基于微胶囊红磷的膨胀型阻燃聚甲醛的研究

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作为当今五大工程塑料之一,聚甲醛(POM)综合性能十分优异,但它本身极易燃烧,极限氧指数只有15%左右,并且在燃烧过程中熔融滴落严重,因而急需对其进行阻燃改性,以扩大其应用领域。  本文通过构建新型膨胀型阻燃体系(IFR),并将其与POM熔融共混制得了具有优良阻燃效果的IFR/POM复合材料,并通过阻燃性能测试(UL94、LOI)、热分析测试(TG、DSC、DMA)以及力学性能测试等方法对复合阻燃材料进行了综合性能表征和相关机理研究。主要研究内容有三部分:  1.采用二乙基次膦酸铝(AlP)和微胶囊红磷(MRP)复配阻燃POM,实验表明,阻燃剂AlP和红磷复配能起到优良的阻燃作用。总添加量16%时,聚甲醛垂直燃烧级别即可达到UL94 V-1级,氧指数达28.5%;总添加量18%时,可达到UL94 V-0,氧指数随AlP和MRP配比不同而略有不同,当二者质量比为1:1时,氧指数最高达29.6%。热失重分析显示,AlP的稳定性和成炭性较好,其初始分解温度与纯POM相近,800℃时残炭率为37.1%,并且可以促进基材成炭,因而阻燃效果较好。当AlP和红磷添加量均为9%时,阻燃聚甲醛样品800℃时残炭的质量分数达到了8.6%。其拉伸强度为41.1MPa,断裂伸长率16.7%,冲击强度为3.3KJ·m-2,弯曲强度为70.6MPa,对聚甲醛力学性能不利影响相对较小。  2.采用笼状磷酸酯阻燃剂trimer作为阻燃成炭剂与微胶囊红磷复配用于阻燃聚甲醛,研究了二者复配比例及添加量对阻燃聚甲醛性能的影响。实验表明,微胶囊红磷和trimer协同阻燃效果显著。总添加量保持在20%时,当trimer和MRP配比分别为3:7,1:1和7:3时,阻燃级别分别达到UL94 V-0,UL94 V-0,UL94 V-2,极限氧指数为29.4%,27.4%,24.4%,均优于单独采用trimer或微胶囊红磷阻燃聚甲醛的效果。热失重分析显示,trimer的稳定性和成炭性较好,600℃时残炭率为32.2%。当二者配比为3:7、总添加量为20%时,阻燃聚甲醛样品600℃时残炭的质量分数达到了7.5%,其拉伸强度为38.3MPa,断裂伸长率5.1%,冲击强度为2.8KJ·m-2,弯曲强度为73.4MPa。  3.采用酚醛树脂(PF)和磷-氮复配膨胀型阻燃剂50A复配阻燃POM,探讨了不同酚醛树脂种类、阻燃体系添加量以及阻燃组分配比对复合材料的影响。结果表明,50A 和酚醛树脂PF-2123具有较好的复配协同阻燃作用,当二者配比为1:1、总添加量为30%时,可使材料阻燃级别通过UL94V-1级,极限氧指数达到26.7%,并且试样的拉伸强度为49.7MPa,断裂伸长率5.0%,冲击强度为3.3KJ·m-2,弯曲强度为75.4MPa。热失重分析表明,50A不但自身具有较好的成炭性(800℃时残炭量达到了20%),还能促使酚醛树脂成炭形成较为致密的炭层,隔热隔氧,从而具有较好的阻燃效果。
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