一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法
1.技术领域
2.本发明涉及尼龙复合材料的技术领域，特别是涉及一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法。
3.
背景技术：
4.尼龙，即pa树脂，由于其拥有优良的综合性能和改性性能；而且，其更是为石油化工工业和其他工业的发展提供了丰富而又廉价的原料和广阔的市场。所以，尼龙工程塑料得到迅速地发展，其产量和销量一直居于工程塑料之首。随着科学与技术的发展，改性尼龙的研究也取得迅猛的发展。而尼龙6作为尼龙家族的主要成员，更是备受人们关注，pa6及改性pa6更是因为其廉价的成本、优良的力学性能及良好的加工性，而广泛的应用于汽车工业、电器电子工业、交通运输业、机械制造业等领域中。而pa6属于易燃合成材料，纯pa6树脂的极限氧指数约23左右，其燃烧时产热大且产生有焰滴落。在增强pa6材料的应用工艺中，一方面短切玻纤的引入提高了材料的力学性能，并扩宽了其使用范围，但另一方面也因为玻纤的烛芯效应使得材料更易燃。因此，极大的限制了其在要求阻燃性能和热稳定性能极高的行业中的应用，如电子电器行业。基于此，中国专利cn102382297a公开了一种稀土阻燃复合尼龙材料，其将己内酰胺、mos2、la2o3、十溴二苯乙烷、tdi、炭黑按一定重量配比，加入反应釜中进行加热，搅拌、抽真空同时进行，使其形成熔融料，在沸腾状态保持一定时间后，浇入预热后的模具中，将模具放入高温烘箱，使熔融料聚合；经冷却，即为产品。该种稀土阻燃复合尼龙材料，具有更高的耐磨性、助燃性、耐高温性、耐腐蚀性；在温度180～220℃下，连续工作10h不发生变化；发生燃烧，离火3s内自熄；因而，其能实现阻燃的效果。
5.然而，上述所公开的一种稀土阻燃复合尼龙材料还存在环保性能不足的技术问题。具体的，具体的，燃烧的三要素为热量、氧气以及可燃物，通过阻止或干扰任何一种要素即可终止燃烧，以达到阻燃目的。其具体包括提高聚合物的热分解温度、捕捉活性自由基、形成难燃的隔热保护炭层、稀释可燃性气体浓度、吸收热量等。聚合物的阻燃机理主要包括以下四个方面：气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理、中断热交换阻燃机理以及协效阻燃机理。现有技术中所公开的阻燃尼龙，其有效的阻燃剂为十溴二苯乙烷，其作为一种卤系阻燃剂，其通常发挥的是气相阻燃机理，即能够抑制燃烧气相链式反应，而且其分解产物多属于惰性物质，可以稀释可燃性气体的浓度，同时也具有覆盖作用。除了十溴二苯乙烷以外，工业上常用的卤系阻燃剂多为溴系阻燃剂，如多溴二苯醚类、溴代苯酚类或四溴双酚类等。卤系阻燃剂的优点是用量少、阻燃效率高、适用范围广、热稳定性好。但其缺点是燃烧过程中生成大量的浓烟和有毒有腐蚀性的气体，损坏仪器设备，同时危害人身安全、污染环境。
6.随着人们环保意识的增强、各种安全体制的健全以及对生命的敬畏，对材料中所添加的阻燃剂给予了高度的重视。卤系阻燃剂由于其在受热时产生有毒腐蚀性的卤化氢气
体，危害之大而成为人们关注的焦点。据统计，截止到2004年7月，经过多次探索研究，欧盟己给出了12种阻燃剂危害性评估或初步评估结果，其中包括五种溴系阻燃剂、二种氯系阻燃剂、四种氯-磷系阻燃剂及三氧化锑。目前，欧盟、北欧、美国和日本等都已有明确的法规限制某些卤系阻燃剂的使用。近年来我国也开始关注无卤阻燃产品的研发，但研发出来的无卤阻燃产品在阻燃效率和生产成本上仍无法和卤系阻燃剂相媲比。因此，开发高效而又低廉的无卤阻燃剂并在此基础上制备综合性能优良的阻燃级pa6材料仍是值得深思、急需攻克的难题。
7.
技术实现要素：
8.基于此，有必要针对现有技术中尼龙复合材料所存在的环保性能不足的技术问题，提供一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法。
9.一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法，其包括如下步骤：s1：阻燃剂的处理，即将1000份的硅烷偶联剂kh560处理后的玻璃纤维短切丝置于过饱和的三聚氰胺热水溶液中，于40℃下将其浸泡8h；并使用去离子水对其洗涤3至5次后，于120℃电热鼓风干燥箱中干燥至产物的重量无变化；s2：复合材料的制备，即分别将pa6、短玻纤及阻燃剂按预设的比例于转矩流变仪的密炼室内进行密炼，密炼温度为220℃-230℃，密炼时间为10min；密炼所得混合物经造粒机进行造粒后制备复合材料；其中，pa6的添加量为40wt%；短玻纤的添加量为35wt%；阻燃剂的添加量为25wt%。
10.另一实施例中：步骤s1可替换为：先取80份的酚醛树脂加热到180℃，待树脂完全熔融后，加入8份的多聚磷酸及1份的对甲苯磺酸；然后，在180℃下保温并搅拌3h，冷却后研磨过300目筛；再将研磨后的产物用去离子水反复冲洗，以去除多余的多聚磷酸及对甲苯磺酸；再用乙醇反复冲洗，以去除未反应的酚醛树脂；然后，将样品置于40℃的烘箱内干燥至产物的重量无变化，以获得多聚磷酸改性的酚醛树脂；再使用多聚磷酸改性的酚醛树脂制备阻燃剂。
11.另一实施例中：步骤s1可替换为：将无机链状聚合物聚磷酸铵与碱式硫酸镁晶须按预设的比例混合成阻燃剂。
12.具体的，前述实施例中，阻燃剂包括高聚合度聚磷酸铵、季戊四醇以及三聚氰胺；且，高聚合度聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺=1:0.30:0.18。
13.具体的，另一实施例中，阻燃剂包括高聚合度聚磷酸铵、多聚磷酸改性的酚醛树脂以及三聚氰胺；且，高聚合度聚磷酸铵：多聚磷酸改性的酚醛树脂：三聚氰胺=1:0.25:0.18。
14.具体的，另一实施例中，阻燃剂包括高聚合度聚磷酸铵以及碱式硫酸镁晶须；且，高聚合度聚磷酸铵：碱式硫酸镁晶须=85:15。
15.综上所述，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法中，先以膨胀型阻燃体系app/季戊四醇per/三聚氰胺mel为阻燃剂，将短切玻纤经mel浸泡处理，分别制备了app/per/mel/sgf/pa6与app/per/mel-sgf/pa6的尼龙复合材料，其中，25wt%的app/per/mel可使含35wt%短玻纤增强的pa6/sgf复合材料达到ul-94中的v-0级，且阻燃材料的力学性能优良。在相同的ul-94阻燃级别下，app/per/mel-sgf/pa6复合材料比app/
per/mel/sgf/pa6具有更高的loi值。此外，再以多聚磷酸改性的酚醛树脂，即ppa-pf为炭源，将其与高聚合度app和mel构成app/ppa-pf/mel膨胀型阻燃剂，以制备了app/ppa-pf/mel/sgf/pa6阻燃复合材料；其中，25wt%的app/ppa-pf/mel；且，app：ppa-pf：mel=1：0.25：0.18时，该种复配阻燃剂可使含35wt%短玻纤增强的pa6/sgf复合材料达到ul-94中的v-0级，且阻燃效率比另一复配阻燃剂app：pf：mel=1：0.25：0.18的实施例更高，同时，所制备的尼龙阻燃材料还具有优良的力学性能。进一步的，再以碱式硫酸镁晶须mos与高聚合度app复配作为阻燃剂，其中，25wt%的复合阻燃剂app/mos中，app：mos=85：15时的复合阻燃剂可使含35wt%短玻纤增强的pa6/sgf复合材料达到ul-94中的v-0级，且，该种尼龙阻燃材料的力学性能优良。上述三种实施例中所应用的复合阻燃剂均为阻燃性能优良的无卤阻燃剂，所以，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法解决了现有技术中尼龙复合材料所存在的环保性能不足的技术问题。
16.具体实施方式
17.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
18.具体的，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法，其包括以下步骤：s1：阻燃剂的处理，即进行短切玻纤的浸泡处理，具体为将1000g的硅烷偶联剂kh560处理后的玻璃纤维短切丝置于过饱和的三聚氰胺热水溶液中，于40℃下将其浸泡8h；并使用去离子水对其多次洗涤后，于120℃电热鼓风干燥箱中干燥，将其完全干燥后其质量为1051.50g。其中，上述所使用到的玻璃纤维短切丝的长度优选为3mm的短切丝；在使用去离子水对其洗涤的过程中，一般不少于3次或不多于5次。
19.s2：复合材料的制备；分别将pa6、短玻纤及阻燃剂按预设的比例于转矩流变仪的密炼室内进行密炼，密炼温度为220℃-230℃，密炼时间为10min；密炼所得混合物经造粒机进行造粒后制备复合材料。
20.此外，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法的另一实施例中，其具体包括以下步骤：s1：多聚磷酸改性的酚醛树脂阻燃剂的制备，即先取80g的酚醛树脂加热到180℃，待树脂完全熔融后，加入8g的多聚磷酸和1g的对甲苯磺酸；然后，在180℃下保温并搅拌3h，冷却后研磨过300目筛；再将研磨后的样品用去离子水反复冲洗，以去除多余的多聚磷酸及对甲苯磺酸；再用乙醇反复冲洗，以去除未反应的酚醛树脂；然后，将样品置于40℃的烘箱内干燥至产物的重量无变化，以得到多聚磷酸改性的酚醛树脂，然后，再以多聚磷酸改性的酚醛树脂制备复合的阻燃剂。
21.s2：复合材料的制备；分别将pa6、短玻纤及阻燃剂按预设的比例于转矩流变仪的密炼室内进行密炼，密炼温度为220℃-230℃，密炼时间为10min；密炼所得混合物经造粒机进行造粒后制备复合材料。
22.进一步的，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法的另一实施例中，其具体包括以下步骤：s1：复合阻燃剂的制备，即将无机链状聚合物聚磷酸铵与碱式硫酸镁晶须按预设的比例预先进行混合，以制备复合的阻燃剂；s2：复合材料的制备；分别将pa6、短玻纤及阻燃剂按预设的比例于转矩流变仪的密炼室内进行密炼，密炼温度为220℃-230℃，密炼时间为10min；密炼所得混合物经造粒机进行造粒后制备复合材料。
23.上述步骤所涉及试剂的简称分别为：尼龙6，即pa6；玻璃纤维短切丝，即sgf；高聚合度聚磷酸铵，即app；硅烷偶联剂kh560；三聚氰胺，即mel；季戊四醇，即per；酚醛树脂，即pf；无机链状聚合物聚磷酸铵，即app；多聚磷酸改性的酚醛树脂，即ppa-pf；碱式硫酸镁晶须，即mos。
24.具体的，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法中分别涉及红外分析、ul-94垂直燃烧测试、极限氧指数测试、拉伸性能测试以及缺口冲击强度测试；各种试验所需要的样品可在前述密炼步骤后，将密炼所得混合物经平板硫化机在230℃下热压，以分别制成厚度分别为3mm或4mm的阻燃性能及力学性能的测试样条。
25.其中，红外分析，即ft-ir可以直接在红外光谱仪上直接测定。
26.其中，ul-94垂直燃烧测试是指：按照gb/t 2048-1996标准在水平垂直燃烧仪上进行，试样的尺寸为100*13*3.0mm3。
27.其中，极限氧指数，即loi测试是指：按照astm d2863标准在氧指数测定仪上进行，试样的尺寸为100*6.5*3.0mm3。
28.其中，拉伸性能测试是指：按照gb/t 528-2009的标准在电子万能试验机上进行，样条在万能制样机上裁成宽为10mm的长条状，拉伸速率为50mm/min。
29.其中，缺口冲击强度测试是指：按照gb/t 3808-2002标准，悬臂梁，v型缺口，缺口深度为2 mm，试样的尺寸为60*10*4.0mm3，测试在室温下进行。
30.具体的，在短切玻纤的浸泡处理步骤中，对比纯sgf、sgf/kh560及sgf/kh560/mel的ft-ir图谱可以看出，sgf/kh560的样品经mel浸泡处理后得到的sgf/kh560-mel的ft-ir图谱出现了几个明显的特征峰。即，在3348cm-1
、3147cm-1
及1560cm-1
处分别对应有-oh、-nh及三聚氰胺环上的c=n的伸缩振动峰，且在3147 cm-1
出的吸收峰很强，这表明mel能使kh560分子上的环氧基开环，且开环比越大，则带动的-nh伸缩振动谱带也越强。由以上分析可知，三聚氰胺能使kh560开环，两者之间发生加成反应，即当硅烷偶联剂kh560处理的短玻纤再经过mel浸泡后，可使mel接到短玻纤上，使sgf带上阻燃基团。
31.进一步的，分别将app/per/mel+sgf与app/per+mel-sgf的添加量作为控制量，其余参数不变以进行系列的阻燃实验，从而揭示短切玻纤的mel浸泡处理对尼龙材料阻燃性能的影响。其中，阻燃剂的添加量分别控制为0wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%以及30wt%。由系列的阻燃实验可以看出，25wt%阻燃剂填充sgf/pa6，材料的阻燃性能均可通过ul-94中的v-0级。对比材料的loi值，当sgf经mel浸泡处理再与app/per填充到pa6中，复合材料的loi值比阻燃剂appiper/mel和sgf直接添加到pa6基体中略高，其loi值达到32.0。这是由于，一方面mel与kh560之间的化学键合使得mel很好的分散于sgf中，这比简单的物理共混具有更优良的分散性；另一方面，mel的浸泡处理使得sgf带上阻燃基团，从而使得阻燃剂与
玻纤以该种方式填充的pa6复合材料拥有更加优异的燃烧性能。
32.进一步的，分别将app/per/mel+sgf与app/per+mel-sgf的添加量作为控制量，其余参数不变以进行系列的力学性能实验，从而揭示短切玻纤的mel浸泡处理对尼龙材料力学性能的影响。其中，阻燃剂的添加量分别控制为0wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%以及30wt%；此外，尼龙复合配方中的sgf占35%；app：per：mel为1:0.30:0.18。由系列的力学性能实验可以看出，随着阻燃剂app/per/mel含量的增加，复合材料的拉伸强度在缓慢的下降。一方面是由于阻燃剂app/per/mel是一种粉体，随着添加量的增加，在复合材料中分散不均匀，部分团聚造成应力集中而诱发周围基体产生变形和银纹；另一方面是因为主阻燃剂app是无机化合物与pa6的相容性不佳，致使部分材料物理缺陷，当物理缺陷受外力作用时易成为应力集中点，影响复合材料的力学性能。所以，随着app/per/mel添加量的增加，复合材料的拉伸强度逐渐的下降。与此同时，由于短玻纤的补强增韧作用，弥补了阻燃剂粉体加入所引起的复合材料拉伸强度的大幅度降低，当阻燃剂的添加量达到30%时，复合材料的拉伸强度仍达到108.4 mpa左右，比纯pa6的66.0mpa高出64.2%左右，很好的平衡了材料的阻燃性能与力学性能。继续对比app/per/mel/sgf/pa6与app/per/mel-sgf/pa6样品在相同阻燃剂添加量下的拉伸强度，可以看出，两者的拉伸强度差别不明显，这是因为样品材料的各组分和含量都相同，而且mel浸泡sgf没改变sgf的纤维状结构，所以两者的拉伸强度在误差范围内可看作相同。进一步的，在冲击强度实验中，随着app/per/mel含量的增加，复合材料的冲击强度都在逐渐的下降。这是由于随着粉体阻燃剂添加量的增加，在基体材料中分散不均匀，出现团聚，以及无机化合物阻燃剂与pa6相容性不佳，当受外力作用时，应力集中造成的。对比app/per/mel/sgf/pa6与app/per/mel-sgf/pa6样品在相同阻燃剂添加量下的冲击强度，可以看出，两者的冲击强度差别很细小。一方面由于样品材料的各组分和含量都相同，另一方面mel浸泡sgf没改变sgf的纤维状结构，所以两者的冲击强度在误差范围内可认为是相同。
33.综上，app/per/mel是一种阻燃性能优良的无卤阻燃剂，且当阻燃剂app/per/mel的添加量为25wt%时，即可使35wt%短玻纤增强的sgf/pa6材料达到ul-94中的v-0级，且所制备的阻燃材料的力学性能优良，其拉伸强度为112.9mpa，冲击强度为7.1kj/m2。此外，app/per/mel-sgf/pa6材料在相同的ul-94阻燃级别下比app/per/mel/sgf/pa6材料具有更高的loi值，以及更长的点燃时间。具体的，app/per/mel阻燃sgf/pa6材料的阻燃机理主要是由于阻燃剂热分解释放出不燃气体稀释了可燃气体的浓度，同时，其脱水炭化形成的炭层覆盖在材料的表面，起到了良好的热壁垒和氧阻隔的作用，有效的抑制了材料的进一步燃烧和降解，从而大大的提高了尼龙-玻纤材料的阻燃性能。
34.具体的，在多聚磷酸改性的酚醛树脂阻燃剂的制备步骤中，对比pf和ppa-pf的ft-ir图谱可以看出，pf经多聚磷酸改性后得到的ppa-pf的ft-ir图谱中出现了两个明显的特征峰。在1308cm-1
处出现了p=o的微弱吸收峰，而在1120cm-1
处的吸收峰为p-o-c键的特征吸收峰。p=o键和p-o-c键特征吸收峰的出现，表明多聚磷酸与酚醛分子之间发生了化学反应，使酚醛树脂带上了阻燃基团。另外，磷原子通过化学键合进入了酚醛树脂中形成了杂环结构，而杂环结构又有利于提高酚醛树脂的耐热性。
35.进一步的，在复合阻燃剂app/ppa-pf/mel中，以app的恒定比值为1、mel的恒定比值为0.18；再以ppa-pf的比值作为控制变量；进而设计系列的阻燃测试，以揭示复合阻燃剂
app/ppa-pf/mel的不同配比对复合材料阻燃性能的影响。由系列的阻燃实验可以看出，仅添加app/mel阻燃sgf/pa6材料，即使在25wt%的复合阻燃剂添加量下材料仍不能达到ul-94中的v-0级。在阻燃体系中引入炭源ppa-pf后，25wt%的复合阻燃剂app/ppa-pf/mel，其比值为1：0.2：0.18；即可使材料通过ul-94中的v-0级。由复合材料的氧指数值随阻燃体系中炭源ppa-pf比例变化实验可以看出，随着炭源ppa-pf比例的增加，复合材料的氧指数值从29增加到33，此时app/ppa-pf/mel三者比为1:0.25:0.18。随着ppa-pf比例的进一步增加，材料的loi值开始下降，当三者的比为1:0.35:0.18时，材料的loi值降低到31.0。这表明，适量的炭源ppa-pf能使构成的膨胀型阻燃剂发挥更高的阻燃效率，赋予材料更优良的阻燃性能。
36.进一步的，在复合阻燃剂app/ppa-pf/mel中，以app的恒定比值为1、mel的恒定比值为0.18；再以ppa-pf的比值作为控制变量；进而设计系列的力学性能测试，以揭示复合阻燃剂app/ppa-pf/mel的不同配比对复合材料力学性能的影响。由系列的力学性能实验可知，随着ppa-pf含量的增加，复合材料的拉伸强度呈先增加后下降的趋势。当app/ppa-pf/mel为1：0.20：0.18时，复合材料的拉伸强度达到最大，为113.71mpa。这表明适量的添加ppa-pf会改善材料的力学性能。这主要是因为ppa-pf为有机化合物与pa6的相容性较无机阻燃剂好，会减少材料因相容性不佳而造成的物理缺陷。所以，适量地添加ppa-pf会提高材料的力学性能。但随着ppa-pf添加量的进一步增加，由于粉体阻燃剂的总体积增加，使得其在复合材料中分散不均匀，部分团聚造成应力集中而诱发周围基体产生变形和银纹，从而使得材料的拉伸强度下降。与此同时，由于短玻纤的增强增韧作用，也弥补了阻燃剂粉体加入所引起的复合材料拉伸强度的大幅度降低的缺陷，当炭源ppa-pf的添加量达到阻燃剂的最佳合适比时，复合材料的拉伸强度仍达到113.56mpa，比纯pa6的66.0mpa仍高出47.56mpa，很好地平衡了材料的阻燃性能与力学性能。此外，在冲击性能实验中可知，随着ppa-pf含量的增加，复合材料的冲击强度也呈先增加后下降的趋势。当app/ppa-pf/mel的比值为1：0.20：0.18时，复合材料的冲击强度达到最大，为7.8kjlm2。这表明适量地添加ppa-pf可提高材料的冲击强度，改善材料的力学性能。这主要是因为有机化合物ppa-pf与pa6的相容性较无机阻燃剂好，会减少材料因相容性不佳而造成的物理缺陷。所以，适量地添加ppa-pf会提高材料的力学性能。但随着ppa-pf添加量的进一步增加，由于粉体阻燃剂的总体积增加，使得其在复合材料中分散不均匀，部分团聚造成应力集中而诱发周围基体产生变形和银纹，从而使得复合材料的冲击强度下降。但由于短玻纤的补强增韧作用，弥补了阻燃剂粉体加入所引起的复合材料冲击强度的大幅度降低的缺陷，当炭源ppa-pf的添加量达到阻燃剂的最佳合适比时，复合材料的冲击强度仍达到7.7kj/m2，比纯pa6的6.0kj/m2仍高出许多，很好地平衡了材料的阻燃性能与力学性能。
37.综上，app/ppa-pf/mel是一种阻燃性能优良的无卤阻燃剂，且25wt%添加量的app/ppa-pf/mel，其中，app：ppa-pf：mel=1：0.25：0.18；该种复配阻燃剂可使35wt%短玻纤增强的sgf/pa6材料达到ul-94中的v-0级，且所制备的阻燃材料的力学性能优良，其中拉伸强度为113.56mpa，冲击强度为7.7kj/m2。具体的，复合阻燃剂app/ppa-pf/mel阻燃sgf/pa6材料的阻燃机理主要是：复合阻燃剂受热分解释放出不燃气体稀释了可燃气体的浓度；同时，其脱水炭化形成的炭层搜盖在材料的表面，起到了良好的热壁垒和氧阻隔的作用，进而有效地抑制了材料的进一步燃烧和降解，最终提高了材料的阻燃性能。
38.进一步的，碱式硫酸镁晶须，其英文简称为mos，其化学式为mgso4·
5mg(oh)2·
3h20；其又被称作硫氧镁晶体，其外观为白色粉体，是一种新型的针状短纤维增强无机镁盐材料。碱式硫酸镁晶须的晶须的尺寸很细小，但却具有十分优良的力学性能，因其高强度、高模量以及优良的电气性能，而有广阔的应用领域。碱式硫酸镁晶须除了具有良好的力学性能之外，还兼有优良的阻燃性能。mos作为一种无毒、抑烟环保型阻燃剂，分解温度较高，且具有优异的力学性能备受重视，但mos的阻燃效率不佳，通常需要添加高达50wt%的量才能获得阻燃级高分子材料。mos阻燃作用的机理是：高温下分解释放大量水蒸汽的过程中会吸收部分的燃烧热且释放的大量水蒸气可起到稀释可燃气体的浓度的作用；且高温分解残余的金属化合物会残留在炭层中，该炭层覆盖在基体材料表面，可隔绝或延缓部分的热及空气传递进入基体材料的内部，保护下面的聚合物材料不被进一步燃烧，从而起到良好的阻燃作用。
39.进一步的，将复合阻燃剂app/mos的总添加量控制为25wt%；改变复合阻燃剂中app与mos的配比；进而通过系列的阻燃实验以揭示其对尼龙复合材料阻燃性能的影响，由系列阻燃实验可知，仅添加高聚合度app的阻燃sgf/pa6材料，即使在25wt%的复合阻燃剂的添加量下材料仍不能通过ul-94中v-0级的阻燃等级测试。当阻燃体系中引入mos时，25wt%添加量的app/mos复合阻燃剂中，app：mos=90：10的情况下也可使复合材料达到ul-94中的v-0级。并且，随着协效阻燃剂mos在复合阻燃剂体系中的比例的增加，尼龙复合材料的氧指数值从28.5%增加到33%，此时mos的添加量为复配阻燃剂体系app/mos的15%时。随着mos添加量的进一步增加，材料的loi值开始下降，当复配阻燃剂app/mos中，app：mos=75：25时，复合尼龙材料的loi值降低到31.0%。这表明，适量的添加mos能使构成的复配阻燃剂发挥更高的阻燃效率，赋予材料更优良的阻燃性能。
40.进一步的，将复合阻燃剂app/mos的总添加量控制为25wt%；改变复合阻燃剂中app与mos的配比；进而通过系列的力学性能实验以揭示其对尼龙复合材料阻燃性能的影响，由系列力学性能测试实验可知，随着mos含量的增加，尼龙复合材料的拉伸强度呈先增加后下降的趋势。当mos的添加量为app/mos的20%时，尼龙复合材料的拉伸强度达到最大，为128.35mpa。这表明适量的添加mos会提高材料的冲击性能。这主要是因为mos的针状短纤维结构，具有补强增韧的作用。所以，当尼龙复合材料受外力作用时，紧靠裂纹尖端的晶须会沿着其与基体的接口滑出，产生能量耗散使得裂纹尖端应力松弛，从而减缓了裂纹的进一步扩展，所以适量的添加mos会提高材料的力学性能。但随着mos添加量的进一步增加，由于粉体阻燃剂的总体积增加，使得其在尼龙复合材料中分散不均匀，部分团聚造成应力集中而诱发周围基体产生变形和银纹，从而使得材料的拉伸强度又开始下降。与此同时，由于短玻纤同样的增强增韧作用，也部分弥补了阻燃剂粉体加入所引起的复合材料拉伸强度的大幅度降低的缺陷。当mos的添加量达到复合阻燃剂的最佳合适比时，尼龙复合材料的拉伸强度仍达到125.68mpa，比纯pa6的66.0mpa仍高出59.68mpa，很好地平衡了材料的阻燃性能与力学性能。而对于复合材料的断裂伸长率而言，随着mos含量的增加，尼龙复合材料的断裂伸长率呈现先平缓的增加后迅速的降低。当mos的添加量为复合阻燃剂app/mos的10%时，复合材料的断裂伸长率达到最大，为15.02%。这是因为mos的针状短纤维结构的增韧作用，使得复合材料的断裂伸长率增加，但由于mos的高模量，且其强度大于基体，所以当mos添加量的进一步增加时，复合材料的刚性增加，韧性下降。
41.综上，复合阻燃剂app/mos是一种阻燃性能优良的无卤阻燃剂。当app与mos复配作为阻燃剂时，25wt%的app/mos中，app：mos=85：15时，即可使35wt%短玻纤增强的sgf/pa6材料达到ul-94中的v-0级，且所制备的阻燃材料的力学性能优良，其拉伸强度为125.68mpa，冲击强度为8.6kj/m2。复合阻燃剂app/mos阻燃sgflpa6材料的阻燃机理主要是：该种复合阻燃剂热分解释放出不燃气体的过程中吸收了部分燃烧热的同时也稀释了可燃气体的浓度；高温下降解产生的难挥发的化合物残留在炭层中，该炭层覆盖在材料的表面，有效的抑制材料的进一步燃烧和降解，从而改善了材料的阻燃性能。
42.综上所述，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法中，先以膨胀型阻燃体系app/季戊四醇per/三聚氰胺mel为阻燃剂，将短切玻纤经mel浸泡处理，分别制备了app/per/mel/sgf/pa6与app/per/mel-sgf/pa6的尼龙复合材料，其中，25wt%的app/per/mel可使含35wt%短玻纤增强的pa6/sgf复合材料达到ul-94中的v-0级，且阻燃材料的力学性能优良。在相同的ul-94阻燃级别下，app/per/mel-sgf/pa6复合材料比app/per/mel/sgf/pa6具有更高的loi值。此外，再以多聚磷酸改性的酚醛树脂，即ppa-pf为炭源，将其与高聚合度app和mel构成app/ppa-pf/mel膨胀型阻燃剂，以制备了app/ppa-pf/mel/sgf/pa6阻燃复合材料；其中，25wt%的app/ppa-pf/mel；且，app：ppa-pf：mel=1：0.25：0.18时，该种复配阻燃剂可使含35wt%短玻纤增强的pa6/sgf复合材料达到ul-94中的v-0级，且阻燃效率比另一复配阻燃剂app：pf：mel=1：0.25：0.18的实施例更高，同时，所制备的尼龙阻燃材料还具有优良的力学性能。进一步的，再以碱式硫酸镁晶须mos与高聚合度app复配作为阻燃剂，其中，25wt%的复合阻燃剂app/mos中，app：mos=85：15时的复合阻燃剂可使含35wt%短玻纤增强的pa6/sgf复合材料达到ul-94中的v-0级，且，该种尼龙阻燃材料的力学性能优良。上述三种实施例中所应用的复合阻燃剂均为阻燃性能优良的无卤阻燃剂，所以，本发明一种高聚合度聚磷酸铵阻燃短玻纤增强尼龙材料的方法解决了现有技术中尼龙复合材料所存在的环保性能不足的技术问题。
43.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
44.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。