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阻燃剂分布形式对PBT基复合材料阻燃及力学性能的影响认领

作者：

崔鹏

学位授予单位：

兰州理工大学

摘要：

聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种结晶性饱和聚酯,因其优异的机械性能、低吸湿率和良好的耐化学腐蚀性而被广泛应用。然而,PBT的易燃性质限制了其在某些领域的应用。为了提高PBT的阻燃性能,通常会向其添加阻燃剂,这是一种成本低廉且易于处理的方法,但是其较高的负载量会对PBT力学性能产生较大的影响。本研究探讨了以溴化聚苯乙烯（BPS）作为阻燃剂,纳米三氧化二锑（nano-Sb2O3）作为协效阻燃剂,随后通过层叠热压技术设计了一种三层复合材料结构,在不同层间加入不同质量分数的nano-Sb2O3颗粒,以实现其梯度分布。此外,研究还构筑了一种聚磷酸铵（APP）和nano-Sb2O3/BPS的阻燃体系。探讨了阻燃剂分布结构对复合材料阻燃和力学性能的影响机制。（1）通过CTAB和KH560对nano-Sb2O3的复配改性。结果表明:改性剂在不改变晶型结构的前提下改变了其表面特性,降低了亲水性,提高了与PBT的相容性。（2）通过层叠热压技术,制备了改性nano-Sb2O3颗粒不同含量填充的PBT基复合材料。结果表明:nano-Sb2O3对复合材料热稳定性影响有限,但随着nano-Sb2O3含量升高可以提高复合材料的残炭量。同时,提高了复合材料的极限氧指数。相较于纯PBT,当nano-Sb2O3含量为3wt%,复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度分别提高了33%、55%、31%,极限氧指数提高了15%;nano-Sb2O3含量为6wt%时,拉伸和冲击强度分别下降了5%、18%,弯曲强度基本持平,极限氧指数提高了21%。nano-Sb2O3含量为9wt%时,虽然阻燃性能提高较高,但力学性能恶化较为严重。（3）通过层叠热压技术,在nano-Sb2O3含量为6wt%时,制备了nano-Sb2O3在PBT中梯度分布形式的复合材料。结果表明:梯度结构改善了复合材料的阻燃与力学性能。相较于均质分布,外层nano-Sb2O3含量为8wt%、内层nano-Sb2O3含量为2wt%时其阻燃与力学性能最佳。LOI提升了6%,THR和TSP分别下降了10%和13%,随着nano-Sb2O3在复合材料表面富集量增多,残炭量也逐渐增多,并且残炭连续且致密性提高,增强了复合材料的阻燃效率。同时,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别比均质复合材料提升了19.7%、37.1%和103%。（4）通过层叠热压技术,在梯度结构G828的基础上,使用不同含量和不同分布形式的APP填充。结果表明:均质分布时,随着APP含量从5wt%增至15wt%,复合材料的垂直燃烧等级从v-1提升至v-0,并且其残炭量从10.40%升高到17.12%,梯度填充时残炭率从8.39%升高到21.25%。相比于APP均质形式加入,在梯度形式填充下,显著提高了PBT基复合材料的残炭量,有效促进炭层的形成,在复合材料表面形成保护。虽然垂直燃烧等级未见变化,但极限氧指数均提高约3%。同时,APP的添加改善了复合材料的HRR、THR、TSP,尤其是APP含量在15wt%时,展现出最佳的燃烧性能。相比均质分布,15wt%APP在材料外层的集中分布进一步降低了HRR和THR,显示出富集分布结构对提高阻燃效率的重要性。高温下nano-Sb2O3和APP反应生成Sb PO4,在材料表面形成保护膜,有效隔绝氧气和热量,阻止进一步燃烧。APP的加入对复合材料的冲击性能有提升,特别是在梯度填充方式下,冲击强度相比均质填充有约9%-10%的增幅。

摘要译文

关键词：

聚对苯二甲酸丁二醇酯; 纳米三氧化二锑; 梯度填充; 力学性能; 阻燃性能

学位年度：

2024

学位类型：

硕士

学科专业：

材料学

导师：

徐建林

中图分类号：

TQ323.41;TB332[非金属复合材料⑨]

学科分类号：

080501[材料学];080505[复合材料];080509[能源材料]

D O I：

10.27206/d.cnki.ggsgu.2024.000104