1、2 0 2 3,3 5(4)MO D E R NP L A S T I C SP R O C E S S I N GAN DA P P L I C A T I ON S试验研究收稿日期:2 0 2 3-0 2-1 0;修改稿收到日期:2 0 2 3-0 5-0 8。作者简介:杨馥瑜,本科,主要从事阻燃高分子材料研究工作。*通信联系人,李秀云,博士,副教授。E-m a i l:l i x i u y u n_2 0 0 21 6 3.c o m。玻璃纤维增强聚不饱和磷酸酯成型工艺及性能杨馥瑜 任玲莹 徐佳欣 王晨辰 刘黄瑞 李秀云*(西南科技大学材料与化学学院,四川 绵阳,6 2 1 0 1 0
2、)摘要:以不饱和磷酸酯(U P E)与玻璃纤维(G F)为原料,利用层压成型工艺制备了聚不饱和磷酸酯(P U P E)/G F复合材料,采用差示扫描量热仪分析了P U P E的固化过程,研究了G F/P U P E质量比、G F铺层层数以及热压压力对P U P E/G F复合材料力学性能和阻燃性能的影响。通过热重分析仪研究了P U P E与P U P E/G F复合材料的热稳定性。结果表明:P U P E/G F复合材料最佳成型工艺参数为热压温度1 2 0、热压压力1 0.0MP a、G F/P U P E质量比1 0/1 1、G F铺层层数1 9层、固化时间2 0m i n,制得的P U P
3、 E/G F复合材料具有良好的力学性能,拉伸强度与弯曲强度分别达到了1 7 1.7MP a和8 4.8MP a,同时具有优异的阻燃性能,且P U P E/G F复合材料在高温下的热稳定性明显提高。关键词:聚不饱和磷酸酯 玻璃纤维 层压成型 力学性能 阻燃性能D O I:1 0.1 9 6 9 0/j.i s s n 1 0 0 4-3 0 5 5.2 0 2 3 0 0 1 6M o l d i n gP r o c e s sa n dP r o p e r t i e so fG l a s sF i b e rR e i n f o r c e dP o l y u n s a t u
4、r a t e dP h o s p h a t eE s t e rY a n gF u y u R e nL i n g y i n g X uJ i a x i n W a n gC h e n c h e n L i uH u a n g r u i L iX i u y u n(S c h o o l o fM a t e r i a l sa n dC h e m i s t r y,S o u t h w e s tU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,M i a n y a n g,S i c h
5、 u a n,6 2 1 0 1 0)A b s t r a c t:U s i n gu n s a t u r a t e dp h o s p h a t ee s t e r(U P E)a n dg l a s sf i b e r(G F)a sr a wm a t e r i a l s,p o l y u n s a t u r a t e dp h o s p h a t ee s t e r(P U P E)/G Fc o m p o s i t e w a sp r e p a r e db yl a m i n a t i o nm o l d i n gp r o c
6、 e s s.T h ec u r i n gp r o c e s so fP U P E w a sa n a l y z e db yd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y.T h ee f f e c t so fG F/P U P E m a s sr a t i o,G Fl a y e rn u m b e ra n dh o tp r e s s i n gp r e s s u r eo nt h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n df l a
7、 m er e t a r d a n c y o fP U P E/G Fc o m p o s i t ew e r es t u d i e d.T h e t h e r m a l s t a b i l i t i e so fP U P Ea n dP U P E/G Fc o m p o s i t ew e r es t u d i e db yt h et h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y z e r.T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a lm o l d i n g
8、p r o c e s sp a r a m e t e r s f o rP U P E/G Fc o m p o s i t ea r eh o tp r e s s i n g t e m p e r a t u r eo f 1 2 0,h o tp r e s s i n gp r e s s u r eo f 1 0.0MP a,G F/P U P Em a s s r a t i oo f1 0/1 1,G Fl a y e rn u m b e ro f1 9l a y e r sa n dc u r i n gt i m eo f2 0 m i n u t e s.T h e
9、o b t a i n e d P U P E/G Fc o m p o s i t eh a sg o o dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s,w i t ht e n s i l es t r e n g t ha n db e n d i n gs t r e n g t hr e a c h i n g1 7 1.7 MP aa n d8 4.8 MP a,r e s p e c t i v e l y.I ta l s oh a se x c e l l e n tf l a m er e t a r d a n c y,a n dt h
10、 et h e r m a ls t a b i l i t yo fP U P E/G Fc o m p o s i t e i ss i g n i f i c a n t l y i m p r o v e da th i g ht e m p e r a t u r e.K e y w o r d s:p o l y u n s a t u r a t e d p h o s p h a t ee s t e r;g l a s sf i b e r;l a m i n a t i o n m o l d i n g;m e c h a n i c a l p r o p e r t
11、y;f l a m er e t a r d a n c y 近年来,阻燃剂以及阻燃材料的生产研发和市场应用得到飞速的发展1。二十世纪三四十年代,使用卤素阻燃剂处理过的材料燃烧时,会产生多种致癌物2,对人们的生命安全和环境造成严重影响。八十年代之后人们意识到研究无卤阻燃体系的重要性3。磷系阻燃剂作为一种反应型阻322 0 2 3年8月2 0 2 3,3 5(4)MO D E R NP L A S T I C SP R O C E S S I N GAN DA P P L I C A T I ON S燃剂,由于其具有低毒和环境友好等特点,因而比卤素阻燃剂更受欢迎。而且由于添加型阻燃剂会导致力学性
12、能下降,所以反应型阻燃剂逐渐成为当前研究环保型阻燃材料的主流4。玻璃纤维(G F)因其价格低廉、机械强度高、不易点燃等特点5,被广泛用作聚合物的增强材料。国内对G F复合材料的研究越来越多,且被广泛应用于航空航天、基础设施等领域6。G F增强复合材料的成型工艺主要有手糊成型、模压成型、层压成型等。不同成型工艺制备过程中树脂含量不同,最终制备的材料会有很大差异,可根据制备材料的性 能、复 杂 程 度 等 选 择 合 适 的 成 型 工 艺。L i uHL等7合成了一种不饱和磷酸酯(U P E),制备了一系列聚不饱和磷酸酯(P U P E)及其复合材料,达到了良好的阻燃性能。在此基础上研究了P U
13、 P E/G F复合材料的成型工艺条件,以提高复合材料的力学性能。1 试验部分1.1 主要原料及仪器设备磷酸三乙酯(T E P),对甲苯磺酸(T s O H),均为成都市科龙化工试剂厂;乙二醇(E G),甲基丙烯酸(MA A),偶氮二异丁腈(A I B N),均为成都市科隆化学品有限公司;G F,四川东材科技集团股份有限公司。热重分析仪(T G),S T A 4 4 9 F 5,差示扫描量热仪(D S C),D S C 2 1 4,均为德国耐驰仪器制造有限公司;水平垂直燃烧测试仪,S C Z-3,南京方分仪器有限公司;极限氧指数(L O I)测定仪,J F-3,南京炯雷仪器设备有限公司;万能试
14、验机,E TM 1 0 4 C,深圳万测试验设备有限公司。1.2 P U P E与P U P E/G F复合材料的制备根据文献 8 合成了U P E单体,并用相同工艺制备了P U P E。P U P E/G F复合材料的制备过程:在U P E单 体 溶 液 中 加 入 质 量 分 数0.5%A I B N,在6 0下搅拌待A I B N完全溶解于U P E溶液中进行本体聚合,将裁剪好的G F布在U P E溶液中充分浸润后,铺设在预备好的模具中,置于8 0电热鼓风烘箱中进行预固化2 0m i n,然后在1 2 0和1 0.0M P a下进行后固化。固化结束后,取出模具,等待自然降温后,脱模,得到
15、P U P E/G F复合材料。1.3 性能测试与表征D S C分析:氮气气氛,升温速率1 0/m i n,测试温度为2 51 5 0。T G分析:氮气气氛,升温速率1 0/m i n,测试温度为室温8 0 0。拉伸性能按照G B/T1 4 4 72 0 0 5测试;弯曲性能按照G B/T3 3 5 62 0 1 4测试;垂直燃烧测试按 照G B/T 2 4 0 82 0 2 1进 行;L O I按 照G B/T2 4 0 6.22 0 0 8测试。2 结果与讨论2.1 P U P E固化工艺分析P U P E的D S C分析见图1。由图1可知,随着温度升高出现了单峰,表明P U P E的聚合
16、反应为放热反应。固化放热开始温度为8 01 0 0,随后在1 2 0左右达到峰值。选择8 0作为预固化温度,以使预固化更加可控,1 2 0 作为热压成型温度,以使复合材料快速成型。图1 P U P E的D S C分析2.2 成型工艺对P U P E/G F复合材料力学性能影响2.2.1 G F/P U P E质量比对复合材料力学性能影响预固 化 时 间2 0 m i n下,选 取1 0/8,1 0/9,1 0/1 0,1 0/1 1,1 0/1 2不同质量比的5种P U P E/G F复合材料,在热压温度1 2 0 下,研究G F/P U P E质量比对P U P E/G F复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响,结果见图2和表1。表1 G F/P U P E质量比对复合材料弯曲性能的影响G F/P U P E质量比弯曲强度/MP a弯曲模量/MP a1 0/86 8.115 3 71 0/97 3.014 7 21 0/1 07 7.217 4 11 0/1 18 6.020 7 51 0/1 26 5.59 6 4 由图2和表1可知,随着P U P E含量增大,P U P E/G F复合
