張 玲任癸林宿 芃張軍華房軼群

（1. 東北林業(yè)大學(xué)木制新型材料教育部工程研究中心，黑龍江 哈爾濱 150040；2. 江蘇肯帝亞木業(yè)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212314）

木塑復(fù)合材料（WPC）是植物纖維與塑料經(jīng)過(guò)復(fù)合制成的一種新型綠色環(huán)保復(fù)合材料[1-3]，植物纖維可來(lái)自廢舊的木材、刨花、秸稈、稻殼[4]等，塑料可以是回收再利用的廢舊塑料。作為一種新型綠色環(huán)保材料，WPC 越來(lái)越受歡迎，其被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、建筑行業(yè)、包裝等領(lǐng)域[1-3,5-7]。WPC 結(jié)合木粉和塑料兩者的優(yōu)勢(shì)[8]，具有原木特有的木質(zhì)感，良好的機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性等眾多優(yōu)點(diǎn)[9]。由于木材和塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其對(duì)火焰非常敏感，因此提高材料的阻燃性能非常必要[10-12]。

阻燃木塑復(fù)合材料常用的方法是在WPC 中添加阻燃劑，如聚磷酸銨[13]，金屬氫氧化物[14]，可膨脹石墨[15]等。作為磷系阻燃劑的代表，9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）分子結(jié)構(gòu)中含有的P-H 鍵，對(duì)烯烴、環(huán)氧鍵和羰基極具活性，可反應(yīng)生成許多衍生物。DOPO 及其衍生物因其高效阻燃、環(huán)保且價(jià)格適中等特點(diǎn)，使其在阻燃聚合物中得到快速發(fā)展[16-18]。納米阻燃劑不損傷材料的物理性能，且在調(diào)控材料燃燒殘余炭層結(jié)構(gòu)，降低熱釋放速率有明顯的優(yōu)勢(shì)?；\型倍半硅氧烷（POSS）是1 種新型的納米級(jí)三維分子水平的有機(jī)/無(wú)機(jī)分子內(nèi)雜化物，分子結(jié)構(gòu)為Si—O—Si 鍵構(gòu)成的無(wú)機(jī)內(nèi)核和環(huán)繞四周的有機(jī)官能團(tuán)R 所形成的外殼，具有無(wú)機(jī)材料熱氧化穩(wěn)定性高和優(yōu)異的力學(xué)性能，并兼顧有機(jī)材料的易加工、韌性好等特點(diǎn)[19]。POSS 特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)也使其應(yīng)用在阻燃領(lǐng)域[20-21]。多種阻燃元素復(fù)配阻燃和協(xié)效阻燃成為阻燃的發(fā)展趨勢(shì)[6,9]，結(jié)合DOPO及其衍生物可分解產(chǎn)生含氧磷酸促使材料脫水炭化[16]，同時(shí)POSS 分解產(chǎn)生的二氧化硅顆?？筛采w在材料表面[19]，使含P 元素的DOPO及其衍生物與含Si 元素的POSS 進(jìn)行復(fù)配，可發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生阻燃協(xié)同作用。DOPO 衍生物及POSS 用于木塑復(fù)合材料的研究鮮有報(bào)道，如果將兩者協(xié)同用于WPC 的阻燃，利用POSS 分解產(chǎn)生的二氧化硅顆粒增強(qiáng)DOPO 及其衍生物催化形成的炭層的質(zhì)量和強(qiáng)度，進(jìn)而起到更好的阻隔保護(hù)材料本體的作用，將對(duì)阻燃有著積極的作用。

基于提高木塑復(fù)合材料的阻燃性能，同時(shí)改善材料的力學(xué)性能，本研究合成八氨丙基POSS（OA-POSS）及DOPO 衍生物（DPA），然后通過(guò)熔融共混和熱壓成型的方式制備含有DOPO，DPA，POSS 及DPA 與POSS 復(fù)配的阻燃木塑復(fù)合材料，探究DOPO，DPA 及POSS 對(duì)木粉/聚丙烯木塑復(fù)合材料（WF/PP）阻燃和力學(xué)性能的影響，目的為DOPO 和POSS 阻燃型木塑復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

聚丙烯（PP）：T30S，大慶石化分公司；木粉：80～100 目，當(dāng)?shù)啬静氖袌?chǎng)；9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）：深圳市錦隆化工科技有限公司；丙烯酸（AA）：分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）：分析純，麥克林試劑網(wǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

Nico-let 6700 型傅里葉變換紅外光譜儀（Thermo Fisher Scientific，美國(guó)），Q500 型熱重分析測(cè)試儀（TA 儀器有限公司，美國(guó)），F(xiàn)TT 型錐 形 量 熱 儀（Fire Testing Technology，英 國(guó)），RGT-20A 型電子萬(wàn)能力學(xué)力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（深圳瑞格爾儀器有限公司，中國(guó)），XJ-50G 型簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)（河北承德力學(xué)試驗(yàn)機(jī)有限公司，中國(guó)），Polylab OS 型轉(zhuǎn)矩流變儀（賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司，中國(guó)），SL-6 型熱壓機(jī)（哈爾濱特種塑料制品有限公司，中國(guó)），Zetaplus 型激光粒度儀（布魯克海文儀器有限公司，美國(guó)）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案與WPC 制備

1.3.1 DOPO 衍生物的制備

將DOPO 和丙烯酸以摩爾比為1∶1 的比例添加到500 mL 的3 口圓底燒瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷凝回流。先在70 ℃下保持一定時(shí)間直至DOPO完全溶解在丙烯酸中，然后將溫度升至80 ℃繼續(xù)反應(yīng)6 h。反應(yīng)結(jié)束后，將上述反應(yīng)液冷卻至室溫。將其溶解在丙酮中，室溫下攪拌直至溶液出現(xiàn)白色沉淀，將其進(jìn)行減壓抽濾，真空干燥，密封保存，得到白色粉狀，即為DOPO 的衍生物，其分子結(jié)構(gòu)如圖1 所示，記為DPA。

圖 1 DPA 的分子結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Molecular structure of DPA

1.3.2 OA-POSS 的制備

500 mL 3 口燒瓶置于恒溫水浴中，將90 mL去離子水，40 mL 無(wú)水乙醇，10 mL 乙腈，10 mL三乙胺，2 mL 25%四乙基氫氧化銨依次加入到3 口燒瓶中，在50 ℃下中速攪拌，混合均勻。將221 mL 的3-氨丙基三乙氧基硅烷用恒壓滴液漏斗逐滴加入到該混合溶液中。滴畢，在此溫度下回流24 h。反應(yīng)結(jié)束后，將上述反應(yīng)液減壓蒸餾濃縮，將濃縮液滴加到大量石油醚中，靜置出沉淀，然后減壓抽濾，用丙酮洗滌數(shù)次，真空干燥后得到白色塊狀固體，將其研磨成粉末，避光密封保存，即得到OA-POSS，其分子結(jié)構(gòu)見圖2。

圖 2 OA-POSS 的分子結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Molecular structure of OA-POSS

1.3.3 阻燃木塑復(fù)合材料的制備

分別將DOPO、DPA、OA-POSS 及PP 在80 ℃下真空干燥8 h，木粉在105 ℃下干燥24 h，除去水分待用。然后將PP，充分干燥的木粉，與DOPO、DPA、OA-POSS 混合。為對(duì)比不同阻燃添加劑對(duì)木塑復(fù)合材料性能的影響，本研究保持每組樣品中阻燃添加劑含量為10%不變，在復(fù)配體系中，POSS 作為協(xié)效阻燃劑與DPA 以為1∶2 的質(zhì)量配比進(jìn)行混合，每組樣品的質(zhì)量配比見表1，用轉(zhuǎn)矩流變儀混料15 min，混料溫度180 ℃，轉(zhuǎn)速50 r/min，然后經(jīng)塑料粉碎機(jī)粉碎成木塑小顆粒，將木塑顆粒平鋪于模具中，放入熱壓機(jī)中，在185 ℃，6 MPa 下熱壓15 min，然后冷卻到室溫，開模取樣。

表 1 WF-PP 復(fù)合材料的物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比Table 1 Formulations of the WF-PP composites

1.4 測(cè)試與表征

利用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定樣品的FTIR圖譜。采用衰減全反射測(cè)試模式，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32 次，測(cè)試范圍500～4 000 cm-1。

TG 測(cè)試在熱重分析測(cè)試儀中進(jìn)行，樣品質(zhì)量5～10 mg，氮?dú)夥諊?，測(cè)試范圍為30～800 ℃，升溫速率為10 ℃/min，平衡氣體流量和試樣氣體流量分別為40、60 mL/min。

粒度及粒度分布測(cè)試在激光粒度儀中進(jìn)行，將樣品溶解在去離子水中，配制合適濃度的溶液，量取3～4 mL 至樣品池中，進(jìn)行粒度及粒度分布的測(cè)試。

燃燒測(cè)試采用錐形量熱儀，按照ISO 5660—2000 標(biāo)準(zhǔn)[22]進(jìn)行，輻射功率50 kW/m2，氣體體積流速24 L/s，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔5 s。樣品放在水平樣品架上，用不銹鋼網(wǎng)格保護(hù)，防止加熱過(guò)程中樣品彎曲和膨脹。

彎曲性能測(cè)試采用電子萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9341—2008[23]，支點(diǎn)跨距為64 mm，加載速度2 mm/min，試件尺寸為80 mm × 13 mm ×4 mm，每組試件重復(fù)試驗(yàn)6 次。

沖擊性能測(cè)試采用簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1843—2008[24]對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行無(wú)缺口簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度測(cè)試，實(shí)驗(yàn)擺錘下擺能量為5 J，試件尺寸為80 mm × 10 mm × 4 mm，每組試件重復(fù)試驗(yàn)6 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 DPA 和OA-POSS 的分析

2.1.1 DPA 和OA-POSS 紅外表征分析

以DOPO 和丙烯酸（AA）為原料合成10-丙酸-9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DPA），圖3a 為DPA、DOPO 及AA 的紅外光譜圖。由圖3a 可知，在丙烯酸中，1 723 cm-1為C=O 的伸縮振動(dòng)峰，由于與C=C 共軛，峰的位置向低頻移動(dòng)，1 635 cm-1為C=C 的伸縮振動(dòng)吸收峰，989 cm-1為=CH 的面外彎曲振動(dòng)吸收峰。在DOPO中，2 435 cm-1處的峰為P-H 的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 472 cm-1為P-Ph 的吸收峰，1 239 cm-1是P=O 的伸縮振動(dòng)峰，1 148 cm-1和904 cm-1對(duì)應(yīng)P-O-Ph的吸收峰。比較丙烯酸、DOPO 和DPA 的紅外光譜圖可發(fā)現(xiàn)，在DPA 的譜圖中，丙烯酸中C=C 對(duì) 應(yīng) 的1 635 cm-1和DOPO 中P-H 對(duì) 應(yīng) 的2 435 cm-1峰消失，而丙烯酸和DOPO 中其余的吸收峰均存在，說(shuō)明丙烯酸中的雙鍵與DOPO 中活潑的P-H 鍵斷裂，生成了目標(biāo)產(chǎn)物DPA。

圖 3 DPA、DOPO、AA 和OA-POSS 的紅外光譜圖Fig. 3 FTIR spectra of DPA, DOPO, AA and OA-POSS

以KH-550 為原料合成OA-POSS，圖3b 是OA-POSS 的紅外光譜圖。與文獻(xiàn)中合成OA-POSS譜圖對(duì)比[25-26]，圖3b 中顯示出3 373 cm-1為-NH2的吸收峰，2 873 cm-1為-CH2的伸縮振動(dòng)峰，1 130 cm-1處是OA-POSS 分子中Si-O-Si 振動(dòng)的特征吸收峰，1 030 cm-1，863 cm-1兩處是籠型結(jié)構(gòu)振動(dòng)的特征吸收峰，表明產(chǎn)物為籠型結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷，成功合成了OA-POSS。

2.1.2 OA-POSS 的熱穩(wěn)定性分析

圖4 中顯示OA-POSS 的分解有2 個(gè)階段，熱分解最大值分別在61 ℃和457 ℃，第1 階段分解主要是由于樣品中少量的結(jié)晶水產(chǎn)生的一部分質(zhì)量損失，在第2 個(gè)熱分解階段，最大熱分解速率對(duì)應(yīng)的溫度為457 ℃，這部分是具有籠型結(jié)構(gòu)的POSS 的分解，產(chǎn)物可能是二氧化硅[27]。由TG 曲線還可以看出，600 ℃以后，熱失重曲線趨于平緩，OA-POSS 不再隨溫度的升高而繼續(xù)降解，OA-POSS 在700 ℃的殘留率達(dá)到了55.59%，充分顯示了OA-POSS 的耐高溫性能，強(qiáng)于目前耐熱性最好的聚酰亞胺[28]。

圖 4 OA-POSS 的TG 與DTG 曲線Fig. 4 TG and DTG curves of OA-POSS

2.1.3 OA-POSS 的粒度分布分析

OA-POSS 的粒度及粒度分布情況見圖5。由圖5 可知，OA-POSS 的粒徑尺寸分布在234～238 nm，且粒子尺寸分布比較穩(wěn)定，其與李肖建[27]研究中合成的產(chǎn)物較為一致。

圖 5 OA-POSS 的粒度分布圖Fig. 5 Diameter distribution of OA-POSS

2.2 WF/PP 復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性分析

WF/PP 復(fù)合材料的熱重分析結(jié)果（TG 和DTG的曲線）見圖6，根據(jù)熱失重曲線計(jì)算出的典型熱重分析數(shù)據(jù)見表2。WF/PP 復(fù)合材料的熱降解行為主要分為2 個(gè)階段，第1 個(gè)階段歸因于木粉的熱降解, 第2 個(gè)階段則主要?dú)w屬于聚丙烯的熱降解。圖6a 和表2 可知，加入DOPO，DPA 和POSS的復(fù)合材料的初始熱降解溫度相比較于純WF/PP 都增大了，分別從223.75 ℃提升到了252.86、255.87、248.15 ℃和258.95 ℃，這主要是由于阻燃劑DOPO，DPA 和POSS 的加入提升了初始熱降解溫度，并且在整個(gè)熱解過(guò)程中熱降解最大峰值所對(duì)應(yīng)的溫度向高溫區(qū)移動(dòng)，這對(duì)提高WF/PP 木塑復(fù)合材料的熱性能有著積極的作用。圖6b 顯示在2 個(gè)熱降解階段中，第1 個(gè)熱降解階段主要在200～380 ℃，DPA 和DOPO 分解的含氧磷酸促使材料脫水炭化成具有保護(hù)作用的炭層。添加POSS 的復(fù)合材料由于具有出色耐熱性能POSS 的存在，一定程度上也延緩材料的熱解進(jìn)程，這使得第1 階段熱降解達(dá)到最大峰值所對(duì)應(yīng)的溫度較純WF/PP 都提高了，熱降解速率都降低了。隨著溫度的繼續(xù)升高，炭層形成逐漸增多，熱解速率降低。溫度繼續(xù)上升，炭層被破壞，到達(dá)第2 熱降解階段。第2 熱降解階段主要在380～520 ℃，在此階段，POSS 開始逐漸分解成小分子的二氧化硅等物質(zhì)來(lái)增強(qiáng)炭層的質(zhì)量和強(qiáng)度，使炭層更加致密，從而增加炭層的阻隔和保護(hù)作用，因此在第2 階段只含POSS 的復(fù)合材料的最大熱降解速率最低，少量POSS 與DPA 復(fù)配的復(fù)合材料較只添加DPA 的熱降解速率有一定程度降低。由于第1 階段DOPO 及DPA 催化炭層的形成，提高了第2 階段到達(dá)最大熱降解速率的溫度，加入DOPO，DPA 和POSS 的復(fù)合材料的最大熱降解速率較純WF/PP 都有一定程度的降低，說(shuō)明DOPO，DPA與POSS 的加入能有效提高WF/PP 木塑復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。在600 ℃時(shí)，WF/PP 樣品的殘?zhí)剂繛?3.86%，WF/PP/POSS10的殘?zhí)剂繛?4.47%，與未阻燃的樣品相比，增加的部分主要為POSS分解后產(chǎn)生的硅類物質(zhì)，WF/PP/DOPO10和WF/PP/DPA10的殘?zhí)剂糠謩e為26.14%，29.31%，殘?zhí)剂康脑黾又饕怯捎贒OPO和DPA 分解后產(chǎn)生的含氧磷酸的催化成炭作用，且加入DPA 的殘?zhí)剂扛?。?dāng)POSS與DPA 進(jìn)行復(fù)配時(shí)，在第1 階段最大熱降解速率較單獨(dú)添加DPA 的所對(duì)應(yīng)的溫度提高了，第2 階段最大熱降解速率有所降低，這表明熱解過(guò)程中，DPA 與POSS 存在一定的協(xié)調(diào)作用。600 ℃時(shí)，殘?zhí)剂繛?8.94%，POSS 分解產(chǎn)生的硅類物質(zhì)有利于增強(qiáng)DPA 催化成炭的炭層質(zhì)量，進(jìn)而提高材料的熱阻隔性能。

圖 6 WF/PP 復(fù)合材料的TG 與DTG 曲線Fig. 6 TG and DTG curves of WF/PP composites

表 2 氮?dú)鈿夥障耊F/PP 復(fù)合材料的熱重分析數(shù)據(jù)Table 2 Thermogravimetric analysis data of WF/PP composites under pure nitrogen

2.3 WF/PP 復(fù)合材料的燃燒性能分析

2.3.1 熱釋放速率（HRR）

在錐形量熱儀測(cè)試中，評(píng)估材料燃燒行為最重要的參數(shù)就是熱釋放速率（HRR），在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，單位時(shí)間內(nèi)材料燃燒所釋放熱量稱為HRR，單位為kW/m2。HRR 的最大值為熱釋放速率峰值（PHRR）。HRR 和PHRR 越大，材料的燃燒放熱量越大，形成的火災(zāi)危害性就越大。圖7a 和表3 顯示純WF/PP 的PHRR 最大，為335.17 kW/m2，與純WF/PP 相比，添加了DOPO，DPA 和POSS 的復(fù)合材料的PHRR 均有所降低，分別降低了9.59%，11.09%和6.28%。當(dāng)POSS 替代 部 分DPA 時(shí)，PHRR 為286.76 kW/m2，PHRR下降了14.44%，從PHRR 的下降比例來(lái)看，DPA與DOPO 的阻燃效果相差不大，POSS 替代部分DPA 時(shí)較單獨(dú)添加其中一種物質(zhì)的阻燃效果好，表明DPA 與POSS 在材料中有一定的協(xié)效阻燃作用。

圖 7 WF/PP 復(fù)合材料的錐形量熱儀測(cè)試結(jié)果Fig. 7 Cone calorimeter test results of WF/PP composites

2.3.2 熱釋放總量（THR）

從圖7b 中可以看出，與WF/PP 相比，添加DOPO，DPA 和POSS 材料的THR 增長(zhǎng)速率變緩，且試驗(yàn)結(jié)束時(shí)THR 均有所降低。純WF/PP的THR 為93.64 MJ/m2，與此相比，添加了DOPO，DPA 和POSS 復(fù)合材料的THR 分別降低了1.77%，3.79%和4.43%。當(dāng)POSS 替代部分DPA 進(jìn)行復(fù)配時(shí)，THR 表現(xiàn)出最低，為84.38 MJ/m2，與WF/PP相比，下降了9.89%。結(jié)合HRR 可知，當(dāng)POSS去替代少量DPA 復(fù)配時(shí)，材料具有最好的阻燃效果。

2.3.3 殘余物質(zhì)量（MR）

圖7c 為WF/PP復(fù)合材料質(zhì)量保持率曲線。材料在有焰燃燒階段，添加了阻燃物質(zhì)的復(fù)合材料的曲線斜率明顯比未添加的小，表明熱降解速度變慢，成炭作用增強(qiáng)。由圖7c 和表3 可見，WF/PP的殘?zhí)繛?1.30%，添加DOPO，DPA，POSS 的殘?zhí)苛糠謩e增加了148.32%，175.66%，228.05%。當(dāng)POSS 替代部分DPA 時(shí)，殘?zhí)苛枯^純WF/PP 增加了189.56%，較只添加DPA 增加5.04%。樣品燃燒后同一角度的殘?zhí)啃蚊惨妶D8，由圖8 可知，增加了阻燃劑的復(fù)合材料的殘?zhí)啃蚊矆D與純WF/PP 有顯著差別。純WF/PP 的殘?zhí)苛可偾医Y(jié)構(gòu)松散，形態(tài)結(jié)構(gòu)不完整，殘?zhí)砍拾咨?。加入DOPO與DPA 復(fù)合材料的殘?zhí)拷Y(jié)構(gòu)相對(duì)連續(xù)完整，且殘?zhí)苛坑兴黾樱瑲執(zhí)砍拾咨?。加入POSS 的復(fù)合材料的殘?zhí)孔優(yōu)楹谏?，殘?zhí)苛棵黠@增加。當(dāng)POSS替代部分DPA 時(shí)，殘?zhí)繛楹谏繉樱繉油暾B續(xù)，結(jié)構(gòu)致密。DOPO 和DPA 有催化成炭的作用，POSS 可形成含有二氧化硅的穩(wěn)定陶瓷層，增強(qiáng)炭層的穩(wěn)定性，炭層的增加和增強(qiáng)對(duì)材料的阻燃有著積極的作用，這是因?yàn)樘繉釉谌紵龝r(shí)起到阻隔作用，可以阻隔外界的熱流和氧氣與內(nèi)部的材料和可燃性氣體的接觸，從而阻止燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，有利于材料的阻燃。因此炭層的增加和增強(qiáng)，意味著阻燃性能的提高。

表 3 WF/PP 復(fù)合材料錐形量熱儀測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 Cone calorimeter data of WF/PP composites

圖 8 WF/PP 復(fù)合材料燃燒后殘?zhí)啃蚊矆DFig. 8 Morphology of carbon residue in WF/PP composites after combustion

2.3.4 煙釋放總量（TSP）

由圖7d 可知，添加DOPO，DPA 和POSS 的材料沒(méi)有起到很好的抑煙作用，除單獨(dú)添加POSS的復(fù)合材料在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的TSP 與WF/PP 差不多，其余都比WF/PP 的高，尤其是單獨(dú)添加DOPO 和DPA 的材料產(chǎn)煙較多，可能原因?yàn)榉肿又泻械穆?lián)苯環(huán)在燃燒時(shí)產(chǎn)生煙。但用POSS 去代替部分DPA 時(shí)較單獨(dú)添加DPA 可適當(dāng)降低產(chǎn)煙量。因此，盡管DPA 和POSS 復(fù)配具有降低復(fù)合材料熱降解速率、減少熱釋放量和促進(jìn)成炭的作用，但是在抑煙性上仍有待增強(qiáng)。

2.3.5 CO2和CO 生成速率

由圖7e 可以看出，復(fù)合材料煙氣中CO2生成速率曲線和熱釋放速率曲線趨勢(shì)相似，添加阻燃劑的復(fù)合材料燃燒時(shí)的CO2生成速率均有所降低。在燃燒時(shí)，復(fù)合材料的表面溫度迅速升高，熱降解速度變快，CO 和O2接觸發(fā)生反應(yīng)生成大量CO2，此時(shí)，CO2生成量迅速增加。之后添加了DOPO 和DPA 的復(fù)合材料中DOPO 和DPA 發(fā)生分解產(chǎn)生含氧磷酸，促使材料表面脫水成炭，起保護(hù)作用的炭層形成使燃燒逐漸穩(wěn)定，隨著繼續(xù)燃燒，炭層被破壞，熱解反應(yīng)再次加劇，CO2生成速率達(dá)到峰值，隨后燃燒的結(jié)束，降至最低值。只添加POSS 的復(fù)合材料在燃燒時(shí)POSS 逐漸分解成不可燃的二氧化硅顆粒覆蓋在材料表面，使整個(gè)過(guò)程CO2生成速率穩(wěn)定產(chǎn)生，且在燃燒300 s 時(shí)，CO2產(chǎn)生速率迅速降低，此時(shí)POSS完全分解覆蓋材料表面，CO2產(chǎn)生速率較其他材料提前降低。由圖7f 可以看出，阻燃復(fù)合材料的CO 生成速率與純WF/PP 相比有所增加。DOPO，DPA 和POSS 的增加沒(méi)抑制CO 的生成，這是因?yàn)?，DOPO 和DPA在高溫下分解產(chǎn)生的物質(zhì)使材料脫水炭化，釋放出不燃性物質(zhì)，稀釋了氧濃度，可燃性氣體氧化不完全，燃燒不充分，從而使CO 的生成量增加[29]。POSS 分解產(chǎn)生的二氧化硅覆蓋層在復(fù)合材料表面形成阻隔層，使復(fù)合材料分解產(chǎn)生的可揮發(fā)性可燃產(chǎn)物無(wú)法與足夠的氧氣進(jìn)行接觸，燃燒不完全，CO 生成增加。

2.4 WF/PP 復(fù)合材料的力學(xué)性能分析

表4 為WF/PP 復(fù)合材料力學(xué)測(cè)試結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示只有加入DOPO 的材料力學(xué)性能呈現(xiàn)略微下降趨勢(shì)，可能原因?yàn)镈OPO 作為填料與PP 和木粉的界面相容性較差，致使力學(xué)性能降低。而WF/PP/DPA10由于DPA 帶有的羧基與木粉的羥基相互作用，降低木粉表面極性，提高了其與非極性的PP 間的界面結(jié)合。WF/PP/DPA10的彎曲強(qiáng)度，彎曲模量及沖擊強(qiáng)度較WF/PP 分別提升了5.12%、32.82%、22.22%。WF/PP/POSS10的彎曲強(qiáng)度，彎曲模量及沖擊強(qiáng)度較WF/PP 分別提升了11.80%、27.48%、52.78%，其力學(xué)強(qiáng)度增加是因?yàn)閯傂约{米填料POSS 的加入，其作為增強(qiáng)體增加了材料的力學(xué)性能。當(dāng)少量POSS 替代DPA 加入，兩者復(fù)配時(shí)，材料的力學(xué)性能較單獨(dú)加入DPA 的強(qiáng)，其彎曲強(qiáng)度，彎曲模量和沖擊強(qiáng)度較WF/PP 分別增加了10.38%、33.59%、48.41%。

表 4 WF/PP 復(fù)合材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)Table 4 Mechanical property data of WF/PP composites

3 結(jié)論

熱重分析測(cè)試表明，加入DOPO、DPA 和POSS 的木塑復(fù)合材料比純WF/PP 具有更好的熱穩(wěn)定性，一定程度上增大了初始熱分解溫度，降低最大熱分解速率。在600 ℃時(shí)，殘?zhí)苛枯^未阻燃樣品均有所增加，殘?zhí)苛康脑黾颖砻骶哂懈玫臒岱€(wěn)定性。

錐形量熱儀測(cè)試顯示，加入DOPO、DPA 和POSS 的木塑復(fù)合材料具有一定的阻燃作用，與WF/PP 相比，復(fù)合材料熱釋放速率和總熱釋放均有一定程度的降低，殘?zhí)苛棵黠@提高。特別是DPA和POSS 復(fù)配時(shí)，阻燃復(fù)合材料較純WF/PP 材料的熱釋放速率峰值和總熱釋放分別降低14.44%和9.89%，殘?zhí)剂吭黾?89.56%，但是其在抑煙性上仍有待增強(qiáng)。

力學(xué)測(cè)試表明，DOPO 的加入使材料的力學(xué)性能呈下降趨勢(shì)，DPA 和POSS 的加入能一定程度上提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。添加DPA 和POSS的材料的彎曲強(qiáng)度較純WF/PP 分別提高了5.12%、11.80%，沖擊強(qiáng)度較純WF/PP 分別提高了22.22%、52.78%，當(dāng)DPA 和POSS 復(fù)配時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別提高了10.38%和48.41%。