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聚丙烯(PP)作为产量最大的通用塑料之一,其制品大量应用于工业建设、汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等行业。但聚丙烯的氧指数很低,仅为17～19%,本身属易燃材料,这极大地限制了PP更广泛的应用。因此,开展聚丙烯阻燃性能的研究,特别是开发新的膨胀阻燃体系已成为目前聚丙烯阻燃剂研究与应用的热点。本文设计合成了一种新型三嗪系成炭-发泡剂(CFA),并对反应机理进行分析,通过红外光谱(FTIR)、元素分析(ELA)、固体碳核磁(13C solid NMR)、TGA对其结构进行了表征,并对其热稳定性进行了分析。TGA测试结果表明CFA具有很高的热稳定性和成炭性,其中以CFA1最为优秀,1%分解温度为300.2℃,600℃时炭残余量为48.2%,800℃时炭残余量为32.2%。通过把CFA与聚磷酸铵(APP)及Zeolite 4A复配,构成新型膨胀阻燃剂(IFR),将其用于聚丙烯阻燃,研究了CFA与APP的比例关系、不同IFR添加量对聚丙烯阻燃材料的阻燃性能与力学性能的影响。实验结果确定了一种优秀的成炭-发泡剂(CFA1)和阻燃性能比较好的配方:当APP/CFA1为4/1时,只需添加18%含有Zeolite 4A协效剂的IFR1,阻燃PP材料可通过垂直燃烧UL-94 V0级,氧指数为34.3%。采用热重分析仪(TGA)和锥形量热仪(CONE)对IFR1/PP和IFR1/PP/Zeolite 4A进行热降解和燃烧行为的测试,结果表明IFR1的加入使聚丙烯的热降解和燃烧行为发生变化,使得PP体系的热释放速率(HRR)、热释放总量(THR)、质量损失速率(MLR)、CO的生成速率(COP)以及烟产生速率(SPR)都有较大幅度的下降。研究还显示Zeolite 4A的加入不但能够催化促进体系分解,提高PP-IFR体系最终的成炭量,而且对PP体系的HRR、THR、MLR、COP以及SPR有一定的下降,提高了PP-IFR的阻燃性能。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、能谱仪(EDS)等分析测试手段,并结合TGA和CONE的分析结果,对膨胀阻燃PP体系燃烧后炭层结构和阻燃机理进行了研究。结果表明,IFR1/PP和IFR1/PP/Zeolite 4A燃烧后都能形成优质的膨胀炭层,但IFR1/PP/Zeolite 4A形成的炭层更致密更稳定,而且所形成的炭层属于网状结构。对炭层的内外表层分析表明,它们的炭结构不同,炭层的内表层形成早期膨胀炭层,而炭层的外表层主要形成以P-O-C、P-O-P键为主的交联炭层,这种炭层更加致密、稳定。