

5、復(fù)合材料的阻燃機(jī)理。采用掃描電鏡和元素分析對比研究PAB/OMMT復(fù)合材料和HIPS/OMMT復(fù)合材料，結(jié)果表明材料燃燒后其殘留物中碳元素含量很少。此外結(jié)合錐形量熱儀實驗分析兩種材料的燃燒性能，表明PLS復(fù)合材料的阻燃作用主要來自殘留層的物理“屏蔽”作用，而不是化學(xué)阻燃作用，以明確的實驗證據(jù)表明至少對所研究的兩種材料插層復(fù)合不會促進(jìn)化學(xué)成碳作用。本研究還通過掃描電鏡對不同復(fù)合材料殘留層橫斷面結(jié)構(gòu)的分析研究提出了殘留物粗細(xì)二層結(jié)構(gòu)的新型結(jié)

6、構(gòu)模型，兩種結(jié)構(gòu)對PLS復(fù)合材料的阻燃性均有重要影響，是產(chǎn)生隔熱、隔質(zhì)作用和阻燃效果的重要因素；此外氣泡和熔融也是影響殘留層形貌的因素之一，它能導(dǎo)致殘留層形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效的降低熱釋放速率。通過比較不同類型燃燒實驗的結(jié)果，分析探討了燃燒模式對阻燃性評價結(jié)果的影響。在高輻射強(qiáng)度下，如CONE實驗，樣品呈現(xiàn)深度裂解的燃燒模式，殘留層良好的物理阻隔作用使材料具有較好的阻燃性，而在燃燒緩慢且樣品燃燒面可以自由擴(kuò)展的條件下(如氧指數(shù))，片層不