勃姆石/尼龙66复合材料及勃姆石协同阻燃机理研究

作     者：罗观晃 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林晓丹;官炳桂

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：勃姆石 尼龙66 阻燃机理 力学性能 导热 

摘      要：尼龙66工程塑料高性能低成本化一直吸引着广泛的研究。勃姆石(BM)是一种新型片层状的无机功能填料,具有白度高、吸油值小、结晶完整等特性,可用于聚合物的增强、导热、阻燃、抑烟等。BM作为填料填充聚合物的研究报道甚少,其对尼龙66(PA66)的性能影响值得系统研究。此外,AlPi(二乙基次膦酸铝)与MPP(三聚氰胺聚磷酸盐)协效复配无卤阻燃PA66的效率还不够高,在此磷氮协效的基础上首次加入BM可以进一步提高阻燃效率,其阻燃机理的研究具有较高理论与应用价值。具体的工作内容如下:(1)采用熔融共混法制备综合性能优良的BM/PA66复合材料。通过多组对比实验表明:BM粒径选用1.5μm、用量为1.5 wt%硅烷偶联剂KH-550表面改性的BM/PA66复合材料的综合性能最佳。随着BM填充含量的增大,复合材料的力学、阻燃、导热、耐热性显著提升,但流动性出现明显降低。BM在熔体降温过程中起到了异相成核作用,使PA66在较高温度下开始结晶,结晶速率增大,结晶度减小。当BM含量在50 wt%时复合材料的综合性能最佳,拉伸强度为93.48MPa,弯曲强度为157.8MPa,冲击强度为5.36KJ/m2,无卤阻燃达UL94 V-0级,导热系数为0.75 W/(m?K),热变形温度为169.3℃,且加工、成型性良好。(2)研究了BM/AlPi/MPP无卤阻燃体系对PA66协效阻燃作用。结果表明:在总量为15wt%时,AlPi与MPP以1:1-3:2复配时,只能通过3.2mm UL-94测试V-0级测试。当BM:AlPi:MPP三者以3.0:8.5:6.5/3.0:9.0:6.0(总用量18wt%)复配时,通过UL-94测试V-0级(3.2mm/1.6mm),力学性能均有小幅度提升。进一步降低阻燃剂用量,BM:AlPi:MPP以3.0wt%:7.8wt%:4.2wt%复配时(总用量15wt%),通过UL-94 V-0级(3.2mm),LOI为29.7%,力学性能未恶化,拉伸强度为80.68MPa,弯曲强度为121.4MPa,缺口冲击强度为4.21KJ/m2。(3)探究了BM/AlPi/MPP阻燃体系的阻燃机理和阻隔层的形成。研究表明:三者分别在气相和凝聚相同时发挥作用,协同阻燃。在气相上:AlPi可部分蒸发部分形成二乙基次膦酸甲酯,高温下转化的PO·自由基与火焰中的H·、HO·自由基结合,抑制火焰;另外,MPP受热产生不可燃气体,BM分解释放水蒸汽,稀释可燃性物浓度。凝聚相上:MPP分解的聚磷酸和部分三聚氰胺、AlPi产生的二乙基次膦酸甲酯以及BM分解的AlO三者共同作用在基体表面形成致密连续的炭层,起到良好的阻隔作用。