摘要
聚碳酸酯(PC)强度高、抗冲击、耐疲劳、耐磨、耐老化，被广泛用于汽车制造、航空航天、医疗器械等多个领域。但其燃烧时易熔融滴落且产生大量有毒烟气，火灾危险性大。针对上述问题，本论文合成了六(5-仲氨基-2-萘磺酸钠)环三磷腈阻燃剂(N-P-S协效阻燃剂)，并将其与两种商用阻燃剂全氟丁基磺酸钾(PPFBS)和苯基硅树脂(PSR)分别用于PC的阻燃处理。研究了PC及其三种阻燃复合材料在不同升温速率、环境热辐射通量下的热解及燃烧特性;分析各阻燃剂的阻燃性能及阻燃机理;建立PC复合材料火安全性能综合评价层次分析模型。具体研究内容如下: 1.通过取代反应合成了一种新型N-P-S协效阻燃剂，并将其与商用阻燃剂PPFBS和PSR分别与抗滴落剂复配用于PC的阻燃处理。当N-P-S、PPFBS和PSR的添加量分别为0.3wt％、0.1wt％和3wt％时，PC的阻燃性能最佳。 2.基于热解动力学理论，研究了PC及其阻燃复合材料在不同升温速率下的热解特性。通过计算拟合可知，所有样品的热解机理均为随机成核和随后生长机理，满足Aevrami-Erofeev(A2)方程，反应级数为1/2。结果证明，N-P-S协效阻燃剂能够增大材料的初始分解温度和残炭量，并使活化能值始终保持在较高水平;PPFBS阻燃剂在各方面均表现出促进基体热解的作用;PSR阻燃剂由于迁移效应，在低升温速率下会促进样品分解，而高升温速率下则相反。 3.通过锥形量热燃烧测试得到了不同阻燃体系在不同热辐射强度作用下的燃烧特性。在对实验数据进行拟合后可以判断PC及其阻燃复合材料符合热厚型材料模型。其中，N-P-S协效阻燃剂能够在一定程度上降低PC的产烟量和热释放速率峰值，并显著推迟材料CO总释放量到达极值的时间;PPFBS能够有效减少25kW/m2辐射通量下PC燃烧产生的热释放和毒性气体，却在高辐射通量下有助燃的作用;PSR在降低热释放和抑制烟气毒性等方面均有突出效果。 4.基于层次分析法，建立二级PC复合材料火安全性能综合评价体系(包括6个一级指标和22个二级指标)。得到的PC及其阻燃复合材料火安全性由高到低排序为:PSR阻燃样＞N-P-S协效阻燃样＞PPFBS阻燃样＞PC纯样。揭示了N-P-S、PSR、PPFBS阻燃剂对PC材料火安全性能的影响规律。 本研究在对最佳添加量下三种PC阻燃体系的热解和燃烧影响规律进行分析后，将测试结果代入建立的综合评价体系比较得到:N-P-S协效阻燃剂在抑制引燃、火蔓延和烟气毒性方面较PPFBS具有突出优势，但在成炭和减少烟气产量等方面相比PSR仍需提高。
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