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Zn-MpolyP阻燃玻纤增强尼龙66的界面相容性与热降解研究

黄小华  
【摘要】: 复合材料在当今经济飞速发展的时代,已经成为国民经济和人们日常生活中必不可少的重要材料,其中以玻璃纤维增强复合材料的研究最为完善,其应用领域也最为广泛。由于玻璃纤维增强尼龙复合材料的高机械性能和在汽车、电子电器等行业的广泛的应用,所以其阻燃性就被人们所重视。但是由于玻璃纤维产生的“烛芯效应”使得玻纤增强尼龙的阻燃变得很困难。传统的卤素阻燃玻纤增强尼龙虽然很好,但是在燃烧时释放出有毒的烟和气体,对环境造成了很大危害,所以玻纤增强尼龙的无卤阻燃的研究就变得非常的重要,而要获得高性能的无卤阻燃玻纤增强尼龙复合材料,其材料中各组分之间的界面相容性等情况就成为其关键。 本文以实验室合成的多聚磷酸蜜铵盐(MpolyP)和锌离子改性的的多聚磷酸蜜铵盐(Zn-MpolyP)为阻燃剂,用玻璃纤维为增强体来制备阻燃玻璃纤维增强尼龙66的复合材料(PA66/GF/FR)。然后对复合材料的结构形态、力学性能、热降解行为、结晶行为,以及复合材料中各组分的表面性质分别进行了表征,通过这些手段来对阻燃玻璃纤维增强尼龙66的复合材料(PA66/GF/FR)的界面相容性进行研究。 采用反相气相色谱(IGC)技术表征复合材料中各组分的表面色散自由能和Lewis酸碱性,实验数据表明:各组分表面色散自由能大小关系为:Zn-MpolyP>MpolyP>PA66>Glass fiber。相对Lewis碱性(K_b/K_a)大小关系为:PA66(7.17)>Glass fiber(5.61)>MpolyP(4.00)>Zn-MpolyP(2.32)。说明Zn-MpolyP与PA66和Glass fiber比MpolyP与PA66和Glass fiber有更强的路易斯酸碱吸附作用,导致Zn-MpolyP与PA66和Glass fiber之间的界面粘结强度也要更强,主要是由于Zn-MpolyP中的Zn~(2+)与尼龙66(PA66)和玻璃纤维中的O和N的孤对电子之间有强烈的络合作用。 阻燃剂能显著提高复合材料的拉伸强度和弯曲强度,特别是Zn-MpolyP阻燃剂,但它们都能降低缺口冲击强度。Zn-MpolyP阻燃的玻纤增强尼龙66的复合材料拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度都高于MpolyP阻燃的玻纤增强尼龙66的复合材料,说明了Zn-MpolyP阻燃的玻纤增强尼龙66的复合材料的界面相容性要更好。Zn-MpolyP阻燃的玻纤增强尼龙66的复合材料在阻燃剂含量为15%的时候拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度达到最大,分别为180.73MPa、257.84MPa和7.79 kJ·m~(-2)。 扫描电镜(SEM)结果证明了阻燃剂Zn-MpolyP和MpolyP在阻燃玻纤增强尼龙66体系中有很好的分散性,并且提高了尼龙66与玻璃纤维之间界面的相互作用,使界面的粘结强度增加。而且Zn-MpolyP阻燃的玻纤增强尼龙66复合材料(PA66/GF/Zn-MpolyP)要比MpolyP阻燃的玻纤增强尼龙66复合材料(PA66/GF/MpolyP)的界面的粘结强度要好,界面相容性要好。 利用DSC研究了阻燃剂和阻燃剂的含量对尼龙66的结晶焓和结晶温度的影响。阻燃剂Zn-MpolyP和MpolyP作为成核剂都起到了成核的作用,都可以提高尼龙66的结晶度和结晶温度。阻燃剂Zn-MpolyP对提高尼龙66的结晶度和结晶温度更加明显,这说明Zn-MpolyP起到的成核效果要比MpolyP好。 利用热重分析研究了阻燃的玻纤增强尼龙66复合材料(PA66/GF/FR)的热降解行为,结果表明:阻燃剂的加入改变了PA66的降解过程,使之成炭化学反应提前,提高残炭量。复合材料(PA66/GF/Zn-MpolyP)的初始分解温度,第一和第二失重速率峰值温度要比复合材料(PA66/GF/MpolyP)的要高,但残炭量却降低


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