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聚碳酸酯/倍半硅氧烷复合材料热解及阻燃性能的研究

作　者: 何庆亮
导　师: 胡源；宋磊；Charles Q. Yang
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 聚碳酸酯笼型倍半硅氧烷阻燃热解协效锥形量热仪微型燃烧量热仪
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着阻燃技术向环保化、低毒化、高效化的方向发展,环境友好型阻燃技术已经发展成为阻燃材料研究的主要方向之一。倍半硅氧烷是一类理想的环境友好型有机硅阻燃剂,引入聚合物后的热解及燃烧过程主要释放的二氧化硅(SiO2)及其他含硅产物几乎对环境没有污染,且含硅阻燃聚合物燃烧时少烟低毒、火焰传播速度慢。因此,倍半硅氧烷在聚合物的阻燃应用研究方面受到了工业界和广大研究者的浓厚兴趣。本文在大量文献调研的基础上,对聚碳酸酯(PC)的阻燃技术以及PC常用阻燃剂的研究进展进行了综述。同时,本文采用熔融共混法制备了缺角苯基倍半硅氧烷TPOSS、磷酸酯BDP以及二者复配阻燃PC复合材料,考察了复合材料的热解过程和燃烧行为;探讨了硅、磷及硅、磷复配体系对PC的阻燃机理;同时,对复合材料的火灾危险性进行了初步的探讨。本论文归纳起来主要分为以下三个部分:一、通过熔融共混法制备了PC/缺角苯基倍半硅氧烷(TPOSS)复合材料,利用透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、锥形量热实验(Cone Calorimetry)、扫描电子显微镜(SEM)和X光电子能谱(XPS)考察了TPOSS对PC热解及燃烧过程的影响;探讨其可能的阻燃机理。TPOSS的加入降低PC基体早期的热稳定性,使得复合材料的点燃时间提前;但TPOSS的加入显著降低了PC复合材料的热释放速率(添加2 wt% TPOSS可以使材料的最大热释放速率降低45.7%)。同时,TPOSS还有效地阻滞了材料燃烧后形成的炭渣的进一步氧化,提高了PC基体燃烧的表面炭层的粘度以及热氧化稳定性。二、采用四苯基(双酚A)二磷酸酯(BDP)作为TPOSS的协效剂,制备了PC/BDP、PC/BDP/TPOSS复合材料。考察了BDP以及TPOSS和BDP复配体系对PC热解及燃烧过程的影响;重点探讨BDP与TPOSS的协效阻燃机理。BDP的引入推迟了材料点燃时间的同时,降低了材料的最大热释放速率。BDP和TPOSS协同作用有效地提高了PC基体的热稳定性,同时显著降低了复合材料的燃烧性(2wt% TPOSS和3wt% BDP的添加使得材料的最大热释放速率下降了46%)。可能的作用机理是TPOS与BDP在复合材料燃烧炭层中发生反应形成含硅磷酸酯类物质,稳定了表面炭层中的磷含量,同时SiO2的存在进一步提高了炭层的粘度和热氧化稳定性。三、通过一种最新的测试手段-微型燃烧量热技术(MCC),结合锥形量热实验的对照分析,通过考察两种测试手段对复合材料放热速率的结果研究了上述PC复合材料的热危险性。当TPOSS引入PC基体后,从低到高的热辐射下都显著地降低了基体的最大热释放速率(PHRR),但只有在较低的热辐射下才能显著降低材料的总热释放量(THR)。当BDP引入PC基体后,推迟了复合材料到达PHRR的温度,降低了基体的PHRR和THR。当BDP和TPOSS同时引入PC基体时,BDP抑制了TPOSS对PC基体热稳定性的降低;使得复合材料的PHRR进一步降低,具有阻燃协效性。

聚碳酸酯/倍半硅氧烷复合材料热解及阻燃性能的研究

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