聚苯乙烯復(fù)合材料的制備及阻燃性能研究

王杰（大慶油田第六采油廠，黑龍江 大慶 163000）

聚苯乙烯復(fù)合材料的制備及阻燃性能研究

王杰（大慶油田第六采油廠，黑龍江 大慶 163000）

本文使用熔融共混的方式，獲得了聚苯乙烯復(fù)合阻燃材料。使用了熱重分析的方法，對(duì)材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，采用極限氧指數(shù)以及垂直燃燒等方法，對(duì)材料的阻燃效果進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為：次磷酸鋁的加入，能夠明顯的增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料的阻燃效果，在加入20%的次磷酸鋁之后，材料的阻燃效果能夠達(dá)到UL—94的級(jí)別，此時(shí)極限氧指數(shù)為23.9%；通過熱重分析后發(fā)現(xiàn)，次磷酸鋁能夠減緩聚苯乙烯分子鏈的降解速度，顯著增加材料的高溫成炭率。

聚苯乙烯；阻燃；次磷酸鋁

聚苯乙烯作為一種綜合性能良好的塑料材料，在汽車、建筑等領(lǐng)域得到了較為廣泛的使用。但由于其遇明火后極易出現(xiàn)降解、燃燒，并且發(fā)生較為明顯的熔融滴落，大大提高了應(yīng)用此類材料發(fā)生火災(zāi)之后的危險(xiǎn)性，對(duì)其應(yīng)用也造成了限制。因此，提高聚苯乙烯復(fù)合材料的阻燃性能，能夠擴(kuò)展材料的應(yīng)用范圍。

現(xiàn)今通常使用的鹵系阻燃劑雖然有著較好的阻燃效果，但其在發(fā)生燃燒之后，會(huì)釋放出大量的有害氣體，對(duì)人體造成影響，而磷系阻燃劑由于擁有低煙、無鹵等優(yōu)勢，已經(jīng)成為當(dāng)前阻燃劑的首選。次磷酸鋁作為一種新型的磷系阻燃劑，阻燃效果良好，但是現(xiàn)階段其對(duì)聚苯乙烯阻燃效果的研究較少。本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，獲得了聚苯乙烯與次磷酸鋁的復(fù)合材料，并對(duì)其熱穩(wěn)定性以及阻燃效果進(jìn)行了研究。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分

1.1 復(fù)合材料的制作

將聚苯乙烯以及次磷酸鋁放置于干燥箱當(dāng)中進(jìn)行干燥處理。之后，把兩種材料以一定的比例進(jìn)行混合（次磷酸鋁分別占總比例的0%、10%、20%、30%）之后，放置于密煉機(jī)當(dāng)中，將溫度設(shè)置為190攝氏度，轉(zhuǎn)速設(shè)置為每分鐘100轉(zhuǎn)，并密煉大約10分鐘，之后在保持這一溫度的條件下，將混合物壓制為大約3毫米厚的復(fù)合材料板，作為測試材料。

1.2 性能測試研究

氧指數(shù)測試以及垂直燃燒測試均按照國家標(biāo)準(zhǔn)來完成測試。使用的樣品其大小為100毫米*6.5毫米*3.2毫米。

熱重分析的原理主要為取大約10毫克的樣品置于氮?dú)猱?dāng)中，以每分鐘20攝氏度的速度逐漸升溫，直至溫度到達(dá)750攝氏度，并作出相應(yīng)的曲線。將重量減少3%時(shí)的溫度定為該物質(zhì)的初始分解溫度，將重量減少50%的溫度定為失重中點(diǎn)溫度。

微型燃燒量測試的主要機(jī)理是將大約10毫克置于氮?dú)猱?dāng)中，并以1攝氏度/秒的速度對(duì)其升溫加熱，氮?dú)獾牧鲃?dòng)速度控制在每分鐘80ml左右。之后將得到的氣體與純氧進(jìn)行混合，之后進(jìn)入燃燒爐當(dāng)中，得到整個(gè)燃燒階段的熱能釋放速率以及熱能釋放量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 阻燃效果研究

把樣品放置于保溫箱當(dāng)中2天以上，之后進(jìn)行氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)以及垂直燃燒實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)即如果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，純聚苯乙烯的燃燒速度很快，而且出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的熔融滴落現(xiàn)象，發(fā)生火災(zāi)之后的危險(xiǎn)程度較高，之后隨著次磷酸鋁加入量的不斷提高，氧指數(shù)呈逐漸上升的趨勢，并且熔融滴落逐漸減輕直至消失，說明次磷酸鋁與聚苯乙烯混合之后，能夠增強(qiáng)材料的阻燃效果。

2.2 熱重測試研究

單純的聚苯乙烯初始分解溫度為370攝氏度，在溫度上升至420攝氏度時(shí)分解速度最高，直至大約750攝氏度時(shí)燃燒完畢，為單一的降解；而加入次磷酸鋁之后，復(fù)合材料的降解過程可以分成兩個(gè)階段，在340攝氏度-343攝氏度時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)分解最高速度，此時(shí)主要是次磷酸鋁發(fā)生降解，在430攝氏度-434攝氏度時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)分界最高速度，此時(shí)主要是聚苯乙烯發(fā)生降解。在加入次磷酸鋁之后，能夠使最高分解速度出現(xiàn)時(shí)的溫度提高10攝氏度左右，并且初始降解溫度也會(huì)出現(xiàn)一定的降低。

3 結(jié)語

（1）次磷酸鋁的加入，能夠明顯的增強(qiáng)聚苯乙烯復(fù)合材料的阻燃效果，在加入20%的次磷酸鋁之后，材料的阻燃效果能夠達(dá)到UL—94的級(jí)別，此時(shí)極限氧指數(shù)為23.9%；

（2）次磷酸鋁能夠減緩聚苯乙烯分子鏈的降解速度，顯著增加材料的高溫成炭率。

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王杰（1989-），男，黑龍江省齊齊哈爾市人，助理工程師。