Page 72 - 《橡塑技术与装备》2024年1期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

锥形量热法测试后的炭层表面、截面喷金，利用
扫描电镜 ( 日立 S-4700) 进行观察。
（4）红外分析
在不同温度下处理的 PP/APP/CFA 复合材料采用
溴化钾压片，利用 Nicolet Avatar360 傅立叶红外光谱
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仪测试，扫描范围 4 000~400 cm 。

2 结果与讨论
2.1 阻燃 PP 的热稳定性
表 1、图 1、图 2 为原料 PP 和 PP/APP/CFA 三元
复合材料的热失重数据和相应曲线。可以观察到，PP
原料在 280~450 ℃的区间内只有一个热分解阶段。与 图 2 PP/APP/CFA 三元复合材料的导数热重分析线
此同时，该原料的热分解速率 (DTG) 曲线在 340.5 ℃
处 出 现 一 个 最 大 热 分 解 峰， 且 在 600 ℃ 时 几 乎 无 残 2.2 PP/APP/CFA 阻燃体系的燃烧参数
图 3 展示了 PP/APP/CFA 阻燃体系的热释放速率
炭。PP/APP/CFA 三元复合阻燃体系初始分解温度较
（HRR）随时间的变化曲线，HRR 曲线可以反映材料
PP 的分解温度有所提高，大约为 20~50 ℃，其热分
火灾的强度和火势的蔓延速度。从 HRR 数据变化来看，
解过程主要在 300~600 ℃区间，首先是阻燃剂分解过
原料 PP 在 72 s 时被点燃，HRR 很快达到最大值 924
程，随着温度的升高原料 PP 开始分解，最大失重率
2
kW/m ，该曲线只有一个较为尖锐的峰。随着阻燃剂
较 PP 的明显降低，其中加入 28%( 质量分数 ) 阻燃剂
时，最大热降解速度由原料 PP 的 15.12%·min -1 降至 的加入，PP/APP/CFA 三元复合阻燃体系的 HRR 逐渐
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5.03%·min ，降幅达到 66.73%。在 600 ℃时的残炭 减小，最大热释放速率（PHRR）明显的降低。如由
2
PP/APP/CFA32 的 PHRR 为 88 kW/m ，与原料 PP 的
量明显增加，随着阻燃剂用量的增加，残炭量逐渐增
2
PHRR(924 kW/m ) 相比，下降了 90%。PP 在降解时
大。实验表明阻燃剂的加入不仅能有效地起到了提高
会生成大量的易燃低聚物，因此表现出较大的 PHRR。
原料 PP 热稳性的作用，而且能够有效促进原料 PP 成
而 PP/APP/CFA 三元复合材料中的阻燃剂在分解时会
炭，进一步提高阻燃 PP 的阻燃效果。
生成一些诸如 H 2 O、磷化合物、NH 3 和 N 2 等气体或者
表 1 PP/APP/CFA 三元复合复合材料的热分析数据
样品编号 T 5% /℃ R max /%·min -1 T max/ ℃ 炭化率 /% 其他不燃性产物，它们既可以稀释可燃性挥发物，也
PP 270.8 15.12 340.5 - [4]
PP/APP/CFA20 288.0 6.28 383.6 4.55 可以起到降低燃烧区温度的作用 。同时，阻燃剂分
PP/APP/CFA24 294.6 6.09 376.5 9.39 解时会生成膨胀炭层，起到阻隔作用，降低基体树脂
PP/APP/CFA28 296.8 5.03 369.2 17.88
PP/APP/CFA32 318.6 5.30 390.7 24.21 的降解速率。所以，PP/APP/CFA 三元复合材料比原
料 PP 具有更低的 PHRR。结合表 2 中 PP/APP/CFA
三元复合阻燃体系的燃烧参数可以看出，阻燃体系达
到 PHRR 的时间明显延迟，平均热释放速率（AHRR）
明显减小，说明阻燃剂的加入使阻燃 PP 的燃烧速度
明显降低，而且降低了 PP 燃烧时放出的热量。主要
是由于 PP/APP/CFA 三元复合阻燃体系在燃烧初期形
成了膨胀型的炭层，阻隔了氧气和热量的传递，对下
层基体树脂起到了保护作用，延缓了阻燃材料的燃烧，
从而表现出达到 PHRR 的时间延长，AHRR 减小。
从表 2 可以看出 PP/APP/CFA 三元复合材料的点
燃时间（TTI）减小，根据文献报道 [5~6] ，受热后的聚
丙烯，热量易于传递，导致材料表面的热量减少，从
图 1 PP/APP/CFA 三元复合材料的热重分析曲线

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·26· 第 50 卷 第 期