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APP／BF–KH550協(xié)同阻燃熱塑性聚氨酯
熱塑性聚氨酯(PUR-T)作為一種工程塑料，以其優(yōu)異的物理性能、耐化學(xué)性、耐磨性、對化學(xué)品的良好附著力和自潤滑性能而受到廣泛的關(guān)注。目前，它可以替代軟聚氯乙烯，以滿足日益增長的領(lǐng)域的環(huán)保要求。因此，它在工業(yè)和日常生活中扮演著越來越重要的角色。但在一定程度上，其可燃性、滴熔性以及燃燒過程中產(chǎn)生大量有毒氣體，極大地增加了火災(zāi)危險(xiǎn)性，限制了其廣泛的應(yīng)用，所以提高其阻燃性能非常重要。聚磷酸銨(APP)具有化學(xué)穩(wěn)定性好、煙氣低、毒性小、使用過程中不產(chǎn)生揮發(fā)性和腐蝕性氣體等化學(xué)特性，由于磷(P)和氮(N)的含量高，可以起到阻燃的作用，然而APP只能作為酸源，缺乏碳源，同時(shí)APP的加入會導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能急劇下降，這極大限制了APP的應(yīng)用。
北京化工大學(xué)王迪等通過表面接枝的方式使用硅烷偶聯(lián)劑對竹粉(BF)進(jìn)行表面改性，同時(shí)將改性BF與APP復(fù)配阻燃PUR-T。由于APP與BF-KH550構(gòu)成了膨脹阻燃體系(IFRs)，阻燃性能更優(yōu)越。在阻燃體系中引入硅烷偶聯(lián)劑改性BF有三個(gè)原因：一為阻燃體系引入碳源，使其具有更多的殘?zhí)?；二是硅元素的引入是為了達(dá)到碳層致密的效果；三是硅烷偶聯(lián)劑改性BF可以改善阻燃劑加入導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降的問題。
阻燃PUR-T復(fù)合材料的制備 將PUR-T，APP以及BF-HK550于80℃烘箱中下燥24?h，并將一定質(zhì)量的APP，BF-KH550與PUR-T混合均勻，使用微型雙螺桿擠出機(jī)將阻燃劑與基體進(jìn)行熔融共混，進(jìn)料口溫度、擠出溫度和出料口溫度分別設(shè)定為170，175，180℃，擠出物切粒后進(jìn)行壓片，熱壓溫度設(shè)定為185℃，并將所制得的樣板裁制成標(biāo)準(zhǔn)樣條進(jìn)行阻燃性能的測試，拉伸測試樣條通過注塑機(jī)進(jìn)行注塑。將純PUR-T，PUR-T 90%／APP10%，PUR-T 90%／APP 8%／BF 2%，PUR-T 90%／APP 8%／BF-KH550 2%樣品分別標(biāo)記為0#，1#，2#，3#。 LOI和垂直燃燒(UL94)測試及分析 由表可知，純PUR-T的LOI為21.6%，沒有通過UL94等級，單獨(dú)加入10%的APP后，1#復(fù)合材料的LOI提高到27.4%，UL94可達(dá)到V–0等級。當(dāng)添加8% APP和2% BF時(shí)，LOI為28.5%，UL94保持V–0等級不變，但幾乎可達(dá)到離火自熄。而APP與BF-KH550復(fù)配時(shí)，LOI進(jìn)一步提高到大于30%，且能達(dá)到離火自熄的V–0等級，阻燃性能進(jìn)一步提高。 錐形量熱測試結(jié)果及分析 由表可知，含IFR的PUR-T復(fù)合材料的著火時(shí)間(TTI)小于純PUR-T的28?s，1#，2#和3#樣品分別為19，16，18?s。這是由于APP和BF可能促進(jìn)PUR-T的降解，導(dǎo)致PUR-T提前著火。為進(jìn)一步了解其火災(zāi)危險(xiǎn)性，根據(jù)錐形量熱計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算火災(zāi)性能指數(shù)(FPI)，計(jì)算結(jié)果為FPI =TTI／pHRR。通常，較高的FPI值意味著更有效的阻燃性?？梢钥闯觯?#樣品的FPI值最高，說明其安全水平最高。由上表可知，純PUR-T的總耗氧量(TOC)為52.84?g。1#，2#和3#復(fù)合材料的TOC顯著降低為39.45，35.07，35.49?g，2#樣品的TOC最低。 力學(xué)性能分析 由表可知，純PUR-T的拉伸強(qiáng)度(Ts)和斷裂伸長率(Eb)分別為24.5?MPa和1?129.6%，1#樣品的Ts和Eb分別為15.3?MPa和946.7%。由于APP與PUR-T的相容性較差，APP的存在不可避免的會導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能的下降。而在加入8% APP和2% BF–KH550時(shí)，Ts和Eb均有所增加。此外，3#試樣的拉伸強(qiáng)度為23.9?MPa，其力學(xué)性能優(yōu)于2#試樣，是由于BF-KH550在PUR-T中的分散性得到改善，進(jìn)一步提高了其力學(xué)性能。此外，3#試樣的拉伸強(qiáng)度為23.9 MPa，與2#試樣相比，其拉伸強(qiáng)度提升了9.6%，是因?yàn)橛捎贐F-KH550在PUR-T中的分散性得到改善，進(jìn)一步提高了其力學(xué)性能。 結(jié)論 (1) 8% APP和2% BF-KH550的加入，PUR-T復(fù)合材料的氧指數(shù)達(dá)到了30.3%，垂直燃燒等級達(dá)到了V–0。 (2)與未改性BF相比，KH550改性BF使得PUR-T復(fù)合材料的熱釋放速率峰值降低了86.6%。 (3) BF的表面改性使PUR-T復(fù)合材料的力學(xué)性能有所提升，較未改性的BF，其拉伸強(qiáng)度提升了9.6%。
