环保阻燃尼龙合金的研究

论文摘要

本文分别以EVA-g-MAH、POE-g-MAH和EPDM-g-MAH三种接枝弹性体作为第二组分与PA6形成合金,对干态冲击强度较低的PA6进行增韧改性。针对《ROHS指令》分别采用环保阻燃剂十溴二苯乙烷（DBPE）/三氧化二锑（Sb2O3）、聚磷酸铵（APP）和三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）对PA6/接枝弹性体合金进行阻燃改性,同时以有机蒙脱土（OMMT）作为辅助阻燃剂,讨论了阻燃剂种类、用量和配比对合金燃烧性能、力学性能、流变性能以及耐热性能等的影响。并运用正交试验的试验设计与分析方法,研发出了针对PA6/POE-g-MAH（100/20）体系的高效环保的复配阻燃配方。实验结果表明：三种接枝弹性体对PA6均有明显的增韧效果,但有损PA6的强度、刚性和耐热性能,并使得体系的MFR大幅下降；POE-g-MAH和EPDM-g-MAH的增韧效果尤为明显,且PA6/POE-g-MAH（100/20）合金的综合性能较为优异。DBPE（Sb2O3）、APP和MCA三种阻燃体系对合金均有一定的阻燃效果,且DBPE（Sb2O3）与APP的阻燃效率较高,在添加量为50phr和80phr时使合金的垂直燃烧等级达到FV-0级,极限氧指数分别为28.0%和40.0%,而MCA的阻燃效率较低,添加量为100phr时,垂直燃烧等级仅能达到FV-2级,极限氧指数仅为24.0%;OMMT在体系中具有促进成炭的作用,能够有效抑制合金燃烧过程中产生的有焰熔滴,在对合金的阻燃改性方面,与DBPE（Sb2O3）和APP表现出明显的协同效应,而与MCA则表现出一定的拮抗作用；DBPE（Sb2O3）、APP和MCA三种阻燃体系的加入均对合金的拉伸强度和缺口冲击强度产生了负面影响,但有助于提高合金的弯曲模量和负荷热变形温度；在阻燃剂用量一定的情况下,OMMT的加入起到了一定的补强作用,并进一步改善了合金的耐热性能,但使合金的韧性下降；阻燃合金熔体的流变行为均表现出假塑性流体的特征,且DBPE（Sb2O3）和APP的加入可使体系表观粘度减小,而MCA使表观粘度增大,OMMT使得体系的表观粘度进一步下降；DBPE（Sb2O3）、APP和MCA三种主阻燃剂的加入均能改变体系的热降解历程,表现为初始分解温度降低,分解温度范围变宽且质量损失速率减小。正交试验结果显示,APP用量是影响复合材料极限氧指数的主要因素,而DBPE（Sb2O3）用量对缺口冲击强度和拉伸强度的影响最为显著,二者在合金的阻燃改性方面表现出一定的协同效应；综合平衡结果显示,当PA6/POE-g-MAH/DBPE（Sb2O3）/APP为100/20/10/40时,复合材料的综合性能最佳,极限氧指数达35.5%,垂直燃烧等级可达FV-0级,缺口冲击强度为11.3kJ·m-2,拉伸强度为48.9MPa,弯曲模量为1.82GPa,1.8MPa下负荷热变形温度为51.8℃,230℃、2.160kg负荷下熔体流动速率为28.2g·10min-1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 PA及其改性产品的市场需求状况
• 1.3 PA增韧与阻燃改性的必要性
• 1.4 PA增韧改性机理及其研究进展
• 1.4.1 “核-壳”共聚物增韧机理
• 1.4.2 有机刚性粒子冷拉机理
• 1.4.3 无机非弹性体增韧机理
• 1.4.4 弹性体增韧机理
• 1.5 PA的燃烧机理
• 1.6 阻燃剂的分类及其阻燃机理
• 1.6.1 隔膜机理
• 1.6.2 自由基捕获机理
• 1.6.3 冷却机理
• 1.6.4 稀释机理
• 1.6.5 转移机理
• 1.6.6 协同作用机理
• 1.7 PA用阻燃剂的基本特征
• 1.8 PA用常规阻燃剂的产品结构与市场状况
• 1.9 PA阻燃改性的研究进展
• 1.9.1 添加型阻燃
• 1.9.2 反应型阻燃
• 1.10 复配技术在阻燃改性中的应用
• 1.10.1 试验的优化设计与分析
• 1.10.2 正交试验设计
• 1.10.3 试验结果的分析
• 1.11 本论文的目的意义及研究内容
• 1.11.1 目的意义
• 1.11.2 研究内容
• 2 实验
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验工艺
• 2.3.1 粉体的表面处理
• 2.3.2 PA6合金的制备
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 力学性能测试
• 2.4.2 加工性能测试
• 2.4.3 热性能测试
• 2.4.4 燃烧性能测试
• 2.5 形态表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 PA6/弹性体合金的制备与性能研究
• 3.1.1 PA6/弹性体合金的配方设计
• 3.1.2 弹性体对合金力学性能的影响
• 3.1.3 弹性体对合金MFR的影响
• 3.1.4 弹性体对合金负荷热变形温度的影响
• 3.1.5 合金冲击断面的形态表征
• 3.1.6 本节小结
• 3.2 PA6/POE-g-MAH合金的阻燃改性研究
• 2O₃）阻燃体系对合金性能的影响'>3.2.1 DBPE（Sb₂O₃）阻燃体系对合金性能的影响
• 3.2.2 APP阻燃体系对合金性能的影响
• 3.2.3 MCA阻燃体系对合金性能的影响
• 3.2.4 TGA分析
• 3.2.5 SEM分析
• 3.2.6 本节小结
• 3.3 复配阻燃体系的正交试验设计与分析
• 3.3.1 试验方案的设计
• 3.3.2 试验结果的分析
• 3.3.3 最佳配方的选择
• 3.3.4 本节小结
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢