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尼龙(PA)又称聚酰胺,主要有PA6和PA66两种。聚酰胺材料因为其优异的机械强度、良好的耐热性使得聚酰胺在电子通讯、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用空间。作为常用的热塑性塑料之一,PA存在着易燃且燃烧时会产生大量可燃熔滴等问题,可燃熔滴会进一步导致火灾危害的扩大,导致PA在某些应用领域可能存在着导致火灾的安全隐患。目前应用于PA66的阻燃剂多为磷—氮系阻燃剂,但这些阻燃剂大多数阻燃效率不高,大量添加该阻燃剂,会使得材料的力学性能受到极大的负面影响。为了简便、高效的制备阻燃尼龙66,本文首先采用水浴加热方式让1,6-己二胺(HMDA)与衣康酸(ITA)反应生成HMDA-ITA,然后再加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)反应生成[(6-氧代-6H-二苯并[c,e][1,2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸-己二胺(DDP-HMDA),最后加入氢氧化钙(Ca(OH)2)或氢氧化镁(Mg(OH)2),制备得到两种新型DOPO衍生物阻燃剂。将新型DOPO衍生物含Mg和新型DOPO衍生物含Ca分别命名为DOPO衍生物1和DOPO衍生物2。进一步采用双螺杆挤出机分别将两种阻燃剂以共混的方式添加进尼龙66,制备得到了DOPO衍生物1/PA66复合材料和DOPO衍生物2/PA66复合材料。在保证其他反应条件不变的前提下,考察反应温度以及氢氧化钙或氢氧化镁添加量对DOPO衍生物1产率的影响和DOPO衍生物2产率的影响,得到了新型DOPO衍生物阻燃剂1和DOPO衍生物阻燃剂2的最佳反应条件。借助傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、热重分析仪(TGA)、裂解气质联用(py-GC/MS)等手段分别研究两种DOPO衍生物阻燃剂的微观形貌及元素分布、热稳定性以及阻燃机理等。采用热重分析仪、极限氧指数仪、垂直燃烧仪对两种阻燃PA66复合材料的热稳定性及阻燃性能进行表征。采用锥形量热仪对两种复合材料的阻燃机理进行表征。借助场发射扫描电镜等手段对燃烧后的两种复合材料进行了残炭机理的研究。借助双毛细管流变仪对两种复合材料的加工性能进行表征。具体研究结果如下:(1)采用三步加料、一锅法,成功制备出了两种DOPO衍生物阻燃剂,两种DOPO衍生物的最佳反应条件如下:金属氢氧化物与其他反应物的摩尔比为1∶1.5,反应温度为85 oC。两种DOPO衍生物都有良好的热稳定,初始分解温度大于290 oC,可以作为添加剂用于阻燃PA66的共混改性处理。(2)两种DOPO衍生物阻燃剂兼具有气相和凝聚相的阻燃作用,可能的阻燃机理如下:一方面,PO·可以在气相中发挥捕获自由基作用,使得燃烧反应速率减缓或停止;另一方面,DOPO衍生物能够促进成炭,在凝聚相发挥阻燃作用,有利于在燃烧物表面形成致密炭层,使得内外热量交换和可燃气体向外表面逃逸受到阻碍。(3)热重分析结果表明,两种DOPO衍生物都能在一定程度上提升PA66复合材料的热稳定性,具体表现在对应PA66的热降解峰值温度减小,在650 oC下PA66的残炭量增加。当DOPO衍生物1质量含量为14%,DOPO衍生物1/PA66复合材料的LOI值为27.1%,UL-94等级达到V-0级;当DOPO衍生物2质量含量为10%时,DOPO衍生物2/PA66复合材料的LOI值为27.5%,UL-94等级也能达到V-0级。无论是DOPO衍生物1还是DOPO衍生物2,两种阻燃剂作为添加剂以共混的形式对PA66进行阻燃改性都达到了预期的阻燃效果。DOPO衍生物2的含磷量更高,其阻燃效率高于DOPO衍生物1。相较于DOPO衍生物1,DOPO衍生物2作为阻燃改性PA66的阻燃剂达到预期的阻燃效果,所需添加量会更少一些。(4)锥形量热的结果表明,两种阻燃PA66复合材料的热释放速率和总热释放量均有下降。但两种DOPO衍生物阻燃剂的添加都会对PA66基体材料本身的力学性能和加工性能上在一定程度上造成不利影响,主要体现在拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、剪切粘度等的下降以及复合材料的非牛顿指数上升。DOPO衍生物2达到难燃材料标准所需的添加量更小,选用阻燃效率更高的DOPO衍生物2作为添加剂,对复合材料力学性能及加工性能造成不利影响更小。