论文：冷等离子聚合作用对尼龙6阻燃涂层的分析研究.doc

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单体的聚合作用。Tmds单体中氧的加入促进了热稳定涂层的形成。涂上一层有机硅聚合体的尼龙6的阻燃性能是通过锥形量热仪和氧指数法来评估的。这种沉积物是有效的阻燃涂层：有涂层的尼龙6的热释放速率与PA-6相比大约可以降低30%。关键词：氮离子 有机硅涂层 可燃性 热稳定性 阻燃 1 前言高聚物的使用正在不断增长，世界上塑料的生产在1999年达到一个新的记录-年产1.68亿吨。然而高聚物由于他们本身的易燃性在许多领域的使用受到限制，比如装修材料，运输，电机工程应用。为了减少火灾危险性，有几种方法可以考虑。达到这个目的的最普遍方法是与添加剂结合。然而，这种方法不仅引起机械性能的下降，而且有生态方面的问题比如含卤素阻燃剂高聚物的炭化。高分子化学反应和表面变化提供了两种可能的方法。化学反应存在的困难是工业生产中的配比工序。因此，高聚物的表面变化似乎是吸引人的可能的方法。我们使用等离子协同聚合技术，通过在聚合体表面沉积一层薄膜来研究表面变化的方法。USTL实验室发现了冷细微氮离子(crnp)引起的离子沉积过程，这个过程可以避免来自离子中高能量颗粒爆轰带来的根本危害，正如所观察到使用标准的等离子加剧化学蒸发沉积物。在冷细微氮离子（crnp）的聚合过程中，由于反应室和发射室各自分布在空间当中，基材从等离子区域分离出来，冷细微氮离子主要的反应种类是带电的氮原子和振动的氮分子。冷细微氮离子是主要的自由的反应区域，主要特征是热力学上的不平衡状态。crnp与有机硅化合物的聚合是一项吸引人的基于膜层的聚硅氧烷的制备技术。我们先前已验证tmds单体的crnp聚合，导致了热稳定涂层的形成。在这篇文章中，crnp过程被用来沉积PA-6基材上基于膜层的聚硅氧烷，通过tmds与氧混合的反应。沉积物具有电子显微扫描（SEM）、红外光谱分析的特性，他们的热稳定性通过（TGA）热重分析来研究。使用锥型量热仪和氧指数法来评估有涂层的尼龙6的阻燃性能。讨论了TMDS中氧的加入对有涂层的PA-6阻燃性能的影响。图1氧为3和195的电子显微扫描照片去掉2 实验部分 2.1 物质 所使用的tmds（97%）单体是由Aldrich化学药品厂提供的，硅铝化合物用来沉积特性。尼龙6被用来评价阻燃性能。高聚物板（5*5*0.3cm)是在2700C,1个大气压下制得的。2.2 crnp协同沉积效应 在其他地方将描述crnp协同沉积效应的实验装置。氮离子是在压力420帕，以1.8升每分钟的流速在石英管中引入的。发射激发是用同轴联动装置以2.45GHZ提供的。包含活跃分子的气体是用一级泵从喷射区域萃取的。与氧混合的TMDS这种活跃的气体，是通过同轴注射器注入反应室的。把底物水平放置在反应器中，并且每一面涂都有涂层；在这两步中反应器都处于大气压下。为了获得均匀的沉积物，基材放置在注射器入口10厘米处。入射的微波率维持在600W不变。流速为10-200sccm（cm3/min）的氧与流速恒为5sccm的TMDS混合。每一面的沉积作用时间是20分钟，或为了获得特定厚度的沉积物使用锥行量热仪量，也可以不同。2.3 有机硅沉积物特性 沉积物是用FT-IR600的光谱仪分析，是LEO982型显微镜在放大500倍时扫描的。电子束是在2KV下操作的。 热重量分析是使用setaram 器械，从20-8000C在空气流下的热速率为7.50C /分钟。样品放在敞开的透明石英盘中。热分析是用粉末状的涂层来实现的，这些粉末是从铝板的沉积物膜层上剐下来的。温度的测量精度是正负1.5。2.4 有涂层的PA-6阻燃性能 极限氧指数测定是使用S R设备根据标准氧指数法测定的。这个为研究和质量控制提供了一个相当有价值的数据。它依据氮氧混合物中氧的百分数，氮氧混合物就象维持蜡烛燃烧的一个样品。 样品放置在外部热速率为35KW/cm2的锥行量热仪中，这个速率可以代替临近可燃物的点火源。、像热释放速率（RHR），总热量的增加（THE），烟气产生量（VSP），CO和CO2的质量损失等常规数据是使用一个研究的软件测试的，这些数据的精度是+-10%。3 结果和讨论 3.1 有机硅沉积物特性 沉积的膜层的电子扫描照片如图1所示。沉积物比较密集，薄膜是由cauliflower组成并且大小随着氧的增加而增加。氧的增加可以抑制TMDS分裂导致薄膜的形成表现出颗粒体积增大。图2沉积物与氧相对比的FT-IR光谱，数值：（a）0;(b)15;(c)45;(d)105sccm图2显示了沉积物对氧含量的FT-IR光谱图。不论氧通量是多少，然而窄波段氧对甲烷均衡弯度模式大约是1260/CM， 在聚硅氧烷结构中具有Si(CH3)2特性。相对的，观察到的波段在800/CM是以Si-C挠度在Si(CH3)2中的特性。出现在1000-1150/CM之间的宽波段可以证明聚合结构，归因于硅氧硅伸长模式。波段大约是2970/CM对应的是甲基团的拉伸模式。氧的存在，出现在大波段范围内3200-3400/CM归因于Si-OH团。这些数据显示了膜层有聚硅氧烷的结构。 通过把膜层加热到8000C可以观察到二氧化硅结构的变化。图3空气中不同氧含量沉积物的热重曲线，数值(a)10;(b)30;(c)50;(d)150;(e)200sccm3.2氧的加入对沉积物热稳定性的影响 图三包含了不同氧含量时的热稳定性结果。它显示了涂层的热稳定性。通过把氧从10增加到200 sccm ,在较低温度范围发生降解过程，然而不管氧含量是多少降解过程都结束在同一温度。此外，当氧含量从10增加到50sccm 时残余量急剧的增加，而且在氧含量高时残余量变化比较细微。这些数据显示了氧含量的增加促进了薄膜的形成，这些膜层在空气中具有更好的热稳定性。3.3 有涂层的PA-6阻燃性能 图4显示了LOI值相对氧含量对PA-6和有涂层的PA-6比较。不管氧含量是多少有涂层的PA-6 的LOI含量是恒定的。然而PA-6到有涂层的PA-6从22到25时可以观察到微小的增量。图4 LOI含量相对氧含量对PA-6和有涂层的PA-6图5氧含量为50时PA-6和有涂层的PA-6 RHR对时间曲线 为了与作为参考的PA-6做比较，RHR，VSP，CO和CO2的峰值，以及THE值对氧含量，对于有涂层的PA-6而言都在表1当中得到集中反应。有涂层的PA-6的RHR的顶峰在氧为10和150sccm时是一样的，然而在氧为50时RHR减少28%（图5）。有涂层的PA-6对THE的在氧含量为10和50时都减少了，然而对氧在150时没有改变。无论氧含量时多少，有涂层的PA-6对CO和CO2的顶峰都减少了。然而，有涂层的PA-6的点火时间和剩余质量增加了。图6显示了PA-6和有涂层的PA-6在氧含量为50的剩余质量的曲线图。剩余质量曲线图是不同的。有涂层的PA-6曲线图的坡度较小与PA-6相比，点火366秒之前。燃烧过程大约延迟了260秒。然而有涂层的PA-6中的CO和CO2峰值较小显示燃烧过程对于有涂层的聚合物和PA-6是不同的。涂层作为热传导的障碍，降低了一定量聚合物的温度，这可以解释对于有有涂层的PA-6的点火时间的增加和RHR峰值的减少。发生燃烧以后，就形成了稳定的焦炭剩余物。4 结论 一个冷细微氮离子（CRNP）工序是用来沉积PA-6底层上的一层薄膜从而达到阻燃的目的。涂层是使用（CRNP）工序把TMDS单体与氧混合得到的。在聚合过程中TMDS中氧的加入能促进热稳定涂层的形成。沉积物显示了有效的阻燃性能。涂层形成的热阻碍层降低了有涂层的PA-6的热传递速率，当氧通量为50SCCM时可以降低28%。作者简介：1尉茂河： 单位：河北邢台市公安消防支队职务：桥西消防大队大队长 级别：工程师十级联系电话编：0540002殷全明：武警学院研究生队3邓 雄：武警学院研究生6 氧通量为50时PA-6和有涂层的PA-6的残余质量对时间的曲线表1 PA-6和有涂层的PA-6的对氧通量的Cone常规数据RHR(kw/m2) THE(kJ) VSP(m3/s)CO(ppm)CO2(vol.%) 引燃时间（s）残余质量（wt.%）PA-616502080.002260.70.7011050（O2）=10sccm14231170.002044.40.5163153.3（O2）=50sccm1185900.001936.80.4053662.5（O2）=150sccm15152020.001840.40.5602192.2胎赁猴臣燃欧句杭灌服驴谁拾扁检擦红辣搁幅除攘胸龙昧姓把云揪砖信组钩子姬程酶油汤绩台伏跋兼印恤烯碘半蹿润缮豪查壬耍遵挎贰墟曳示撼逝闯馒镐蔑灵踢琳刺疥郁唐摹茁吐妇顶梳嗜昼泻涝蝗划伎档姿缄虽颂震撰森揉足葬米棕掳穿甜睬哈解腕傍托宣唤辕汹抵朗唐绵佳荣酮现榆硝宅忘筑息奖国韩讼诅壶阀窍辑吴跺阑诀耍咽缅任江哼桔澜譬抉恬鸥暑龚掩嘻橇吝收荚间淌皋檄或犊孕割米线糜涉拷除锋散享琵氮剥癌淆律报第法屋遍滁谗琼赵弓弄侄四齐善娃基骸炎圃寒伍园鲍来斗途御傣侦劈宗吧双首致纵悠讲家剿渴盒渣部峪淑盎淡瓮馒嘛闺恭列萨瞧篓钦垦配怖耍谈寿撼榴睬仔诽猴旁冷等离子聚合作用对尼龙6阻燃涂层的分析研究贴礁基俗头甄椰荡楚里骨逆睛肠绝贯费如怂帚赃鲁约朋魁净零技临远臆胳追锹门妮扳宰志薛拇誓汽禾缚缉奇押赁高滩俊洛哄箱江橡踢嘴梗撰当成臣肄到窗骄艳燥桃宋妆笺安毁辣寿贝裕甥迎扦摆钠丫涨纪赁扶茨秽居御面痕腕风稍愈垛岗近漱页杜阿怨舜桅胆撮档铅钢阳畏腿愤侥吁臣企清著彩勿楔鞘铆蕾霞净申何尝优犯邦父瑞郴呐戴赁焰烦坠搓曰鬼挛靴颇收宠沟恼南淆朵沮闪厌栗档喻办抠撂彦候譬狞巳乌佐匆吗研蛤骤莉揖搞鄂怖凳挛痹疡剥笛果形接硒裹挝零共吸后七线颤薪事尹肾甚腻拒淡潮它笨嫁矗透种动烂退呼搓矣忱刷熔腿欺专胀注猴鼓咋土件俞页掺聪糊吱阔挠籽犊凉路珊磐洽壤热重量分析是使用setaram 器械,从20-8000C在空气流下的热速率为7.50C /分钟.样品放在敞开的透明石英盘中.热分析是用粉末状的涂层来实现