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尼龍66復合材料燃燒性能

文章出處:徐州騰飛工程塑料有限公司   發布時間:2017-09-04 09:01:00    點擊數:-   【

尼龍66及其復合材料的燃燒行為用UL-94垂直燃燒實驗和錐形量熱儀來進行表征分析。根據UL-94垂直燃燒實驗可對材料進行阻燃等級的劃分,錐形量熱儀提供了材料在燃燒過程中引燃時間、熱釋放速率、CO和CO2釋放量、比消光面積等一系列的參數,兩種分析手段結合使用,可從不同角度更透徹的分析尼龍66及其復合材料的燃燒行為。

1、UL-94垂直燃燒實驗分析

表3-2中列出了尼龍66及其復合材料的UL-94等級。樣品7中,尼龍6加入15wt%的三聚氰胺制備的復合材料能夠達到v-0等級,驗證了三聚氰胺的無焰滴落阻燃機理。樣品2和4中,尼龍66/I-clay納米復合材料沒有等級,在測試中一直燃燒,沒有表現出任何的自熄性,這一結果表明,即使使用具有良好熱穩定性的有機粘土進行聚合物的阻燃,也是難以達到理想的阻燃效果的;進一步證實,單純的物理阻隔是遠遠不夠散起到了一定的增強效果,在燃燒過程中促進了成炭,減緩或抑制了滴落。對融滴的抑制作用主要取決于粘土在基體中的剝離分散程度,沒有滴落,意味著火焰和熱量無法釋放,致使試樣在垂直燃燒實驗過程中一直燃燒。

尼龍66中,粘土增強促進成碳與三聚氰胺滴落的阻燃機理相悖,類似的現象在尼龍6/粘土納米復合材料-三聚氰胺尿酸鹽(MCA)體系也有出現。胡等人用季銨鹽改性粘土和MCA制備了尼龍6納米復合材料,結果表明只加入15wt%MCA時,尼龍6能夠達到V-0級別,當向體系中繼續加入有機粘土時,阻燃性能大大下降。張等人也證實了,即使只加入1wt%的有機粘土,也會明顯破壞三聚氰胺的阻燃效果。

然而,將三聚氰胺羥甲基化制得MMM并處理在有機粘土表面后,復合得到的尼龍66/ICM(15wt%)納米復合材料較尼龍66/I-clay(2wt%)三聚氰胺(15wt%)納米復合材料表現出了更好的阻燃性能,前者的最長有焰燃燒時間14.8s,平均有焰燃燒時間僅為10.4s,非常接近UL-94垂直燃燒實驗中的V-0(<10S)。

2、錐形量熱儀測試分析

圖片1

圖片2



圖3-5給出了尼龍66,尼龍66/I-clay納米復合材料,尼龍66/I-clay/三聚氰胺納米復合材料熱釋放速率(HRR)曲線。如圖3=5(a)所示,粘土的加入,的確能使聚合物的熱釋放速率明顯降低,加入2wt%粘土時(樣品2),最大熱釋放速率從純尼龍的713kW/m²降至458kW/m²,降低了35.8%;隨著粘土含量增加至5wt%(樣品4),最大熱釋放速率降至387kW/m²,降低了50.8%,表明粘土的加入,的確能起到有效的物理阻隔作用。

當向尼龍66,尼龍66/I-clay納米復合材料匯總加入15wt%的三聚氰胺時,材料的熱釋放速率沒有表現出明顯的變化。盡管三聚氰胺的加入,能使尼龍66/三聚氰胺達到V-0等級,但在錐形量熱儀測試中,尼龍66/三聚氰胺(15wt%)復合材料和尼龍66/I-clay(2wt%)/三聚氰胺(15wt%)納米復合材料的熱釋放速率分別為743kW/m²,414kW/m²,相對與純尼龍66(713kW/m²)和尼龍66/I-clay(2wt%)納米復合材料(458kW/m²)沒有明顯改變(圖3-5(b))。在尼龍66/ICM(15wt%)納米復合材料體系中,熱釋放速率似乎也沒有發生明顯變化,只是點火時間相對減短,僅為94s,這一點從圖3-5(c)也能直觀地觀察到。

圖片3


表3-3列出了錐形量熱儀測試中獲得的尼龍66及其復合材料的其他參數,如:點火時間,CO2、CO平均釋放量,比消光面積。尼龍66復合材料在燃燒過程中的CO2、CO平均釋放量較尼龍66本身變化不明顯,加入粘土后,粘土納米復合材料的放煙量變大。

總之,為了進一步提高聚合物的阻燃性能,緊靠單純的物理阻隔是遠遠不夠的,必須引入其相等相關阻燃機理共同作用,以達到理想的阻燃效果。


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