磷硅协效阻燃尼龙66的制备与性能研究

发布时间：2020-05-24 18:52

【摘要】：尼龙66(PA66),是通用工程塑料中用量最多的热塑性树脂,其力学性能优良,可广泛应用于航空、汽车、机械、电子、化工、建筑等领域。PA66的极限氧指数为24%,UL-94垂直燃烧性能达到V-2级别,具有一定的阻燃性能。但是随着PA66应用领域的不断拓展,其阻燃性能已经不能满足愈加苛刻的环境要求,提高PA66的阻燃性能势在必行。卤系阻燃剂阻燃效率高对环境的危害却很大,适合PA66的磷氮系阻燃剂种类也较少,因此开发新型无卤环保阻燃剂具有重要的意义。基于PA66较高的加工温度条件,论文首先以三氯氧磷和季戊四醇为原料,合成出了中间体1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA),PEPA再与苯基磷酰二氯继续反应,得到了高对称结构且具有高分解温度的有机磷系阻燃剂二-1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷-1-苯基-4-氧膦(BPEPA),最后将BPEPA和纳米SiO_2添加到PA66树脂中,从而制备了阻燃PA66复合材料,并且对其热性能、力学性能、阻燃性能进行了测试表征,主要结论如下:(1)以三氯氧磷和季戊四醇为原料,1.4-二氧六环为溶剂,合成了阻燃剂中间体PEPA;以三乙胺为缚酸剂,乙腈为溶剂,PEPA再与苯基磷酰二氯继续反应得到了阻燃剂终产物BPEPA。傅里叶红外分析(FTIT)和核磁分析(NMR)结果表明成功制备出了目标产物。热稳定性能(TGA)测试结果表明,在氮气条件下,PEPA和BPEPA的初始分解温度T_i分别为284.6℃、354.1℃,最大热失重温度T_(max)分别为298.7℃、368.7℃,600℃的残炭率分别为48.23wt%、46.35wt%。(2)采用单因素实验法,将阻燃剂BPEPA添加到PA66中,制备了阻燃PA66材料,并且测定了材料的热性能、力学性能、阻燃性能。热性能实验结果表明,加入BPEPA后,PA66的熔点T_m、结晶温度T_c、初始分解温度开始下降,储能模量和损耗因子开始增大,同时600℃的残炭率有所提高。力学性能测试结果表明,加入BPEPA后,PA66的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度均呈现持续下降的趋势,添加量为20wt%时,三种强度较纯PA66分别下降了15.8%、13.9%、16.9%。阻燃性能测试表明,添加量为20wt%时,极限氧指数(LOI)由纯PA66的24%提高到26.9%,UL-94垂直燃烧性能达到V-1级别。(3)固定BPEPA的添加量20wt%,改变纳米SiO_2的用量,制备了BPEPA/纳米SiO_2阻燃PA66材料,并且测定了材料的热性能、力学性能、阻燃性能。热性能实验结果表明,加入纳米SiO_2后,PA66的熔点、结晶温度出现了小幅度的下降,初始分解温度开始延后,储能模量、损耗因子依然增大。力学性能测试结果表明,拉伸强度、弯曲强度、冲击强度出现先增加后下降的趋势,纳米SiO_2添加量为4wt%时,三种强度较纯PA66分别下降了13.3%、12.6%、18.2%。阻燃性能测试结果表明,阻燃剂BPEPA和纳米SiO_2可以提高PA66的燃烧性能,BPEPA添加量为20wt%、纳米SiO_2添加量为4wt%时,LOI由纯PA66的24%提高到27.6%,垂直燃烧性能为V-1级别,释热速率峰值(pHRR)、总热释放量(THR)、总烟释放量(TSP)由纯PA66的645.49kW/m~2、94.23MJ/m~2、9.12m~2/kg分别下降至588.13kW/m~2、80.06MJ/m~2、8.37m~2/kg,质量损失由1.61g提高至2.32g。
【图文】：

单元模型,阻燃机理

重庆理工大学硕士学位论文2图1.1 聚合燃烧单元模型1.2.2 聚合物的阻燃机理燃烧的三要素为热量、氧气以及可燃物，通过阻止或干扰任何一种要素即可终止燃烧，达到阻燃目的[6]。具体包括提高聚合物的热分解温度、捕捉活性自由基、形成难燃的隔热保护炭层、稀释可燃性气体浓度、吸收热量等。聚合物的阻燃机理主要包括以下四个方面：（1）气相阻燃机理气相阻燃机理[7]指的是阻燃剂主要在气相中致使燃烧中断，或者延缓燃烧的自由基链式反应，从而达到阻燃目的，其要点包括以下两个方面：①阻燃剂受热时释放出相关活性自由基，它们可以和聚合物裂解过程中所产生的自由基相互作用，从而中断燃烧链式反应；②阻燃剂受热时会产生大量气体，例如NH3、CO2、CO、H2O等难燃性气体

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研究技术路线图
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ323.6

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