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阻燃型连续纤维增强热塑性复合材料性能研究文献综述

 2021-02-25 01:02  

1.目的及意义

连续纤维增强热塑性复合材料由于具有力学性能优异、成型适应性广、可重复加工利用等优点,已经成为一种先进的结构材料,在航空航天、汽车、化工及电子电器等众多领域都有着广泛的应用。热塑性塑料融料粘度大,一般超过100pa.s,很难使连续玻纤获得良好的浸渍,为了解决塑料对纤维的浸渍问题,以最大限度地发挥纤维的增强效果,我们采用熔融浸渍技术,在一定温度下使塑料熔化,降低其粘度,通过挤出模具和热压辊浸渍纤维。

聚丙烯是全球产量最大的树脂之一,具有生产成本低,综合力学性能好,无毒,质轻,耐腐蚀,电性能好,易加工,易回收等诸多优点。但由于PP属于易燃材料,其氧指数只有17.4~18.5,且燃烧时产生大量的熔滴,极易传播火焰,使其应用受到了很大程度的限制。长玻璃纤维增强聚丙烯具有一系列优点。但是由于其氧指数较低,容易燃烧,且燃烧过程发热量较大,甚至会产生大量不饱和气体,反过来促进燃烧。对玻璃纤维增强聚丙烯进行阻燃改性是加强其性能,扩大其应用范围的重要方法。

含卤阻燃剂燃烧时会产生有毒、腐蚀性气体和酸雾,污染环境,目前已逐渐被无卤阻燃剂,特别是膨胀阻燃剂取代。膨胀型阻燃剂是一种绿色环保阻燃剂,受热时脱水成炭, 炭化物在阻燃剂热降解产生的气体作用下形成蓬松多孔的炭层, 该炭层可以阻碍聚合物与热源之间的热传导和氧气的扩散, 降低聚合物的分解温度, 还可以防止挥发性可燃组分的扩散。

膨胀阻燃剂一般含有三类组分:碳化剂、炭化催化剂以及膨胀剂(碳源、酸源、发泡剂)。碳源,一般为含碳丰富的多官能团物质,能被酸脱水生成碳,其成碳效率主要和碳源分子中碳原子个数,具有反应活性羟基个数有关。酸源一般是可于受热条件下释放出无机酸的化合物。无机酸要求沸点高,而氧化性不太强。发泡剂为受热条件下放出惰性气体的化合物,一般为胺类和酰胺类物质。膨胀阻燃剂通过形成多孔泡沫炭层而在凝聚相起阻燃作用。炭层由以下几步形成:

(1)在较低温度下由酸源放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸;

(2)在稍高于放出酸的温度下,无机酸与多元醇进行酯化反应,而体系中的胺则作为此酯化反应的催化剂;

(3)体系在酯化进程中熔化;

(4)反应过程中产生的水蒸气和由气源产生的不燃性气体使已处于熔融状态的体系膨胀发泡,与此同时,多元醇和酯脱水炭化,形成无机物和炭残余物。且体系进一步发泡;

(5)反应接近完成时,体系胶化和固化,最后形成多孔泡沫炭层。

这层多孔的炭层作为屏障阻止了热量的传递和氧气的扩散,有效地阻止和延缓了聚合物的热降解,防止了挥发性可燃成分的产生,从而达到中断聚合物燃烧的目的。正是由于膨胀成炭,减少了可燃气体和烟雾的释放,而且还有效地阻止了聚合物燃烧产生的熔融滴落行为,从而防止了火焰的传播。所以这些优点赋予IFR较一般阻燃剂更广阔的发展前景。

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