三聚氰胺尿酸盐/氢氧化镁对聚酰胺6热降解行为的影响及阻燃性能研究

论文摘要

氮系阻燃剂可以有效稀释可燃气体浓度,减缓燃烧速率,挥发性很小、无毒、与聚合物相容性好、分解温度高,是一类广受欢迎的阻燃剂。三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）就是一种重要的氮系阻燃剂,但氮系阻燃剂并不能帮助聚合物材料形成致密的保护炭层,因此单独使用氮系阻燃剂阻燃聚酰胺6效果并不理想。针对这种问题本论文采用三聚氰胺尿酸盐（MCA）/氢氧化镁（MH）二元体系代替单纯的三聚氰胺尿酸盐作为阻燃剂,用于对聚酰胺6（PA6）的阻燃研究,通过机械混合成功制备了阻燃性优良、热稳定性高、力学性能良好的添加型无卤阻燃聚酰胺6材料。MCA/MH二元体系其相容性好,在基体中均匀分散,在聚合物的加工温度下不分解以及不发生组分间的化学反应,降低了PA6的热稳定性,达到了较为理想的阻燃效果。通过TG、FTIR、SEM研究表明:易于分解的MCA的加入降低了体系的热稳定性,改变了体系分解温度,改变了聚酰胺6的降解路径,生成三嗪类物质有利于体系热阻燃性的提高。MH的加入使体系热稳定性进一步下降,提前形成热稳定高的含氰基物质和三嗪类物质,这种热稳定性好的物质在燃烧过程中充当黏结剂的作用,将MH填料紧密的黏结在一起,MAC以及MH和MCA之间相互作用,改善了炭层质量,加大了成炭效应,提高了体系燃烧的成炭率,有利于阻燃性的提高,从而使凝聚态炭层结构的阻隔阻燃成为可能。实验表明MCA/PA6体系MCA的含量低于30%时阻燃体系不能通过UL-94测试。MCA/MH/PA6三元体系固定MCA为15%,MH的含量高于20%时三元共混体系的垂直燃烧性能可达UL-94V-0级。MCA/MH协效成炭混合阻燃体系达到较为理想的阻燃效果。MCA加入后,体系弯曲强度得到提高,而拉伸强度和冲击强度均下降;MH加入后,体系的拉伸、弯曲、冲击性能均随MH含量增加呈下降趋势。阻燃剂MCA、MH含量过高,虽然阻燃效果较好,但材料力学性能下降严重,因此综合考虑阻燃效果和体系的力学性能,当PA6体系中添加15wt%的MCA、20wt%的MH时,材料的阻燃性能和力学性能较佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 聚合物的燃烧过程及其机理
• 1.2.1 聚合物热分解过程
• 1.2.2 聚合物燃烧的化学反应
• 1.2.3 聚合物点燃过程及控制机理
• 1.2.4 聚合物表面的火焰传播
• 1.2.5 聚合物的阴燃过程
• 1.2.6 聚合物燃烧的熄灭过程
• 1.2.7 聚合物燃烧的碳化过程
• 1.2.8 聚合物燃烧的生烟机理
• 1.2.9 聚合物燃烧的毒性物质及其形成过程
• 1.2.10 聚合物火灾的危险因素
• 1.3 聚合物阻燃机理
• 1.3.1 固相阻燃机理
• 1.3.2 气相阻燃机理
• 1.4 聚酰胺6 的阻燃研究进展
• 1.4.1 阻燃剂分类
• 1.4.2 阻燃剂的种类及在聚酰胺中的应用
• 1.4.2.1 含卤阻燃剂
• 1.4.2.2 磷系阻燃剂
• 1.4.2.3 氮系阻燃剂
• 1.4.2.4 膨胀型阻燃剂
• 1.4.2.5 无机填料型阻燃剂
• 1.4.3 聚酰胺阻燃的要求及发展趋势
• 1.5 本文的目的、意义和思路
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.3 试样制备
• 2.4 测试与表征
• 2.4.1 MAC/PA6 共混材料的力学性能测试
• 2.4.2 扫描电镜分析（SEM）
• 2.4.3 红外光谱分析（FTIR）
• 2.4.4 热失重分析（TG）
• 2.4.5 水平燃烧UL-94 级别测试
• 2.4.6 垂直燃烧UL-94 级别测试
• 2.4.7 氧指数（OI）测试
• 第3章 PA6/MCA/MH 体系热降解性能及机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 阻燃体系的热稳定性分析
• 3.2.1 纯 PA6 的热重分析
• 3.2.2 PA6/MCA 体系的热重分析
• 3.2.3 PA6/MCA/MH 体系的热重分析
• 3.3 PA6/MCA/MH 降解产物的红外光谱分析
• 3.4 小结
• 第4章 PA6/MCA/MH 体系阻燃性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 PA6/MAC/MH 复合体系的阻燃性能
• 4.2.1 极限氧指数
• 4.2.2 水平燃烧实验结果
• 4.2.3 垂直燃烧实验结果
• 4.3 PA6/MCA/MH 降解产物的表面形貌
• 4.4 小结
• 第5章 PA6/MCA/MH 体系力学性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 MCA 对PA6 力学性能的影响
• 5.3 PA6/MCA/MH 阻燃体系的力学性能
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文