车用复合材料阻燃与力学性能研究

【摘要】：长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(LGFPP)是一种高强度、轻质量、可回收利用的复合材料,由于其特殊的性能因此被广泛应用于轻量化汽车零部件材料中。但是,由于其树脂基体聚丙烯的易燃性,会对车辆在发生事故时乘客的安全性造成严重的威胁,因此,复合材料的研发不能紧紧局限于材料的力学性能,还要注重材料的阻燃性能。本文主要采用了目前国内生产LGFPP的先进生产工艺LFT-D在线模压工艺,研究了磷酸锆协效无卤阻燃剂对长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能与阻燃性能的影响。第一步,首先探究了两种不同的阻燃剂EPFR-110DL和无卤膨胀型阻燃剂IFR阻燃效果和力学性能,并对其进行了对比。实验结果表明当加入阻燃剂后材料的力学性能:拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度出现不同程度的下降,加入阻燃剂EPFR-110DL力学性能优于加入IFR阻燃剂,其中加入阻燃剂EPFR-110DL材料的拉伸强度下降33%,弯曲强度下降39%,冲击强度下降54%,加入阻燃剂IFR材料的拉伸强度下降26%,弯曲强度下降50%,冲击强度下降55%。加入阻燃剂EPFR-110DL含量23%时材料能达到UL-94 V-0级,并且无熔融滴落。加入IFR阻燃剂含量25%时可以达到UL-94 V-0阻燃级别,无熔融滴落。并且经过TGA测试,加入EPFR-110DL热稳定性也高于加入IFR阻燃剂。第二步,探究了磷酸锆对阻燃剂EPFR-110DL的协效阻燃作用,本文采用α-ZrP和有机改性的α-ZrP(O-ZrP),分别进行了力学性能和阻燃性能测试,测试结果表明加入磷酸锆后材料的力学性能得到明显的提升,并且加入O-ZrP的材料的力学性能优于加入α-ZrP,但是在加入磷酸锆含量超过4%后材料的拉伸强度和弯曲强度出现了下降,加入α-ZrP超过2%之后材料的冲击强度出现了降低,加入O-ZrP超过3%之后材料的冲击强度出现了下降。加入磷酸锆能有效协效阻燃剂EPFR-110DL,当加入α-ZrP含量3%时材料阻燃等级可以达到UL-94 V-0级别并且无熔融滴落,当加入O-ZrP含量2%时材料阻燃等级可以达到UL-94 V-0级别并且无熔融滴落。第三步,探究了长玻璃纤维增强阻燃聚丙烯复合材料的力学性能和阻燃性能,实验结果表明磷酸锆的加入提高了材料的拉伸强度,弯曲强度,悬臂梁缺口冲击强度,但是会降低材料断裂伸长率,降低复合材料材料的韧性。当加入磷酸锆含量4%时复合材料阻燃等级可以达到UL-94 V-0级别并且无熔融滴落。材料的力学性能随着玻璃纤维含量的增多而增加,当玻璃纤维含量达到30%时复合材料的力学性能达到最佳,当含量继续增加复合材料的力学性能出现下降。复合材料断裂伸长率会随玻璃纤维的增多而下降。由于“灯芯效应”的作用,复合材料的阻燃性能会出现下降,当玻璃纤维的含量达到40%时,复合材料的阻燃等级会降到UL-94 V-1级别。加入相容剂马来酸酐接枝聚丙烯可以有效地改善树脂基体与玻璃纤维界面间相容性,使复合材料的力学性能增加,当马来酸酐接枝聚丙烯含量达到6%时复合材料的力学性能达到最佳。