苯基膦酸铈/十溴二苯醚对玻纤增强PET协同阻燃的研究

摘要

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是应用最为广泛的合成纤维和薄膜材料之一，近年来玻纤增强聚对苯二甲酸乙二醇酯(GF-PET)复合材料因其极高的性价比，使其在汽车、电气、机械等领域有着越来越广泛的用途。然而，聚对苯二甲酸乙二醇酯极限氧指数仅为16～20％，易燃，而且燃烧时产生的大量烟尘、有毒气体和熔滴，会使火势迅速蔓延造成极大的危害，加入玻纤后产生的“蚀心效应”进一步恶化了PET的阻燃性能，从而限制了PET的应用。目前，虽然卤系阻燃剂存在高发烟量以及潜在环境污染问题，但由于高性价比、高相容性以及技术成熟等优势仍然在PET阻燃剂中占据主导地位。因此，结合当下市场应用和环保的要求，本文期望通过在传统卤系阻燃剂中引入稀土纳米膦酸盐形成复配体系以达到协同阻燃、抑烟的效果，不仅能进一步提高卤系阻燃体系的性价比，而且还会通过减少同等条件下所加入阻燃剂的用量达到保护环境的目的。更重要的是希望通过对纳米复合体系协同阻燃机理的探讨，为未来阻燃剂的应用和机理研究提供一些新的思路。 实验采用水热合成法制备苯基膦酸铈(CeHPP)，表征显示，CeHPP是一种直径在100～200nm、层间距为1.58 nm的片层纳米晶体，具有良好的热稳定性，其起始分解温度为400℃，700℃的残炭为71％。将CeHPP和十溴二苯醚(DBDPO)复配后，通过熔融共混方法制备的玻纤增强聚对苯二甲酸乙二醇酯阻燃复合材料(PET/DBDPO-Ce)，分析发现:少量高热稳定性CeHPP的加入使复合材料的热稳定性和力学性能提高明显;由于CeHPP片层周围的苯环与PET、DBDPO分子链中苯环的相互作用，CeHPP在复合体系中具有很好的相容性和纳米分散性，这使得材料在力学性能测试中表现优异。 对复合材料阻燃测试发现，当2 wt％的CeHPP和6wt％的DBDPO复配使用时，两者表现出优异的协同阻燃和抑烟效果。在PET/DBDPO-Ce(6-2)体系中，LOI为29.1，UL94测试为V-0级，达到自熄灭的效果;锥形量热测试中，点燃时间明显延长，总热释放量、热释放速率峰值、质量损失速率均显著降低;总生烟量、生烟速率、比消光面积、气体有效燃烧热等也大幅度下降。 残炭表征与协同机理的研究中发现，由于CeHPP的物理阻隔和催化成炭作用，使PET/DBDPO-Ce燃烧后能形成连续、致密的炭层覆盖于玻璃纤维表面，这不仅大大弱化了玻纤的“蚀心效应”，而且会使原本作用于气相的DBDPO滞留于凝聚相，从而起到气相-凝聚相阻燃的双重作用，达到协同阻燃、抑烟的效果。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 PET的燃烧及阻燃理论

1．1．1 PET燃烧机理

1．1．2 PET阻燃研究现状

1．2 传统阻燃体系阻燃PET

1．2．1 传统阻燃概括

1．2．2 PET／含卤阻燃体系

1．2．3 PET／含磷阻燃体系

1．3 新型阻燃体系阻燃PET

1．3．1 PET／层状纳米阻燃体系

1．3．2 PET／金属离子催化阻燃体系

1．3．3 PET／有机磷(膦)酸盐阻燃体系

1．3．4 PET／协同阻燃体系

1．4 稀土在阻燃上的应用

1．4．1 稀土概述

1．4．2 稀土阻燃研究进展

1．5 课题的提出及主要研究内容

参考文献

第2章 CeHPP的制备与性能表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 CeHPP的制备

2．2．3 分析测试和表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 CeHPP的结构表征

2．3．2 CeHPP的热性能

2．4 本章小结

参考文献

第3章 CeHPP与DBDPO协同阻燃PET

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 CeHPP的合成

3．2．3 PET／DBDPO-Ce复合材料的制备

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 CeHPP及DBDPO在PET中的分散

3．3．2 CeHPP及DBDPO对PET热性能的影响

3．3．3 阻燃性能

3．3．4 抑烟性能

3．3．5 机理研究

3．3．6 力学性能

3．4 本章小结

参考文献

第4章 全文总结

作者简介

硕士期间的研究成果