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乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)树脂由乙烯和醋酸乙烯酯按照不同的比例共聚而成,其性能与醋酸乙烯(VA)含量有关。近年来,EVA被广泛的应用于电缆护套、电气配件、建材等各个领域。然而,EVA极易燃烧,其极限氧指数仅为18,极大的限制了EVA的应用。目前用于EVA阻燃的方法大多停留在添加阻燃剂的阶段,而卤素阻燃剂和金属氢氧化物阻燃剂应用最为多见。 “三源一体”膨胀型阻燃剂主要由C、P、N三种元素构成,因其将膨胀阻燃剂中“酸源、碳源、气源”集于一身而得名,其特点为无卤、高效、环保、相容性好,且对基体材料的力学特性影响较小,因此成为目前阻燃研究领域的热点。 本文以季戊四醇、三聚氰胺为原料,分别与三氯氧磷或磷酸反应,分两步合成出了两种“三源一体“膨胀型阻燃剂PDM、PEM。并对以三氯氧磷为原料的合成反应中第一步反应的机理、条件和产物进行了研究,合成出两种中间产物PDD、PEPA。对以上四种产物通过红外光谱、核磁共振等化学仪器分析手段进行结构的表征和验证。结果表明,PEM、PDM分别为双螺环结构磷酸酯蜜胺盐,而中间产物PEPA为一种笼状结构的磷酸酯。 本文将合成的四种膨胀型阻燃剂PDM、PEM、PEPA/MEL、PDD/MEL应用于EVA基体,制备出阻燃EVA复合材料,对样品进行了极限氧指数、垂直燃烧测试、锥形量热仪测试和SEM扫描电镜测试。结果表明,四种膨胀型阻燃剂均能对EVA发挥良好的阻燃作用,并且随着阻燃剂添加量的增加,阻燃效果逐渐增强。四种合成阻燃剂中,效果较为突出的为“三源一体“膨胀型阻燃剂PEM和笼状结构阻燃剂体系PEPA/MEL,其极限氧指数分别为29.3%和30.3%,其垂直燃烧均可通过Ⅴ-0级。当添加40%的PEM、PEPA/MEL两种阻燃剂时,热释放速率可下降86.1%、90.9%,生烟速率降低72%、58%。进行热重分析,结果表明,合成膨胀型阻燃剂的阻燃机理主要为凝聚相阻燃,残炭量远远高于纯EVA样品。通过对燃烧残炭宏观和微观的分析,其中PEM成炭效果最为突出,当添加量达到40%时,膨胀高度高达43mm,有效的阻隔了热量和可燃性气体的传播。 此外,本文还将聚磷酸铵(APP)与合成阻燃剂组成协效成分制备出IFR-EVA,并对其进行了燃烧测试和分析,研究表明:APP与PEM、PEPA/MEL复配后,协效阻燃作用明显。APP在降低生烟量方面发挥了极大的作用。经过协效后的阻燃体系APP/IFR/EVA燃烧残炭在SEM下显示出更为完整、均匀的结构特征,表明APP与IFR协效对炭层的形成和平衡起到了良好的作用。通过对氧指数、垂直燃烧、锥形量热、热失重的数据结果分析得:当APP∶IFR=3∶2时,氧指数升高最为明显,APP/PEM体系为28.3,APP/PEPA/MEL体系为28.8;APP∶PEM∶EVA=3∶1∶6时,PSPR下降了77%以上。