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1、聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料阻燃性能的全面评价文章编号:1005—3360(2008)09—0090—05聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料阻燃性能的全面评价ComprehensiveEvaluationofFlameRetardancyofPolymer/LayerSilicateNanocomposites摘要:从热释放速率.质量损失速率.引燃时闻.火灾性能指数.氧指数和UL94阻燃级别等方面.对聚合物,层状硅酸盐纳米复合材料(PLN)的阻燃性能进行了全面评价,探讨了PLN的阻燃机理,指出了未来PLN的研究方向.Abstr
2、act:Theflameretardancyofpolymer/layersilicatenanocomposites(PLSlwasevaluatedbasedonheatreleaserate,masslossrate,timetoignition,firepropertyindex,oxygenindex,UL94grade,andetc.Theflame—retardingmechanismofPLNwasdiscussed.ThedevelopmentdirectionofPLNinthefuturewaspres
3、ented.*关键词:聚合物;层状硅酸盐;纳米复合材料;阻燃性;阻燃机理m中图分类号:TQ320.1文献标识码:Amb¨∞怡….mn.;硼刑…硼..呻m咖m近年来,含卤阻燃高分子材料对环境的负面影响引起了人们愈来愈密切的关注,而无卤,可回收利用和环境友好型的阻燃材料成为业内的研发热点.现有的卤系阻燃剂的替代品主要是磷一氮系膨胀型阻燃剂及无机阻燃剂,但它们只有当用量较高(30%～65%)时才能满足实用的阻燃要求,这使材料的物理力学性能及其他性能严重恶化.上世纪七八十年代兴起的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLN)被很多专家认
4、为是一类具有良好发展前景的新型阻燃材料.1986年,日本丰田公司…首次制得了PA6/层状硅酸盐纳米复合材料.但直到1997年,JWGilman[21等才比较详细地研究了以PA6为基体的PLN的阻燃性能,此后,很多学者又系统地研究了多种其他PLN的阻燃性能及热稳定性.现在,人们已制得了一系列聚合物的PLN,其中包括热塑性聚合物和热固性聚合物,如聚丙烯(PP)[3-7],聚乙烯(PE),乙烯一乙酸乙烯共聚物(EVA)….,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)【I4],聚苯乙烯(Ps)[15-16],丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)
5、【】,苯乙烯一丙烯腈共聚物(SAN),聚酰胺6(PA6)[19-20],聚酰胺66(PA66)[21-23],聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚碳酸酯(PC)],聚酰亚胺(PI)【2,环氧树脂(EP),聚氨酯(PU).,生物降解聚合物..等,它们不论是插层型,剥离型,还是混合型,都表现出了较好的阻燃性能.1PLN的一般阻燃性能指标1.1概论美国的一个工业协调组织对比研究了下述PLN的阻燃性:插层型和剥离型;含不同类型层状硅酸盐(LS)的PLN;交联度不同的PLN;不[三至[三至基金项目:国家ees计划资助项目(2007AA0
6、3Z500同熔融黏度的PLN;LS含量不同的PLN;含成炭聚合物的PLN与不含成炭聚合物的PLN.以聚合物/蒙脱土(MMT)复合材料为例,初步试验结果见表1[].表1多种PLN的阻燃性能Tab1FlameretardancyforavarietyofPLNsEVA/MMT70否是一一5PA6/MMT80PS/MMT80&表2热流量为35kW/m时多种PLN的PHRR及其下降比例Tab2PHRRanditsdecreaseprecentforavarietyofPLNsat35kW/mpp[3,15]是否相当一10jP
7、E..PP/MMT70否EP/MMTON20否略有不同略有影响5一一5一一5结果表明:(1)MMT降低热释放速率峰值(PHRR)的作用十分明显,即使对不成炭的聚合物也是如此,但对EP的影响较小;(2)PLN的引燃时间一般不比聚合物基体短;(3)成炭是PLN具有阻燃性的主要原因;(4)插层型PLN的阻燃性与剥离型相当;(5)一般而言,在聚合物中加入5%MMT,即可使PLN的阻燃性得到较大提高,再增加MMT的用量,对PLN的阻燃作用影响甚微;(6)尚未发现材料黏度对PLN阻燃性的影响.1.2热释放速率热释放速率(HRR)影响材料
8、的点燃时间,火灾环境温度和火灾传播速率,HRR越低,材料阻燃性越好.在表征材料阻燃性能的多项指标中,HRR,特别是PHRR,是评估材料防火安全性的重要指标之一,因为PHRR与材料是否易于闪燃有关.锥形量热仪测试结果表明:无论插层型,剥离型,还是插层/,~lj离混合型,也无论是热塑性塑料还是
