PA6蒙脱土复合材料阻燃性能及阻燃机理的研讨.pdf

PA6／蒙脱土复合材料阻燃性能及阻燃机理的研究 摘要 PA6以其优异的性能广泛应用于电器、汽车制造及建筑等诸多领域，因此国 内外对PA6阻燃改性的研究一直非常关注。常规方法是采用添加卤素、磷系及氮 系等阻燃剂，它们在燃烧过程中一般会释放有毒气体，对人体以及环境极为不利。 聚合物／层状硅酸盐(PLS)纳米复合材料是一种低毒、高效、环保的阻燃体系， 并被国内外誉为阻燃材料过程中革命性的进展。PA6／蒙脱土复合材料的力学性 能、结晶性能已得到广泛研究，但对其燃烧性能的评价很不一致，其工业应用受 到影响。这些问题与对插层复合材料阻燃机理的研究不深入有重要关系，还缺乏 比较合理的理论模型。因此研究聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的特殊复合结构 在燃烧过程的细微变化及其阻燃机理具有重要意义。 本研究采用熔融插层法制备了PA6／蒙脱土复合材料。结合X-ray衍射和透射 电镜分析了PA6／蒙脱土复合材料的微观结构；采用热分析研究了复合材料的耐热 性；通过研究复合材料的热释放速率、质量损失速率等燃烧参数以及氧指数分析 了复合材料在不同实验条件下的燃烧特性，并通过拉伸、弯曲等实验研究了复合 材料的力学性能。X-ray衍射及TEM结果表明，改性蒙脱土片层能较均匀的分散 在聚合物基体中，且使复合材料的层间距有所扩大，而无机蒙脱土不能较好的分 散于PA6基质中。锥形量热仪实验结果表明，PA6／0删T复合材料的热释放速率、 质量损失、质量损失速率以及生烟速率等均显著降低，具有较好的阻燃性和抑烟 材料的峰值热释放速率增幅较小。采用水平垂直燃烧实验及氧指数实验评价材料 燃烧性能，结果表明0脚T含量为10％和20％时该复合材料能达FH一3级。添加红 磷可以使复合材料氧指数提高，且水平和垂直实验中复合材料的阻燃级别分别达 材料的拉伸强度、弯曲强度随0MMT含量的增加，均出现先增大后降低的趋势， 在OMMT含量为5％～7％时复合材料的综合力学性能最佳。 本研究重点探讨了PLS复合材料的阻燃机理。采用扫描电镜和元素分析对比 中碳元素含量很少。此外结合锥形量热仪实验分析两种材料的燃烧性能，表明PLS 复合材料的阻燃作用主要来自残留层的物理“屏蔽”作用，而不是化学阻燃作用， 以明确的实验证据表明至少对所研究的两种材料插层复合不会促进化学成碳作 用。本研究还通过扫描电镜对不同复合材料残留层横断面结构的分析研究提出了 残留物粗细二层结构的新型结构模型，两种结构对PLS复合材料的阻燃性均有重 要影响，是产生隔热、隔质作用和阻燃效果的重要因素；此外气泡和熔融也是影 响残留层形貌的因素之一，它能导致残留层形成空『日J网络结构，有效的降低热释 放速率。通过比较不同类型燃烧实验的结果，分析探讨了燃烧模式对阻燃性评价 结果的影响。在高辐射强度下，如CONE实验，样品呈现深度裂解的燃烧模式， 残留层良好的物理阻隔作用使材料具有较好的阻燃性，而在燃烧缓慢且样品燃烧 面可以自由扩展的条件下(如氧指数)，片层不能有效发挥其阻隔作用，因此氧 指数提高不显著。 本研究发展的“二次转向成型”制样技术，首创蒙脱土片层竖直取向样品材 料的制备方法。燃烧实验结果证实这种结构的PLS复合材料在燃烧过程中片层的 迁移运动与目前的理论模型预测不符，表明现行的低表面能驱动的迁移理论不尽 完善合理，为进一步深入研究更加合理的片层聚集理论模型提供了重要的实验依 据。 关键词：蒙脱土PLS复合材料阻燃性能残留层结构阻燃机理 STUDYONFLAM匝RE丑岫ANCYANDFLAME OF RETARDANTMECHANISM PA6／MONTMORILLONITECO～IPoSITES ABSTRACT electrical usedin areas the industries， Polyamide6(PA6)arewidely many including automobile theretardantof and