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想大幅提高PA6阻燃性能?有个数据你得重视

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发表时间:2018-03-29 11:02来源:塑道学苑

  聚酰胺6是一种重要的工程聚合物材料,在吸湿性,可染性和韧性方面表现出色。然而,与许多聚合物材料一样,PA6材料阻燃性差,极限氧指数(LOI)仅为22%,限制了它们的应用。因此,提高PA6阻燃性的研究尤为重要。


  双环笼状磷酸季戊四醇酯醇(PEPA)通过Verkade和Reynolds,1960年探索13和它在聚合物领域迅速施加。Halpern等人在聚烯烃中报道了使用这种化合物作为阻燃剂的第一个例子。后来,开发了一系列PEPA衍生物,如Melabis,Trimer和Bistrin。聚丙烯中使用的三聚体和氮基FR在V-0水平下具有良好的阻燃性。由于PEPA在聚合物中具有良好的阻燃性能,相应的阻燃机理备受关注。


  北京服装学院的王锐教授按照表1配方,通过在双螺杆挤出机中通过熔融共混方法以不同的进料比混合笼形双环季戊四醇磷酸酯醇(PEPA)和聚酰胺6(PA6)来制备一系列PA6/PEPA复合材料。


复合材料的配方.png


  进行LOI和UL-94测试以研究PEPA/PA6复合材料的阻燃性能,结果列于表2中。当其含量小于20重量%时,LOI值(约22重量%)不受PEPA量的显着影响。当PEPA的含量增加到25wt%时,LOI值从24%急剧增加到31%。将PEPA含量进一步增加至30重量%时,获得更高的LOI值(高达38%)。UL-94测试结果显示t 1,t 2和t 2  +  t 3随着PEPA的添加,PA6的阻燃性明显缩短,表明PA6的阻燃性显着提高。


PA6复合材料的阻燃性.png


  表3和图1总结了PA6/PEPA复合材料的CC测试数据。如表3所示,由于PEPA的增塑降低了点火时间,因此PA6/PEPA复合材料的点燃时间(TTI)比纯PA6的点燃时间短(TTI)。然而,当PEPA的添加量超过10wt%时,TTI的值在40和47s之间波动,而不随着PEPA含量的增加而进一步缩短。热释放率(HRR)曲线与纯PA6的曲线明显不同。尽管所有PA6/PEPA复合材料的热释放速率峰值(pHRR)高于纯PA6,但平均热释放速率(mHRR)随着PEPA的增加而逐渐降低。其中加入30重量%的PEPA,mHRR的值从263.2降至87.6kWm-2(下降66.7%),而总热释放量(THR)从97.4降至57.4kWm-2(下降41.1%)。


PEPA复合材料的CC测试结果.png

PEPA复合材料CC测试的放热率.png

图1. PA6 / PEPA复合材料CC测试的放热率


  表4列出了纯PA6及其复合材料的TG和DTG结果。很显然,纯PA6在加热到400℃时开始分解,而所有含PEPA的样品的初始分解温度均低于纯PA6,并且PA6(T5wt%)的5wt%重量损失和温度在最大热分解速率(Tmax%)随着PEPA含量的增加而减少。随着PEPA含量从20.6%增加到11.0%,复合材料的最大热分解率也降低。在800℃下残余炭的百分比从纯PA6的1.2wt%增加到PA6/PEPA(70/30)的17.8wt%。由TG结果可知,纯PA6具有强烈的成炭特性,其中在800℃下残炭的含量高达36wt%。


PEPA的热重分析数据.png


  本篇文章通过在双螺杆挤出机中以熔融共混方法配合不同的进料比混合笼形双环季戊四醇磷酸酯醇(PEPA)和聚酰胺6(PA6)来制备一系列PA6/PEPA复合材料,适当的阻燃剂添加比例可以很大幅度的提高PA6的阻燃性能,为PA6材料的阻燃方面的研究提供了实验基础。


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