膨胀型阻燃剂/二乙基次磷酸铝阻燃改性不饱和树脂基复合材料

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.06.018

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (6): 116-123.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.06.018

膨胀型阻燃剂/二乙基次磷酸铝阻燃改性不饱和树脂基复合材料

李金凤¹, 梁卓恩², 彭新龙²()

^1.肇庆福田化学工业有限公司，广东肇庆 526238
^2.广东百汇达新材料有限公司，广东肇庆 526238

收稿日期:2021-12-10 出版日期:2022-06-26 发布日期:2022-06-27
通讯作者: 彭新龙（1988—），男，工程师，主要从事热固性树脂基复合材料成型加工等研究工作，pengxinlong110110@163.com
E-mail:pengxinlong110110@163.com

Properties of unsaturated polyester resin composites modified with intumescent flame retardant and alu minum diethyl phosphate

LI Jinfeng¹, LIANG Zhuoen², PENG Xinlong²()

^1.Sales Department，Zhaoqing Futian Chemical Co，Ltd，Zhaoqing 526238，China
^2.R&D Department，Guangdong Brand Builder New Materials Co，Ltd，Zhaoqing 526238，China

Received:2021-12-10 Online:2022-06-26 Published:2022-06-27
Contact: PENG Xinlong E-mail:pengxinlong110110@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用密胺包覆聚磷酸铵（APP）、季戊四醇（PER）和三聚氰胺（MEL）作为膨胀型阻燃剂（IFR）对不饱和树脂（UP）进行改性，研究了APP、PER和MEL不同复配比例及用量对不饱和树脂基复合材料阻燃性能和力学性能的影响。基于IFR最佳用量，以二乙基次磷酸铝（ADP）为协效剂，研究了ADP用量对IFR/UP阻燃复合材料阻燃性能、力学性能及热稳定性的影响。结果表明，当APP∶PER∶MEL复配比例为4∶1∶1，IFR添加量为15 %（质量分数，下同）时，复合材料综合性能最佳，其极限氧指数为27.4 %，UL 94垂直燃烧达到V?1等级，弯曲强度和冲击韧性分别为100.3 MPa和6.3 kJ/m²；ADP的引入能够进一步提高IFR/UP复合材料阻燃性能，且随着ADP质量分数的增加而增强；当ADP质量分数为2 %时，IFR?ADP/UP复合材料极限氧指数为28.5 %并达到V?0阻燃等级，弯曲强度和冲击韧性分别为110 MPa和7.8 kJ/m²，与IFR/UP复合材料相比，分别提高了9.7 %和23.8 %；ADP能够促进IFR/UP复合材料表面成炭，缓解基体的热降解。

关键词: 不饱和树脂, 阻燃性能, 二乙基次磷酸铝

Abstract:

Unsaturated polyester （UP） resin composites were modified with an intumescent flame?retardant （IFR） system based on the mela mine?coated a mmonium polyphosphate （APP）， pentaerythritol （PER）， and mela mine （MEL）， and the effect of APP/PER/MEL mass ratio and total amount on the flame retardant and mechanical properties of the UP/IFR composites were investigated. According to the optimal mass ratio of IFR， alu minum diethyl phosphate （ADP） was then added into the UP/IFR composites as a flame?retardant synergistic agent， and the flame retardant properties， mechanical properties， and thermal stability of UP/IFR?ADP composites with different content of ADP were evaluated. The results indicated that the composites achieved a UL 94 V?0 classification in the vertical burning test at a APP/PER/MEL mass ratio of 4∶1∶1， a IFR content of 15 wt%， and a limiting oxygen index （LOI） of 27.4 vol%， and their flexural strength and impact toughness were 100.3 MPa and 6.3 kJ/m²，respectively. The introduction of ADP further improved the flame retardancy of IFR/UP composites， and the flame?retarding effect was enhanced with an increase in the mass fraction of ADP. When the mass fraction of ADP was 2 wt%， the UP/IFR?ADP composites obtained an LOI of 28.5 vol%， a UL?94 V?0 classification， flexural strength of 110 MPa， and impact toughness of 7.8 kJ/m². Compared to the UP/IFR composite containing 15 wt% of IFR， the UP/IFR?ADP composites achieved an increase in flexural strength by 9.7 % and in impact toughness increased by 23.8 %. TG analysis results indicated that ADP could promote the formation of amorphous char layer and slow down the thermal degradation of the matrix.

Key words: unsaturated polyester resin, flame retardancy, aluminum diethyl phosphate

中图分类号:

TQ323.4⁺1

李金凤, 梁卓恩, 彭新龙. 膨胀型阻燃剂/二乙基次磷酸铝阻燃改性不饱和树脂基复合材料[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 116-123.

LI Jinfeng, LIANG Zhuoen, PENG Xinlong. Properties of unsaturated polyester resin composites modified with intumescent flame retardant and alu minum diethyl phosphate[J]. China Plastics, 2022, 36(6): 116-123.

图/表 11

样品编号	LY⁃196	APP	PER	MEL	ADP
UP⁃0	100	0	0	0	0
UP⁃1	85	15	0	0	0
UP⁃2	85	11.6	1.7	1.7	0
UP⁃3	85	11.2	1.9	1.9	0
UP⁃4	85	10.8	2.1	2.1	0
UP⁃5	85	10	2.5	2.5	0
UP⁃6	85	9	3	3	0
UP⁃7	85	7.4	3.8	3.8	0
UP⁃8	95	3.4	0.8	0.8	0
UP⁃9	90	6.8	1.6	1.6	0
UP⁃10	80	13.6	3.2	3.2	0
UP⁃11	75	16.6	4.2	4.2	0
UP⁃12	84	10	2.5	2.5	1
UP⁃13	83	10	2.5	2.5	2
UP⁃14	82	10	2.5	2.5	3
UP⁃15	81	10	2.5	2.5	4

表1 未改性和阻燃改性不饱和树脂组成配方

Tab.1 The formula of UP composites modified by different proportion of FIR

样品	LOI/ %	阻燃级别	实验现象
UP⁃0	19.0	NR	熔滴较多，大量黑烟
UP⁃1	26.5	V2	较少熔滴，较多黑烟
UP⁃2	26.7	V2	较少熔滴，较多黑烟
UP⁃3	27.0	V1	无熔滴，较少黑烟
UP⁃4	27.2	V1	无熔滴，较少黑烟
UP⁃5	27.4	V1	无熔滴，较少黑烟
UP⁃6	26.9	V2	较少熔滴，较多黑烟
UP⁃7	26.3	V2	较少熔滴，较多黑烟
UP⁃8	22.8	NR	熔滴较多，大量黑烟
UP⁃9	24.9	NR	熔滴较多，大量黑烟
UP⁃10	28.6	V0	无熔滴，较少黑烟
UP⁃11	29.7	V0	无熔滴，较少黑烟
UP⁃12	27.9	V1	无熔滴，较少黑烟
UP⁃13	28.7	V0	无熔滴，很少黑烟
UP⁃14	29.1	V0	无熔滴，很少黑烟
UP⁃15	29.3	V0	无熔滴，很少黑烟

表2 膨胀型阻燃剂不同配比阻燃UP燃烧特性

Tab.2 The effect of IFR with different mass ratio on the combustion performance of UP

图1 加入不同质量分数IFR后UP的黏度值

Fig.1 Viscosity of UP with different content of IFR

图2 ADP用量对IFR/UP树脂体系黏度的影响

Fig.2 Viscosity of IFR/UP system with different content of ADP

图3 IFR用量对IFR/UP复合材料力学性能的影响

Fig.3 Effect of IFR content on the mechanical properties of IFR/UP composites

图4 ADP用量对IFR /UP复合材料力学性能的影响

Fig.4 Effect of ADP content on the mechanical properties of IFR?ADP/UP composites

图5 UP?0、UP?5和UP?13在空气氛围下的TG和DTG曲线

Fig.5 TG and DTG curves of UP?0， UP?5 and UP?13 composites

样品

T_d/℃

T₁₀/℃

T₅₀/℃

残炭/

表3 UP?0、UP?5和UP?13样品空气氛围下TG和DTG分析数据

Tab.3 Thermal decomposition characteristics of UP?0， UP?5 and UP?13 composites

图6 马弗炉中UP?0、UP?5和UP?13在不同温度下保持15 min的照片

Fig.6 Photographs of UP?0， UP?5 and UP?13 at various temperature for 15 mins in a muffle furnace

图7 UP?0、UP?5和UP?13样品燃烧后残炭的SEM照片

Fig.7 SEM of char residue for UP?0， UP?5 and UP?13 composites

图8 UP及其复合材料燃烧后FTIR谱图

Fig.8 FTIR diagram of UP and its composites after burning

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