浅述氮磷无卤阻燃剂阻燃玻纤增强尼龙6的研究

玻纤增强尼龙复合材料在汽车、机械仪表、电子电气、国防军工、航空等领域有着广泛的应用。由于玻纤的“烛芯效应”,玻纤增强尼龙易燃,发热量大,燃烧时易产生有焰滴落,极易传播火焰,限制了它在电子电气、交通运输、办公自动化等要求阻燃产品上的应用。因此研究玻纤增强尼龙6的阻燃问题十分重要。

目前,玻纤增强尼龙6用的阻燃剂有卤系阻燃剂、无机阻燃剂以及磷系、氮系阻燃剂。卤系阻燃剂具有添加量小,阻燃效率高等优点,但在燃烧过程中会释放出大量有毒烟气,且腐蚀设备。无机阻燃剂具有热稳定性好、不挥发、无毒等优点,但添加量大,填充后的材料力学性能大幅劣化。为了克服卤系阻燃剂释放出有毒气体的缺点,适应环保要求以及无机阻燃剂阻燃效率低的问题,国内外开发出一系列的无卤阻燃玻纤增强尼龙6材料。

因玻纤的“烛芯效应”,玻纤增强尼龙6的阻燃一直是阻燃领域的一大挑战。本文利用热聚合法制备的MPP成功地解决了玻纤增强尼龙6阻燃时的“烛芯效应”问题,燃烧测试时无熔滴现象,具有较好的阻燃性能。对比分析表明,当阻燃剂复配物中不含杂多酸和阻燃改性剂CR,或仅分别单独添加1%的阻燃改性剂CR和1%的成炭催化剂杂多酸时,所制备的阻燃增强材料均不能达到3.2mm和1.6mm厚的UL94V-0级。而只有当阻燃复配物中含有1%的杂多酸和1%阻燃改性剂CR时,所得增强材料才可达到3.2mm厚的UL94V-0级,若将其中的杂多酸和阻燃改性剂均提高至2%,所得增强材料可进一步提高至1.6mm厚的UL94V-0级。材料阻燃性能的极大改善应归因于阻燃剂复配物中的杂多酸和阻燃改性剂CR之间以及二者与MPP之间存在的协效阻燃作用(其具体作用机制如下所述)。因此,在阻燃体系中通过引入杂多酸和阻燃改性剂可大大改善阻燃玻纤增强尼龙6的阻燃性能。

对含有或不含有杂多酸和阻燃改性剂CR的玻纤增强PA6材料残炭的形貌如Fig.4所示。可见,没有添加杂多酸和CR的阻燃玻纤增强尼龙6的炭层不均匀,发泡不充分,而且还存在大量空洞,这样就易造成聚合物分解产生的可燃性气体与外界氧气相互渗透,因而材料更易燃烧,即阻燃性差。相反具有杂多酸和CR的阻燃玻纤增强尼龙6的炭层结构均匀,致密,炭层发泡充分,内部含有许多可以容纳大量可燃性气体的类似蜂窝状结构的小室,正是炭层的这种结构阻止了尼龙6的降解产物进入燃烧区,使材料表现出较好的阻燃性能。

热聚合法制备的MPP由三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐组成,但以三聚氰胺聚磷酸盐为主。MPP热稳定性较好,可阻燃尼龙6,阻燃体系中杂多酸和阻燃改性剂CR对MPP有协效阻燃作用,加速了玻纤增强尼龙6材料在燃烧时的成炭化学反应,有利于形成具有蜂窝状结构小室的炭层,使玻纤增强尼龙6阻燃性能较好。

 

 

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