玻璃纤维增强无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯复合材料研究

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高抗冲聚苯乙烯(HIPS)因具有良好的冲击性能、电绝缘性能、加工性能和尺寸稳定性等优点应用极其广泛,但其遇火极易燃烧,发烟量大,因此对其进行阻燃研究十分必要。无卤阻燃是高分子材料阻燃研究的发展趋势。但是,加入无卤阻燃剂通常会降低聚合物材料的力学性能。玻璃纤维(GF)因具有高强度、耐化学腐蚀、耐高温、阻燃等优点,常用作复合材料的增强体。本课题首先研究高抗冲聚苯乙烯/玻璃纤维(HIPS/GF)二元体系,探究 GF对 HIPS燃烧性能的影响,然后分别在高抗冲聚苯乙烯/氢氧化镁/微胶囊红磷(HIPS/MH/MRP)无卤阻燃体系和高抗冲聚苯乙烯/可膨胀石墨/微胶囊红磷(HIPS/EG/MRP)无卤阻燃体系中引入 GF,采用多种分析测试方法,详细研究了复合材料的热稳定性能、阻燃性能和力学性能。主要研究内容及结论如下:  1.采用熔融共混法制备了一系列不同 GF含量的 HIPS/GF二元复合材料,利用水平燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)以及锥形量热法(CCT)等方法研究了复合材料燃烧性能。结果表明:在 HIPS树脂中引入 GF后,复合材料引燃时间变短, UL-94水平燃烧等级变化不大,热释放速率(HRR)、热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、生烟速率(SPR)、总烟释放量(TSR)、一氧化碳(CO)产生速率和质量损失均比纯HIPS低。随着GF含量增加,HIPS/GF复合材料的LOI缓慢增加,PHRR、THR、CO产生速率和质量损失均呈降低趋势。  2.用熔融共混法制备了一系列不同组成的 HIPS/MH/MRP/GF复合材料,采用多种手段详细研究了 HIPS/MH/MRP/GF复合材料的导热性能、燃烧性能和力学性能。结果表明:加入 GF会增加 HIPS/MH/MRP/GF复合材料对热量的传导,推迟聚合物的降解和引燃。与此同时,复合材料的力学性能、热稳定性、阻燃性和抑烟性均显著改善。加入2 wt% GF就可以有效抑制HIPS/MH/MRP复合材料熔滴的产生,并且使复合材料的UL-94级别从V-1提高到V-0。随着GF质量分数的增加,复合材料的力学性能、阻燃性和抑烟性都有所提高, GF质量分数约为30 wt%时性能最佳。  3.采用熔融共混法制备出一系列不同组成的HIPS/EG/MRP复合材料,研究了复合材料的燃烧性能。结果表明:EG本身对 HIPS具有一定的阻燃和抑烟作用,但是阻燃效率比较低,其添加量达到50%时,UL-94垂直燃烧试验才能达到V-0级;用少量MRP代替EG可以显著提高 HIPS/EG复合材料的阻燃性能、抑烟性能,同时降低复合材料的质量损失速率、热释放速率、热释放总量和内部温度。当 HIPS/EG/MRP的质量比为80/15/5时,复合材料的阻燃性能和抑烟性能最好。在 HIPS/EG/MRP体系中引入 GF后会使材料的阻燃性能严重恶化。添加5wt% GF后,复合材料的UL-94级别由V-0级变为无级别,LOI由26.8%降低到24.4%,材料的 PHRR、THR、SPR、TSR以及 CO生成速率都迅速增加。随着GF含量增加,HIPS/EG/MRP/GF复合材料的阻燃性能逐渐得到改善。但是,即使加入30 wt%的GF也不能使复合材料的垂直燃烧级别达到V-0级。
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