聚苯乙烯復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，獲得了聚苯乙烯復合阻燃材料。使用了熱重分析的方法，對材料的熱穩(wěn)定性進行了分析，在此基礎上，采用極限氧指數(shù)以及垂直燃燒等方法，對材料的阻燃效果進行了測試。實驗結果認為：次磷酸鋁的加入，能夠明顯的增強聚苯乙烯復合材料的阻燃效果，在加入20%的次磷酸鋁之后，材料的阻燃效果能夠達到UL—94的級別，此時極限氧指數(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，大大提高了應用此類材料發(fā)生火災之后的危險性，對其應用也造成了限制。因此，提高聚苯乙烯復合材料的阻燃性能，能夠擴展材料的應用范圍。

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，會釋放出大量的有害氣體，對人體造成影響，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)階段其對聚苯乙烯阻燃效果的研究較少。本文通過室內(nèi)實驗，獲得了聚苯乙烯與次磷酸鋁的復合材料，并對其熱穩(wěn)定性以及阻燃效果進行了研究。

1 室內(nèi)實驗部分

1.1 復合材料的制作

將聚苯乙烯以及次磷酸鋁放置于干燥箱當中進行干燥處理。之后，把兩種材料以一定的比例進行混合（次磷酸鋁分別占總比例的0%、10%、20%、30%）之后，放置于密煉機當中，將溫度設置為190攝氏度，轉(zhuǎn)速設置為每分鐘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準來完成測試。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毫克的樣品置于氮氣當中，以每分鐘20攝氏度的速度逐漸升溫，直至溫度到達750攝氏度，并作出相應的曲線。將重量減少3%時的溫度定為該物質(zhì)的初始分解溫度，將重量減少50%的溫度定為失重中點溫度。

微型燃燒量測試的主要機理是將大約10毫克置于氮氣當中，并以1攝氏度/秒的速度對其升溫加熱，氮氣的流動速度控制在每分鐘80ml左右。之后將得到的氣體與純氧進行混合，之后進入燃燒爐當中，得到整個燃燒階段的熱能釋放速率以及熱能釋放量。

2 實驗結果及分析

2.1 阻燃效果研究

把樣品放置于保溫箱當中2天以上，之后進行氧指數(shù)實驗以及垂直燃燒實驗。對實驗即如果進行分析后發(fā)現(xiàn)，純聚苯乙烯的燃燒速度很快，而且出現(xiàn)了較為嚴重的熔融滴落現(xiàn)象，發(fā)生火災之后的危險程度較高，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攝氏度時分解速度最高，直至大約750攝氏度時燃燒完畢，為單一的降解；而加入次磷酸鋁之后，復合材料的降解過程可以分成兩個階段，在340攝氏度-343攝氏度時出現(xiàn)第一個分解最高速度，此時主要是次磷酸鋁發(fā)生降解，在430攝氏度-434攝氏度時出現(xiàn)第二個分界最高速度，此時主要是聚苯乙烯發(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)時的溫度提高10攝氏度左右，并且初始降解溫度也會出現(xiàn)一定的降低。

3 結語

（1）次磷酸鋁的加入，能夠明顯的增強聚苯乙烯復合材料的阻燃效果，在加入20%的次磷酸鋁之后，材料的阻燃效果能夠達到UL—94的級別，此時極限氧指數(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。

［1］Levchik S V，Weil E D.New developments in flame retar?dancy of styrene thermoplastics and foams［J］.Polymer Internation?al，2008，57(3):431-448.

［2］Tai Q L，Chen L J，Song L，et al.Preparation and thermal proper-ties of a novel flame retardant copolymer［J］.Polymer Degra?dation Stability，2010，95(5):830-836.

［3］Jinbing Zhang，ZQ.Morphology，crystallization behavior，and dynam-ic mechanical properties of biodegradable poly(εcaprolactone)/thermally reduced graphene nanocomposites［J］.In?dustrial＆ Engi-neering Chemistry Research，2011，50:13885－13891.

王杰（1989-），男，黑龍江省齊齊哈爾市人，助理工程師。