含有磺酸盐类阻燃剂的尼龙6复合材料制备及性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Melanzpl1
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聚酰胺是应用最为广泛的工程塑料之一,由于自身具有优异的综合性能,因而在电器设备、汽车零件、化学化工等行业应用十分广泛。然而聚酰胺材料极易燃烧,燃烧后的熔滴带有火焰,造成火灾大规模蔓延,这大大限制了聚酰胺材料的使用范围。因此,许多研究者都在积极地探索阻燃改性聚酰胺的研究。其中,基于磺酸盐类的阻燃剂具有低烟、低毒、高效的优点,其在聚酰胺的阻燃改性中表现出很大的优势。本课题选用磺酸盐类阻燃剂对尼龙6进行阻燃改性,研究阻燃剂对材料的阻燃性能、热稳定性等方面的影响,研究内容主要分为以下三部分:一、氨基磺酸胍(GAS)对尼龙6阻燃性能的影响GAS能显著改善尼龙6的阻燃性能,当添加9% GAS时,复合材料的极限氧指数(LOI)达到31.9,垂直燃烧等级达到V0,通过热重-红外联用(TG-FTIR)分析表明,GAS阻燃尼龙6的作用机理主要是气相阻燃,GAS自身能在较低温度下分解,释放出大量的NH3、SO2等不可燃气体,稀释氧气浓度,降低尼龙6的燃烧程度。同时,GAS还会促使尼龙6降解,生成一定的残炭,从而对基体起到保护作用。二、二硫化钼(MoS2)/氨基磺酸胍(GAS)复配对尼龙6阻燃性能的影响在尼龙6中单独添加MoS2,能明显降低材料的最大热释放速率,当添加15%的MoS2时,体系的热释放速率峰值由纯尼龙6的978.9KW/m2降低到707.9 KW/m2。MoS2是一种热稳定性较高的二维片层结构材料,在阻燃过程中主要以固相机理进行阻燃。在总添加量为15%,用5%的GAS替代MoS2时,复合材料的LOI为31.4,燃烧等级提高到V0。分析表明,GAS能够在较低温度下发生分解,释放出NH3、SO2不可燃气体,这些气体一方面可以稀释氧气浓度,另一方面,能够带走部分热量,抑制聚合物的燃烧,发挥气相阻燃机理的作用。MoS2可以作为物理屏障阻隔热量的传递,在高于800℃时,发生氧化反应,生成三氧化钼(M003)和SO2、MoO3是一种抑烟剂,两者都能作用于基体,提高材料抵抗燃烧的能力。三、氨基磺酸胍(GAS)接枝鳞片石墨及其在阻燃尼龙6中的应用选用天然石墨作为阻燃剂,将第一部分使用的阻燃剂GAS通过化学接枝引入石墨表层,得到GAS改性石墨(GO-GAS),对改性过程进行验证,并将其应用到尼龙6中。实验表明,GO-GAS不仅使尼龙6的阻燃性得到提高,而且增大了石墨与尼龙6的相容性。纯尼龙6的LOI只有22.0,3%的天然石墨可以将材料的LOI提高到24.1,而3%的GO-GAS使材料的LOI进一步提高到25.5。锥形量热(CONE)测试中,GO-GAS对尼龙6燃烧中热量释放的控制作用也明显高于未改性石墨,纯尼龙6的热释放速率峰值是978.9 KW/m2,添加3%的天然石墨后,降低到460.4 KW/m2,但是在添加3%的GO-GAS后,进一步下降为435.6 KW/m2。结合TG-FTIR等分析表明,GO-GAS能同时在固相和气相中发挥作用,固相中,片层结构的石墨在燃烧时能形成残炭,覆盖在基体表面,有效地阻隔外部的热量和氧气;气相中,GAS自身分解可以产生NH3,进而促进尼龙6的降解,两者共同作用,产生NH3、H2O和SO2等惰性气体,发挥气相阻燃的机理。
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