resúmenes

Se utilizó 9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfa-fenantreno-10-óxido (DOPO) como retardante de llama para la preparación de una fracción de masa de 20 % de fibra de vidrio larga (LGF) reforzada con poliuretano termoplástico/tereftalato de polibutileno/DOPO (20% LGF/TPU/PBT/DOPO) se prepararon compuestos retardantes de llama y se investigaron las propiedades mecánicas, reológicas y de retardo de llama de los compuestos retardantes de llama. Los resultados mostraron que las propiedades ignífugas de los compuestos ignífugos se mejoraron gradualmente con el aumento de la dosis de DOPO, y el grado ignífugo de los compuestos ignífugos fue V-0 y el índice final de oxígeno fue del 24,5% cuando la fracción de masa DOPO fue del 9%. El mecanismo retardante de llama de los compuestos retardantes de llama es principalmente retardante de llama en fase gaseosa, complementado con retardante de llama en fase cohesiva.

palabras clave

Poliuretano
Tereftalato de polibutileno
Fibra de vidrio larga
Propiedades ignífugas
comportamiento reológico

Introducción

El tereftalato de polibutileno (PBT) tiene excelentes propiedades mecánicas, estabilidad térmica, estabilidad dimensional y es ampliamente utilizado en electrónica, automoción y transporte. Sin embargo, la resina base PBT es fácil de quemar, y es más difícil que se forme una capa de carbón en la superficie durante la combustión, lo que se acompaña de un grave fenómeno melt-drop y fácil propagación de la llama, lo que limita su aplicación. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo una modificación retardante de llama de PBT. El 9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfa-fenantreno-10-óxido (DO PO) es un retardante de llama de fósforo no halogenado eficiente, que es ampliamente utilizado en la investigación de materiales ignífugos a base de polímeros. Con la creciente demanda de rendimiento del producto, los compuestos retardantes de llama PBT deben fortalecerse, y el método de refuerzo rentable es principalmente PBT reforzado con fibra de vidrio (GF). En comparación con el GF corto, los compuestos retardantes de llama PBT reforzados con GF largo (LGF) tienen las ventajas de alta resistencia, módulo alto, buena estabilidad dimensional, etc. A continuación, el DOPO se usa como retardante de llama, que es un halógeno altamente eficiente. -retardante de llama libre de fósforo. A continuación, se preparan compuestos ignífugos de elastómero de poliuretano termoplástico (TPU) reforzado con 20 % LGF/PBT utilizando DOPO como retardante de llama, y ​​las propiedades ignífugas, el comportamiento reológico y las propiedades mecánicas del 20 % LGF/TPU/PBT Se investigan los compuestos ignífugos /DOPO. alto módulo, buena estabilidad dimensional, etc. A continuación, se utiliza DOPO como retardante de llama, que es un retardante de llama a base de fósforo sin halógeno altamente eficiente. A continuación, se preparan compuestos ignífugos de elastómero de poliuretano termoplástico (TPU) reforzado con 20 % LGF/PBT utilizando DOPO como retardante de llama, y ​​las propiedades ignífugas, el comportamiento reológico y las propiedades mecánicas del 20 % LGF/TPU/PBT Se investigan los compuestos ignífugos /DOPO. alto módulo, buena estabilidad dimensional, etc. A continuación, se utiliza DOPO como retardante de llama, que es un retardante de llama a base de fósforo sin halógeno altamente eficiente. A continuación, se preparan compuestos ignífugos de elastómero de poliuretano termoplástico (TPU) reforzado con 20 % LGF/PBT utilizando DOPO como retardante de llama, y ​​las propiedades ignífugas, el comportamiento reológico y las propiedades mecánicas del 20 % LGF/TPU/PBT Se investigan los compuestos ignífugos /DOPO.

prueba

1.1 Principales Materias Primas e Instrumentos

PBT; LGF; TPU; DOPO; terpolímero de etileno-acrilato de butilo-metacrilato de glicidilo (PTW).

Máquina de prueba universal; extrusora de doble husillo; reómetro rotacional; microscopio electrónico de barrido (SEM); probador de combustión vertical; Probador de índice de oxígeno limitante (LOI).

1.2 Preparación de muestras

(1) PBT, TPU, compatibilizador PTW a 80 ℃ seco 6 h en espera, y luego de acuerdo con la relación de masa de PBT y TPU de 20:80 para la mezcla homogénea, y luego será 0, 8%, 9 %, 10 %, 12 % del DOPO y 20 % de la calidad del LGF para la preparación de compuestos ignífugos, respectivamente, registrados como 20 % LGF/TPU/PBT, 20 % L LGF/TPU/PBT /8 % DOPO, 20 % LGF/TPU/PBT/9 % DOPO, 20 % LGF/TPU/PBT/10 % DOPO, 20 % LGF/TPU/PBT/12 % DOPO.
Utilizando el método de impregnación por fusión, después de la extrusión, la impregnación (250 ℃), el enfriamiento y el arrastre, el masterbatch compuesto LGF/TPU/PBT/DOPO se corta en 12 mm de longitud.
(2) Mezcla y extrusión según la proporción 50:50 de matriz de resina y DOPO para preparar un masterbatch retardante de llama.

1.3 Prueba de rendimiento y caracterización

Propiedades reológicas: Los compuestos retardantes de llama LGF/TPU/PBT/DOPO se escanearon en modo de placas paralelas a 235 ℃ y la frecuencia (ω) fue de 0,1-650,0 s-1.

Análisis SEM: Las secciones de compuestos retardantes de llama se trataron con nitrógeno líquido y se observó la morfología bajo el voltaje acelerado de 20 kV.
La resistencia a la tracción se probó de acuerdo con GB/T1040.1-2006;
La resistencia a la flexión se probó de acuerdo con GB／T 9341-2008;
La resistencia al impacto con muescas se prueba de acuerdo con GB／T1843-2008;
El rendimiento ignífugo se prueba de acuerdo con ISO5660-1-2015;
El rendimiento de la combustión vertical se prueba de acuerdo con GB/T2408-2008 y se requieren al menos 5 muestras para cada grupo;
LOI de acuerdo con la prueba GB/T2406.2-2009, el tamaño de muestra de 80 mm × 10 mm × 4 mm.

Resultados y discusión

1. Rendimiento de combustión de compuestos retardantes de llama
Con el aumento de DOPO, el AV-HRR, PHRR y THR de los compuestos retardantes de llama mostraron una tendencia decreciente, en comparación con el 20 % de LGF/TPU/PBT sin retardante de llama, el AV-HRR, PHRR y THR de 20 % LGF/TPU/PBT/12 % DOPO disminuyeron un 19,37 %, 41,28 % y 23,03 %, respectivamente. El AV-HRR, PHRR y THR de 20 % LGF/TPU/PBT/12 % DOPO disminuyó un 19,37 %, 41,28 % y 23,03 % respectivamente. Al mismo tiempo, con el aumento en la cantidad de DOPO, el rendimiento de CO y la TSR de los compuestos retardantes de llama aumentan gradualmente, mientras que AV-EHC y MAHRE disminuyen gradualmente. Muestra que el aumento del uso de DOPO ayuda a mejorar el rendimiento ignífugo de los materiales compuestos ignífugos.

2. Morfología estructural de la capa de carbono de compuestos ignífugos
El GF de los compuestos ignífugos desempeña el papel de soporte del esqueleto, y la capa de carbono formada durante la combustión cubre la superficie del GF. Al mismo tiempo, la capa de carbón en la superficie de los compuestos ignífugos aumenta, pero todas las capas de carbón de los compuestos ignífugos tienen agujeros en la estructura, que no son capas densas de carbón y no pueden desempeñar las funciones de aislamiento de oxígeno y aísla bien el calor, y dará lugar a la entrada de oxígeno en el área no descompuesta de los compuestos ignífugos a través de los orificios y la formación de humo por los componentes volátiles combustibles descompuestos de los compuestos ignífugos que pueden atravesar la capa de carbón muy fácilmente, lo que indica que la ignifugancia de los compuestos ignífugos es principalmente por la fase de vapor, y la fase condensada es por la fase condensada. Esto indica que el mecanismo retardante de llama de los compuestos retardantes de llama es un retardante de llama de fase gaseosa y fase cohesiva.

3. Comportamiento reológico de compuestos ignífugos
En la región de alta frecuencia, el comportamiento reológico de los compuestos ignífugos con DOPO añadido es menor que el de los sin DOPO, porque la adición de DOPO reduce el grado de enredo de las cadenas moleculares de las masas fundidas de los compuestos ignífugos. , reduce la resistencia al flujo y aumenta el movimiento de los segmentos de la cadena. Además, en la región de baja frecuencia, las propiedades reológicas de los compuestos ignífugos con DOPO agregado son más altas que las de los compuestos sin DOPO. Esto se debe a que la adición de DOPO mejora el grado de enredo de las moléculas fundidas en los compuestos ignífugos después del proceso de cizallamiento de alta frecuencia y reduce la capacidad de las moléculas fundidas para moverse en los segmentos de la cadena, lo que aumenta la resistencia al flujo. del derretimiento.
Con el aumento de DOPO, las propiedades reológicas de los compuestos ignífugos aumentan gradualmente y la curva del factor de pérdida se alarga, lo que se debe a que con el aumento de DOPO, aumenta el punto de enredo de las moléculas fundidas de los compuestos ignífugos, la cadena la movilidad del segmento de las moléculas fundidas se vuelve más grande y aumenta el tiempo de relajación.

4. Propiedades ignífugas de los compuestos ignífugos
Ninguno de los compuestos ignífugos mostró el fenómeno de fusión y goteo durante la combustión vertical. Además, cuando la fracción de masa de DOPO es inferior al 9 %, los compuestos ignífugos no pueden alcanzar el grado V-0. Con el aumento del uso de DOPO, la LOI de los compuestos ignífugos aumentó gradualmente, pero el aumento no es muy obvio, lo que indica que el DOPO se utiliza principalmente como el principal ignífugo en fase gaseosa y el ignífugo en fase cohesiva en los compuestos ignífugos.

5. Morfología de la sección transversal de compuestos ignífugos
Todas las secciones de impacto de los compuestos ignífugos mostraban orificios por donde se extrajo el GF, mientras que las secciones de impacto de los compuestos ignífugos sin DOPO tenían orificios y la superficie del GF estaba cubierta por resina. Esto muestra que la adición de DOPO conduce a la reducción de la adhesión interfacial y la resistencia interfacial de los compuestos retardantes de llama, lo que a su vez conduce a la reducción de sus propiedades mecánicas.

6. Propiedades mecánicas de los compuestos ignífugos
Las propiedades mecánicas de los compuestos ignífugos con DOPO añadido son más pequeñas que las de los compuestos sin DOPO, y las propiedades mecánicas de los compuestos ignífugos disminuyen gradualmente con el aumento de la dosis de DOPO.

Recomendaciones

(a) El PHRR, AV-HRR, AV-EHC y THR de los compuestos ignífugos disminuyeron con el aumento del uso de DOPO, mientras que el rendimiento de CO y TSR aumentaron gradualmente. 

(b) La capa de carbono que cubre la superficie GF de los compuestos ignífugos aumentó con el aumento del uso de DOPO, pero la estructura de la capa de carbono tenía agujeros, lo que indicaba que el mecanismo ignífugo de los compuestos ignífugos estaba dominado por gas. retardante de llama de fase, complementado con retardante de llama de fase cohesiva.

(c) En la región de alta frecuencia, las propiedades reológicas de los compuestos ignífugos son más bajas que las de aquellos sin DOPO.

(d) Las propiedades mecánicas de los compuestos ignífugos mostraron una tendencia decreciente con el aumento de la cantidad de DOPO. 

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