环保型阻燃剂阻燃Nylon6的阻燃机理及性能研究

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Nylon6具有优良的综合性能,在工程塑料领域占有重要地位。但是,在具有各方面优异性能的同时,Nylon6也具有相对易燃等缺点,这极大地限制了它在某些领域的应用和发展。尤其是电子、电器产品在使用过程中因故障造成温度过高或高压放电时,Nylon6极易引起燃烧而发生火灾。因此,开发阻燃性能良好的Nylon6显得迫切而有必要。通过阻燃改性,提高尼龙材料的阻燃性,进而促进相关行业产品向高性能、高质量方向发展,具有重要的实际意义。本文将自制的磷-氮单组份膨胀型阻燃剂CTOB和有机蒙脱土与Nylon6复合,同时将不同的无机填料和无机阻燃剂与Nylon6复合制备了阻燃Nylon6复合材料。采用FT-IR、TGA、1H-NMR、31P-NMR、SEM、氧指数、垂直燃烧、锥形量热仪等手段对Nylon6复合材料进行了表征分析,系统研究无机填料的种类和用量、新型环保氮-磷阻燃剂用量对Nylon6复合材料的阻燃、力学等性能的影响,比较了二者的阻燃效果。本文的主要结论如下:(1)以季戊四醇、三氯氧磷为原料,合成了优质成炭剂PEPA,然后再与三聚氯氰反应制备了中间体CBTT,并通过红外光谱、核磁共振波谱对其结构进行了表征。(2)以CBTT和对氨基苯磺酸钠为原料,制备了磷-氮单组份膨胀型阻燃剂CTOB,通过红外光谱、核磁共振波谱对其结构进行了表征,确定了CTOB的结构。通过溶剂类型、反应时间、物料配比、缚酸剂种类对CTOB产率的影响进行了研究并得到了其制备工艺:以丙酮为溶剂,三乙胺为缚酸剂,原料比例为n(CBTT):n(对氨基苯磺酸钠):n(三乙胺)=1:2.5:2,反应温度为丙酮沸点温度,反应时间为4h,CTOB的产率可达71.0%。通过热重分析研究了CTOB的热稳定性能,研究发现:CTOB具有良好的成炭性能,500℃时,其残炭量可达41.7%,CTOB可在Nylon6分解前快速分解生成大量的炭保护层,可用于Nylon6的阻燃。(3)以尼龙为基体,主要研究无机填料的类型和用量对Nylon6复合材料的力学性能和阻燃性能的影响。考察了有机蒙脱土、MCA、滑石粉用量对尼龙吸水率、拉伸强度、冲击强度、熔融指数的影响。在此配方的基础上,考察了氢氧化镁、硼酸锌、锑酸钠用量对尼龙吸水率、拉伸强度、冲击强度、熔融指数、氧指数、垂直燃烧的影响。获得力学性能和阻燃性能最佳的配方。(4)在第三章基础配方的基础上,通过添加无机协效阻燃剂,考查了不同种类和用量的氢氧化镁、锑酸钠和硼酸锌对Nylon6复合材料力学性能和阻燃性能的影响,并对其阻燃机理进行了探讨。测试结果表明,Nylon6复合材料中分别添加氢氧化镁、锑酸钠和硼酸锌后,其吸水率进一步降低,但降低都不太明显。拉伸强度进一步提高,表明这三种无机填料对Nylon6复合材料都有一定的增强效果。熔融指数略有降低,氧指数提高明显。(5)添加无机阻燃剂氢氧化镁力学性能最佳,并且阻燃性能最好,可以达到V-0级,并顺利的通过灼热丝测试。添加无机阻燃剂氢氧化镁力学性能最佳,并且阻燃性能最好,可以达到V-0级,并顺利的通过灼热丝测试。Nylon6是没有通过550℃的灼热丝的;只添加无机阻燃剂而不加氢氧化镁的Nylon6复合材料的灼热丝测试只能通过550℃和650℃的性能测试;而协效阻燃剂氢氧化镁后,随着用量的增加,通过灼热丝测试的级别提高,添加4wt%氢氧化镁后,灼热丝测试可以通过550℃、650℃、750℃、850℃的性能测试,添加6wt%或8wt%氢氧化镁后,可以顺利通过灼热丝的各温度测试试验。(6)SEM测试结果表明,当没有添加协同阻燃剂氢氧化镁时,在Nylon6基体表面不易形成致密的碳保护层,而当添加协同阻燃剂氢氧化镁后,阻燃Nylon6在燃烧的过程中可以在基体表面形成致密的碳层。并对各种成分的阻燃机理进行了探讨。
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