长玻纤增强 ＴＰＵ／ＰＢＴ 阻燃复合材料的性能研究
张道海 谢锦辉 谭芳 宝冬梅 尚晓煜
（１．贵州民族大学化学工程学院，贵州贵阳５５００２５
２．国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心贵州贵阳５５００１）
来源：现代塑料加工应用 2022年2月
摘要
利用９，１０－二氢－９－氧杂－１０－磷杂菲－１０－氧化物（ＤＯＰＯ）作为阻燃剂，制备质量分数２０％长玻璃纤维（ＬＧＦ）增强热塑性聚氨酯／聚对苯二甲酸丁二醇酯／ＤＯＰＯ（２０％ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／ＤＯＰＯ）阻燃复合材料，研究了阻燃复合材料的阻燃性能、流变行为和力学性能。结果表明：随着ＤＯＰＯ 用量增加，阻燃复合材料的阻燃性能逐渐提升，当ＤＯＰＯ 质量分数为９％时，阻燃复合材料的阻燃等级为 Ｖ－０，极限氧指数为２４．５％。阻燃复合材料的阻燃机理以气相阻燃为主，凝聚相阻燃为辅。阻燃复合 材料的力学性能随着 ＤＯＰＯ 用量增加而降低。
聚氨酯 聚对苯二甲酸丁二醇酯
长玻璃纤维 阻燃性能 流变行为
聚对苯二甲酸丁二醇酯（ＰＢＴ）具有优异的力学性能、热稳定性、尺寸稳定性，在电子、汽车和交通等领域应用广泛。但ＰＢＴ基体树脂易燃烧，燃烧时表面较难形成炭层，且伴随着严重的熔融滴落现象，易使火焰蔓延，使其应用受限。因此，有必要对ＰＢＴ进行阻燃改性。９，１０－二氢－９－氧杂－１０－磷杂菲－１０－氧化物（ＤＯＰＯ）是一种高效的无卤磷系阻燃剂，被广泛应用于聚合物基阻燃材料的研究。随着人们对产 品性能的要求越来越高，需要对ＰＢＴ阻燃复合材料进行增强，而性价比较高 的 增 强 方 式 主 要 为 玻 璃 纤 维 （ＧＦ）增 强ＰＢＴ。相 对 于 短 ＧＦ而 言，长 ＧＦ（ＬＧＦ）增 强ＰＢＴ阻燃复合材料具有强度高、模量高、尺寸稳定性好等优势。下面以 ＤＯＰＯ 作为阻燃剂，制备质量分数２０％的 ＬＧＦ 增强热塑性聚氨酯（ＴＰＵ）弹性体／ＰＢＴ 阻 燃 复 合 材 料，并 研 究 ２０％ ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／ＤＯＰＯ 阻燃复合材料的阻燃性能、流变行为及力学性能。
１．１ 主要原料及仪器设备
ＰＢＴ，Ｌ１０８２，中国石化仪征化纤有限责任公 司；ＬＧＦ，９８８，中 国 巨 石 股 份 有 限 公 司；ＴＰＵ，２１０３－８０ＡＥ－Ｅ，诺誉化工亚太有限公司；ＤＯＰＯ，北 京华威锐科化工有限公司；乙烯－丙烯酸丁酯－甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物（ＰＴＷ），ＰＴ８６２，美国杜邦公司。
万能试验机，ＷＤＷ－１０Ｃ，上海华龙测试仪器公司；双螺杆挤出机，ＴＳＥ－４０，南京瑞亚高聚物装 备有限公司；旋转流变仪，ＡＲＥＳ－Ｇ２，美国 ＴＡ 公 司；扫描电子显微镜（ＳＥＭ），ＦＥＩＱｕａｎｔａ２５０，美国ＦＥＩ公司；垂直燃烧试验仪，ＳＨ５３００，广州信禾电子设备有限公司；极限氧指数（ＬＯＩ）测试仪，ＪＦ－３，南京江宁分析仪器有限公司。
１．２ 样品制备
１）将 ＰＢＴ，ＴＰＵ，相容剂 ＰＴＷ 在８０℃下干 燥６ｈ备用，再按照ＰＢＴ 与 ＴＰＵ 质量比２０∶８０进行混合均匀，然后 将 质 量 分 数 ０，８％，９％，１０％，１２％的 ＤＯＰＯ 与 质 量 分 数 ２０％ 的 ＬＧＦ 进 行 复配，制得阻燃复合材料，分别记为２０％ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ，２０％ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／８％ＤＯＰＯ，２０％ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／９％ ＤＯＰＯ，２０％ ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／１０％ ＤＯＰＯ，２０％ ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／１２％ ＤＯＰＯ。
采用熔融浸渍法，经过挤出、浸渍（２５０ ℃）、冷却、牵引 后，切 为 长 度 为１２ｍｍ的 ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／ＤＯＰＯ 复合材料母粒。
２）按照基体树脂与 ＤＯＰＯ 质量比５０∶５０进行混合挤出，制备阻燃母粒。
１．３ 性能测试及表征
流变 性 能 测 试：在 平 行 板 模 式 下 对 ＬＧＦ／ＴＰＵ／ＰＢＴ／ＤＯＰＯ 阻燃复合材料进行扫描，温度为２３５ ℃，频率（ω）为０．１～６５０．０ｓ－１。
ＳＥＭ 分析：将阻燃复合材料断面进行液氮处理，在２０ｋＶ 加速电压下观察形貌。
拉伸强度按照 ＧＢ／Ｔ１０４０．１—２００６测试；弯曲强度按照 ＧＢ／Ｔ ９３４１—２００８测试；缺口冲击强度按 照 ＧＢ／Ｔ１８４３— ２００８测 试；阻 燃 性 能 按 照ＩＳＯ５６６０—１—２０１５测试；垂直燃烧性能按照 ＧＢ／Ｔ２４０８—２００８测 试，每 组 测 试 至 少 要 ５ 根 样 条；ＬＯＩ按照 ＧＢ／Ｔ２４０６．２—２００９测试，样品尺寸为８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ。
从图３可以看出：所有阻燃复合材料冲击断面均出现 ＧＦ 被拔出的孔洞，未加 ＤＯＰＯ 阻燃复合 材料的冲击断面除了孔洞外，ＧＦ表面还被树脂包覆。这表明 ＤＯＰＯ 的加入导致阻燃复合材料界面 黏结力降低，界面强度下降，进而导致其力学性能降低。
不同 ＤＯＰＯ 用量阻燃复合材料的力学性能见表３。从表３看出，添加ＤＯＰＯ 阻燃复合材料的力学性能均小于未添加 ＤＯＰＯ 的，而且随着 ＤＯＰＯ用量增加，阻燃复合材料的力学性能逐渐降低。
ａ） 随着 ＤＯＰＯ 用量增加，阻燃复合材料的ＰＨＲＲ，ＡＶ－ＨＲＲ，ＡＶ－ＥＨＣ 和 ＴＨＲ 均 减 小，而ＣＯ 收率和 ＴＳＲ均逐渐增大。
ｂ） 随着 ＤＯＰＯ 用量增加，阻燃复合材料覆盖在 ＧＦ表面的炭层增加，但炭层结构均有孔洞，表明阻燃复合材料的阻燃机理以气相阻燃为主、凝聚相阻燃为辅。
ｃ） 在高频区域，阻燃复合材料的流变性能均 低于未添加 ＤＯＰＯ 的。
ｄ） 随着 ＤＯＰＯ 用量增加，阻燃复合材料的力学性能均呈下降趋势。
为方便阅读，本文移除了脚注。如有需要，请参阅《现代塑料加工应用》2022年2月 END
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