论文部分内容阅读
聚醚醚酮(PEEK)由于其优异的力学性能、耐溶剂性能、耐高温性能、电绝缘性能等,在众多行业得到了广泛应用。虽然PEEK具有较高的极限氧指数、V-0的垂直燃烧测试等级,但PEEK材料尤其是取向材料,包括纤维、织物、薄膜等,遇到火灾时,易发生熔融滴落。这种通过表面质量损耗带走热量和火种的遇火反应,不仅将更多的材料暴露的火焰中,而且会产生二次灾害,这很大程度限制了相关材料的应用范围及领域,阻碍了PEEK材料的进一步发展。因此针对PEEK阻燃改性具有重要的研究意义。本文采用膨胀阻燃体系解决PEEK的熔滴问题。为了满足其较高的加工温度,选择以纳米碳酸钙(nCC)和八苯基笼型倍半硅氧烷(OPS)作为膨胀阻燃剂。通过熔融共混、高温热压等方式,将两种纳米阻燃剂引入PEEK树脂基体中,制备得到PEEK阻燃复合材料,并对其进行了扫描电镜、能量色散X射线光谱、锥形量热、热重分析、质谱分析、力学拉伸等测试,分析在10 wt%的添加量下不同配比对复合材料的影响,建立有效的PEEK阻燃体系。在该体系基础上,将nCC和PEEK熔融共混、熔融纺丝制备复合纤维,再将OPS和磺化PEEK混合溶液对纤维进行上浆,制备PEEK阻燃纤维材料,并对其进行毛细管流变、SEM、差示扫描量热、TGA、纤维拉伸、极限氧指数等测试,得到适用于PEEK纤维材料的加工条件和阻燃改性工艺。本研究表明,将nCC和OPS按照10 wt%的添加量制备得到的PEEK阻燃复合材料,依然保持了较优的力学性能。当两者配比为1:1时,材料的综合性能最优。在高温下,复合材料具有更优的热稳定性和耐氧化性。遇火时,表现出优异的阻燃和抑烟性能。两种纳米阻燃剂在气相和凝聚相均起到阻燃效果。nCC分解吸热,分解产生二氧化碳膨胀碳层、稀释可燃气体,OPS可在碳层表面形成高稳定和耐氧化的硅氧碳层。同时,两者存在着协同作用;以nCC与OPS为阻燃剂的PEEK基协效纳米阻燃体系成功建立。PEEK阻燃纤维的制备与性能研究表明,nCC的添加量在1 wt%-5 wt%的范围内,PEEK复合纤维具有较好的加工稳定性;加入量为3 wt%-5 wt%时,对PEEK纤维结晶影响较小,保持原有的力学性能;nCC含量越高,促进纤维碳化作用越强,其在800℃具有更优的热稳定性。从阻燃性能测试可知,以nCC与OPS为阻燃剂的PEEK基协效纳米阻燃体系,同样适用于PEEK纤维材料。该阻燃体系成功解决了PEEK材料遇火熔滴的问题,拓展了PEEK材料在本质阻燃材料领域的应用。