【pabigot红酒】专题三聚氰胺纤维 金雨薇 学习翻译

Composites: Part B 43 (2012) 124–128

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Composites: Part B

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膨胀聚磷酸铵（APP）和三聚氰胺（MC）对环氧/玻璃纤维复合材料性能的影响

W.K. Patrick Lim , M. Mariatti ,⇑, W.S. Chow , K.T. Mar

马来西亚槟城14300Nibong Tebal大学工程学院材料和矿产资源工程学院b英特尔技术（M）SDN。Bhd.，11900Bayan Lepas，Penan g，马来西亚

文章信息

Article history:

Received 31 March 2011

Received in revised form 18 October 2011 Accepted 1 November 2011

Available online 10 November 2011

Keywords:

A. Polymer-matrix composites (PMCs)

B. Thermal properties

D. Thermal analysis

D. Mechanical testing

理论

膨胀聚磷酸铵（APP）和三聚氰胺氰酸盐（MC）等无卤阻燃剂对环氧/玻璃纤维复合材料可燃性和力学性能的影响 对现场系统进行了研究。总的来说，与MC相比，膨胀APP显示出更好的可燃性结果。在UL-94测试和LOI中，5vol.%APP的复合材料表现充分良好，而20 第%MC被要求达到类似的结果。将1vol.%MC添加到4vol.%APP中，表明复合阻燃性能有所提高。复合材料达到最大弯曲度 在15vol.%时，动态力学分析表明，阻燃剂的加入增加了储存模量，但不改变玻璃化转变温度TG。

© 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1. 引言

热固性环氧树脂由于其优越的电气、热和机械性能，在电气和电子工业中被广泛使用，或者与玻璃纤维一起使用。H 然而，由于所涉及的高热，较差的易燃性能限制了其在该领域的发展和应用[1]。除此之外，玻璃纤维可以引起烛芯 影响，其中燃烧的燃料通过毛细管作用转移[2]。这显著加快了聚合物底物的燃烧和分解速率..因此，阻燃 由于TS（FR）在减缓燃烧速率、减少烟雾排放、减少热发射和熄灭火焰等方面起着重要的作用，它成为一种必要的添加剂。例如，四溴二苯 己醇A（TBBA）是当今在印刷电路板（PCB）等电子产品制造中最广泛使用的卤化阻燃剂[3]。.然而，随着全球向绿色环境迈进，人们更倾向于使用无卤阻燃剂，而不是溴化二苯醚等选定的卤化阻燃剂 在特定条件下排放有毒二恶英的多溴联苯[4]。此外，还发现加入卤化FR可降低热稳定性和玻璃的传递性 关于电子应用基板的温度，TG[5]。目前有许多无卤FR，即金属水合物、氮基、磷基和膨胀型 类型。

⇑ Corresponding author. Tel.: +60 4 5995262; fax: +60 4 5941011.

E-mail address: (M. Mariatti).

在最古老的阻燃剂中，氮（N）型是环保添加剂。由于它们的高分解性，它们很容易与聚合物一起回收利用 关于温度[6]。氮基的例子是三聚氰胺及其盐衍生物，如三聚氰胺氰尿酸盐（MC）。MC在加热时分解为三聚氰胺和氰酸盐化合物.这是吸热的 过程导致散热器，有助于灭火[7]。同时，分解过程释放出氨等气体，从而稀释t中的氧气浓度 他包围并随后在火焰中[8]。相比之下，多年来磷（P）型也因其在焚烧过程中释放无害副产品而受到欢迎[9]

近年来，膨胀型阻燃剂因其固有的灭火能力而受到广泛关注。用于 描述为膨胀的FR，t的材料 需要主要成分，酸源，碳化剂和发泡剂[1]。酸源分解生成矿物酸，碳化剂通过脱水形成焦炭 碳化，发泡剂产生气体泡沫。这些泡沫将作为材料抵御外部热和火灾的保护屏障[10，11]。

在本研究中，我们旨在评估膨胀APP和MC阻燃剂对电子包装应用的影响..据我们所知，应用程序是环氧树脂的有效FR，但MC有蜜蜂。 通常只用于聚酰胺热塑性塑料。没有对这两个FRS和它们在环氧/玻璃纤维基体中的杂化。本文由两个阶段组成。第一阶段包括对两个FRs各自的特性进行评估，而第二阶段则决定EF 从APP和MC混合在此衬底上的影响。

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[1] posites. Composites Part B 2008;39(6):933–61.

2.实验

2.1材料

阻燃剂Budit3159膨胀聚磷酸铵（APP）和Budit315E三聚氰胺氰酸盐（MC）由BrightechSupply（M）SDN提供。Bhd.该应用程序的平均粒径d50为5 密度为1.90g/cm3的1磅。同时，MC的平均粒径为1.8lm，密度为1.63g/cm3。来自Hexion的环氧EPON8281和来自巴斯夫的聚醚胺BaxadurEC301是u 分别作为树脂和固化剂。还使用线性密度为200g/m2的E型机织玻璃纤维来增强复合材料。

2.2.加工与配方

环氧树脂首先与阻燃剂一起超声处理约10分钟，在24kHz和50%振幅下使用HielscherUP200S超声器。然后在MI中加入固化剂 再次超声5分钟。然后，在室温下，将混合物置于真空烘箱中约20分钟，以去除气泡。 并且被镶嵌成两层编织的玻璃纤维。在真空装袋之前，将树脂逐层涂在机织玻璃纤维上。复合材料在室温下固化18h， 在80°C下再烤2小时。样品的命名根据配方EAPx和EMCy。对于混合体系，配方为EAPx-MCy..x和y表示使用i的FR装载 n vol.%。标准环氧/玻璃纤维复合参考样品命名为EG。对于混合复合材料，将使用的FR总量固定在5vol.%。两种不同比例的FR混合系统 采用TEM进行比较，即80%APP-20%MC和50%APP-50%MC.

2.3. 特性描述

固化后的样品进行UL-94垂直燃烧和限制氧指数（LOI）火焰测试程序..对于UL-94火焰测试，尺寸为127毫米13毫米1的矩形样品.将7毫米垂直放置在火焰室中。在样品底部施加两次可见火焰10s，按灭火时间隔开..样品为特征 根据火焰熄灭、滴落和发光时间所需的时间，将其定义为V-0、V-1或V-2。根据ASTM D-2863进行LOI测试，使用尺寸为 12毫米13毫米1.7毫米只有受控的、最低的（5vol.%）和最高负荷（20vol.%）的FR被选择性地使用LOI进行测试，以确保其符合UL-94测试结果。

用热重分析（T GA，Pyris6，PerkinElmer）对FR、其杂化体系和复合样品的热稳定性进行了表征。样本 将10~15mg的重量插入锅中，在N2气体下，流速为20mm/min。样品从室温加热到700°C，加热速率为10°C/min。初步分解i 从分解曲线中得到了温度、T5、积分过程分解温度（IPD T）、分解速率和剩余残基。为了获得IPD T值， 图中的热图。1分为三个主要区域。曲线的面积比和系数每个面积都是根据EQ计算的。（1）和（2）.然后根据Eq计算IPDT。（3）[12].

其中A是TGA热图曲线的总实验曲线的面积比，K是A的系数，Ti是初始实验温度，Tf是最终实验温度 是的。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）模型ZeissSupra35VP研究了复合材料的断口形貌。样品为镀金镀层bef 矿石观察以提高电导率。

使用Instron3366根据ASTMD-790在23°C下测定弯曲性能..支撑跨度长度固定在50mm，变形速率固定在10mm/min。動力機械支柱 采用动态力学分析（PerkinElmerDMA8000），在3点弯曲模式下测定了环氧/玻璃纤维/FR复合材料的性能。尺寸为50毫米5毫米1.7毫米的样品是热的 从室温到130°C，升温速率为10°C/分钟。频率设置为1Hz，振幅设置为0.01mm.

3.结果和讨论

表1根据UL-94标准和LOI描述了复合材料的易燃性结果。在UL-94中，LOI为21%，没有任何额定值，参考环氧/玻璃纤维（E G）组成 事实证明，ITE在环境条件下很容易燃烧。应用程序的复合材料在阻燃性能方面表现更好，在低负载5vol.%和5vol.%时达到V-0状态，并且20vol.%为了进一步区分性能，EAPP5获得了26%的LOI读数，而EAPP20获得了48%。对于被归类为自熄灭材料的材料，最低LOI为2 需要达到6%[5，13]。巨大的差异意味着应用程序在更高的负荷下灭火的更好的能力。相比之下，除EMC20外，填充MC的复合材料未能达到 在UL-94测试下达到任何评级。EMC20设法达到V-0等级，LOI为28.2%。应用程序所显示的更好的易燃性能可能是由于其促进焦炭的机制。 增强了泡沫屏障的形成。另一方面，MC主要运行在散热器和氧气稀释过程中，在去除热量方面效率较低。別人 这两种FR的分解行为都可以在图中看到。2，其中观察到APP按三个阶段分解为剩余的字符，而MC只记录了一个分解阶段，其中它r 释放氨和二氧化碳气体。这些气体会稀释周围火焰区域的氧气气体浓度，从而抑制火焰扩散[8]。

表一：

对于5vol.%FR的杂化复合材料，EAPP4-MC1达到V-0状态，LOI为27.8%，而EAPP2.5-MC2.5的V-1等级为25.8%。与Wi相比，EAP4-MC1的LOI值较高 由于其较高的APP含量，EAPP2.5-MC2.5被期望，这有助于更有效的性能。然而，在仅添加1vol.%MC的情况下，EAPP4-MC1的LOI记录显示出更好的p值。 比EAP5更有效。与EMC5相比，EAP2.5-MC2.5也取得了更好的效果。混合易燃性的提高代表氮磷（N-P）协同作用，其中MC产生不燃 氮气，可以进一步膨胀和膨胀形成的焦炭。这些膨胀的炭，作为冷凝相的热障，可以通过防止接触来提高其性能 气体燃料和热量来自聚合物树脂[6，14]。然而，这种协同效应是部分的，仅限于一些组合物，如EAP4-MC1，因为LOI优于E。 APP5和EMC5。这两种FR之间的混合机制如图所示。因此，值得注意的是，这两种化合物都比APP或MC分解得早得多。它也被怀疑 加入少量的MC可以提高焦炭产率，因为混合化合物（APP80-MC20）的残差甚至比APP本身高约8%。

环氧/玻璃纤维/FR复合材料的分解行为如表2所示。值得注意的是，所有测量到100°C的复合样品的水分含量都低于 1%，这对于电子应用是必不可少的。T5显示了分解发生的温度，直到5wt.%的复合材料丢失。它也是一个明显的t 复合材料的热稳定性。积分过程分解温度（IPD T）根据树脂的挥发性成分来衡量树脂的固有热稳定性。In gen 随着FR的加入，环氧/玻璃纤维复合体系的热稳定性降低。随着MC的加入，热稳定性只略有下降，而APP则略有下降。 将热稳定性降低到约325°C。应用程序填充样品的T5较低，但IPDT较高，残留含量在700°C。由于应用程序中存在磷酸盐基团，它决定 在相对较低的温度下形成耐热焦炭，可延缓环氧树脂的分解速率[12，14]。较高的IPDT也意味着这种组合的潜在用途。 在高温下。另一方面，MC不能改善焦炭形成行为，会产生较低的残留量[15]。与MC填充的样品一样，混合FR记录了一个巨大的DR 与未填充复合材料（E G）相比，IPD T值中的OP。较低的IPD T值意味着MC大大增加了树脂的有机分数，因为存在更多的挥发性c。 ompositions.应用程序

具有形成字符的能力，显示出比MC更高的IPDT。这些焦炭可以被定性为非挥发性部分..吴等人[12]报告了类似的结果，即添加磷a 三聚具有形成字符的能力，显示出比MC更高的IPDT。这些焦炭可以被定性为非挥发性部分..吴等人[12]报告了类似的结果，即添加磷a 三聚氰胺基团降低了环氧树脂的IPDT。复合材料的弯曲性能见表3..结果表明，FR的加入增加了弯曲强度。 和模量。然而，强度和模量都达到峰值在15vol.%，然后略有下降在20vol.%。高载荷下的强度

较差是由于分散性差造成的。 环氧树脂与环氧基体之间的相互作用。如表3所示，EAPP4-MC1相对于EAPP5和EMC5具有更高的抗弯强度。这可以归因于产生的较低的空隙 如图所示的环加工。3.图3显示了环氧/玻璃纤维/FR复合材料样品断口的SEM显微照片。FR拉出是氰胺基团降低了环氧树脂的IPDT。复合材料的弯曲性能见表3..结果表明，FR的加入增加了弯曲强度。 和模量。然而，强度和模量都达到峰值在15vol.%，然后略有下降在20vol.%。高载荷下的强度较差是由于分散性差造成的。 环氧树脂与环氧基体之间的相互作用。如表3所示，EAPP4-MC1相对于EAPP5和EMC5具有更高的抗弯强度。这可以归因于产生的较低的空隙 如图所示的环加工。3.图3显示了环氧/玻璃纤维/FR复合材料样品断口的SEM显微照片。FR拉出是在这些显微照片中很明显。这证明了FR与环氧树脂之间的附着力很差，很弱，从而导致FR颗粒从树脂中脱粘。此后 形成空隙，削弱了复合材料[16-18]。图显示聚合物链从玻璃态到橡胶平台态的转变。在动态运动下，FRenh的加入 在玻璃区增加了存储模量（E0）。表1显示，APP填充复合材料比其对应的MC具有更高的E0。EAPP20的E0值比EAPP20的E0值高42.5%左右。 参考样品，EMC20增益为30.7%。然而，EPP4-MC1的E0最高，与参考样品相比增加了54%。在图中5、玻璃化转变温度Tgw 从每个tand曲线的峰值导出。一般情况下，随着FR的加入，环氧/玻璃纤维复合材料的TG没有变化。

4.结论

无卤阻燃剂应用程序和MC是有效的预防火灾事故，而不损害环氧/玻璃纤维复合材料的力学性能。结果发现只有5% 在APP中，需要表现出自熄灭行为，而20vol.%的MC需要达到类似的阻燃性能。同时，EAPP4-MC1的阻燃性能也有所提高。 生产更多的残余焦炭。应用程序产生焦炭的能力降低了初始分解温度，但增加了IPDT和

剩余含量。所得复合材料的TG 从DMA结果没有明显的变化。总之，本研究证明了无卤纤维在环氧/玻璃纤维中实现实质性易燃性能的能力 复合材料，不显著影响力学性能和热性能。

W.K. Patrick Lim et al. / Composites: Part B 43 (2012) 124–128

感谢

作者感谢英特尔技术（M）的英特尔研究金和英特尔研究赠款（编号）。：6050175）.作者谨向大学表示感谢 马来西亚Sains提供研究生研究大学赠款（编号。：8033031）.我们感谢BrightechSupply（M）S DN。Bhd.以及布登海姆提供阻燃剂。

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