无卤阻燃聚对苯二甲酰癸二胺复合材料制备与性能研究

摘要

耐温聚酰胺,又称为高温尼龙(HTN),它具有优异的耐热性、耐溶剂性以及尺寸稳定性,是一种被广泛用于电子电气行业的特种工程塑料。而UL94 V-0等级阻燃性是电子电气领域对所用塑料的基本要求。传统阻燃高温尼龙均采用溴系阻燃剂阻燃,但是随着欧盟关于限制和禁止使用有毒物质的RoHS指令以及处理废弃电子设备的WEEE指令的颁布,电子电气行业无卤化趋势越来越明朗,因此有必要对高温尼龙的无卤化进行研究,找到无卤化解决方案。本论文即在以上背景下开展了聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)的结晶及无卤阻燃行为,以及无卤阻燃增强PA10T的应用研究,主要的研究工作与得到的结果如下:
　　 1.通过制备对苯二甲酸癸二胺盐严格控制二元羧酸和二元胺的摩尔比,合成了高特性粘数的聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T),并用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振和差示扫描量热仪对得到的PA10T进行了表征,证明得到的最终聚合物为PA10T。
　　 2.用示差扫描量热仪详细研究了PA10T的等温与非等温结晶动力学,结果表明Avrami方程能很好描述PA10T等温结晶动力学,Avrami指数约为2,结晶活化能为302KJ/mol,研究了PA10T的非等温结晶动力学,常数α值基本约为1.6,结晶活化能为339KJ/mol。
　　 3.阻燃性研究表明,有机次磷酸铝OP1230是PA10T优异的无卤阻燃剂,不添加玻璃纤维时,0.8mm的阻燃样条不能通过UL94 V-0测试;当阻燃剂含量为12wt％时,1.6mm的阻燃样样品达到V-0。极限氧指数(LOI)测试表明,纯PA10T的LOI值为24%,当阻燃剂的含量达到18wt%时,PA10T的LOI值达到475,几乎是纯PA10T的两倍;加入30wt%玻璃纤维后,OP1230添加量为12wt%,0.8m阻燃样条达到V-0阻燃等级。对燃烧残炭扫描电镜研究结果表明,随着OP1230含量的增加,炭层致密度增加,炭层不仅有效阻止氧气进入未燃烧的样品内层,而且也有效阻止了可燃性气体的外逸。
　　 4.对无卤阻燃增强PA10T翘曲性能的研究结果表明,蚕茧型玻璃纤维不仅能够有效增强PA10T,而且能在很大程度上降低无卤阻燃增强PA10T的翘曲变形。与普通的玻璃纤维相比,蚕茧型玻璃纤维增强的无卤阻燃PA10T,翘曲降低约5096。
　　 5.用气相色谱与质谱联用(GC-MS)的方法分析了不同无卤阻燃增强PA10T体系的模垢产生的原因,发现模垢主要是因为阻燃剂分解产生的酸性物质引发PA10T降解导致的,通过加入吸酸剂,能够大大降低注塑过程中模垢的产生。转矩流变仪分析表明胺类抗氧剂以及硅烷偶联剂能提高无卤阻燃增强PA10T的热稳定性,通过毛细管流变仪分析发现无卤阻燃增强PA10T合适的加工温度在325℃-335℃之间。