有機(jī)化坡縷石黏土-膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚丙烯(PP)具有綜合力學(xué)性能好、耐熱性、無(wú)毒、質(zhì)輕、耐腐蝕、易加工回收，且原料來(lái)源豐富、價(jià)格便宜等優(yōu)良性能，因此，PP被廣泛應(yīng)用于電器、家具、機(jī)械、汽車(chē)和建筑等眾多領(lǐng)。但是PP的極限氧指數(shù)(LOI)很低，只有17.6％，易燃且伴有熔滴現(xiàn)象，使該材料的使用范圍受限，因此，開(kāi)發(fā)無(wú)鹵、低煙、低毒、環(huán)境友好型的阻燃劑已成為阻燃聚丙烯研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　膨脹型阻燃劑(IFR)具有阻燃效率高、低煙、低毒、無(wú)腐蝕氣體釋放等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)

2、外廣為關(guān)注的新型復(fù)合型阻燃劑。但I(xiàn)FR存在添加量大、與PP相容性差、易吸潮等不足，因此將它與其他類(lèi)型的阻燃劑進(jìn)行復(fù)配來(lái)克服這些問(wèn)題，進(jìn)一步拓展聚丙烯的應(yīng)用領(lǐng)域。本論文將有機(jī)化坡縷石黏土(OPGS)應(yīng)用到膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料中，發(fā)現(xiàn)OPGS在該復(fù)合材料中具有協(xié)效作用。同時(shí)研究了OPGS在經(jīng)典膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯復(fù)合材料中和在集酸源、碳源和氣源于一體的新型膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯復(fù)合材料中的協(xié)效阻燃性能。通過(guò)有限氧指數(shù)法(LOI)、垂直

3、燃燒測(cè)定儀(UL-94）、力學(xué)性能、掃描電鏡(SEM)及熱失重分析(TGA)等表征測(cè)試方法，研究了基體不同的添加量和阻燃劑不同的配比對(duì)膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能、機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性能的影響。
　　本論文由以下三部分組成：
　　第一部分：文獻(xiàn)綜述
　　本部分重點(diǎn)對(duì)膨脹型阻燃聚丙烯的研究進(jìn)展、常用的無(wú)鹵阻燃劑分類(lèi)及機(jī)理、協(xié)效阻燃劑的分類(lèi)、坡縷石黏土的應(yīng)用現(xiàn)狀分別進(jìn)行了介紹，并提出了本課題的選題意義。
　　第二

4、部分：PP/IFR/有機(jī)化坡縷石黏土復(fù)合材料的制備及性能研究
　　以多聚磷酸銨(APP)為酸源和氣源、季戊四醇(PER)為碳源組成膨脹型阻燃劑(IFR)，有機(jī)化坡縷石黏土(OPGS)作為膨脹型阻燃劑的協(xié)效劑和復(fù)合材料的力學(xué)性能改性劑，填充到聚丙烯復(fù)合材料中，制備出了PP/IFR/OPGS復(fù)合材料。通過(guò)有限氧指數(shù)法(LOI)、垂直燃燒測(cè)定儀(UL-94）、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TGA)及力學(xué)性能測(cè)試等方法研究了膨脹型阻燃劑不

5、同的配比和協(xié)效阻燃劑不同的添加量對(duì)膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能、機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性能的影響。通過(guò)研究阻燃劑不同的添加量，結(jié)果表明添加的膨脹型阻燃劑APP/PER質(zhì)量比為3:1，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的OPGS代替等質(zhì)量的IFR時(shí)，復(fù)合材料的LOI從30.3％增加到36.0％，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度也分別達(dá)到了26.29 MPa和38.80 MPa，該復(fù)合材料有更好地阻燃性能，力學(xué)性能也得到了改善。TGA測(cè)試結(jié)果表明，在高溫時(shí)，合適比例的OPG

6、S的添加量，增加了復(fù)合材料碳?xì)埢姆€(wěn)定性。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行SEM測(cè)試，合適比例的OPGS的添加量，其碳層比較結(jié)實(shí)和緊密，提高了炭層的耐熱氧化能力，能更有效的隔絕氧氣和熱的傳遞，從而提高了膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能。
　　第三部分：PP/PA-APP/有機(jī)化坡縷石黏土復(fù)合材料的制備及性能研究
　　將制得的哌嗪-多聚磷酸銨(PA-APP)作為酸源、碳源和氣源，有機(jī)化坡縷石黏土(OPGS)作為膨脹型阻燃劑的協(xié)效劑和復(fù)合材料的

7、力學(xué)性能改性劑，填充到聚丙烯復(fù)合材料中，制備出了PP/PA-APP/OPGS復(fù)合材料。通過(guò)有限氧指數(shù)法(LOI)、垂直燃燒測(cè)定儀(UL-94)、掃描電鏡(SEM)、熱失重分析(TGA)及力學(xué)性能測(cè)試等方法研究了膨脹型阻燃劑和協(xié)效劑的不同添加量對(duì)膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的阻燃性能、機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性能的影響。通過(guò)研究了基體、膨脹型阻燃劑和協(xié)效劑不同的添加量，發(fā)現(xiàn)基體的添加量分別為總質(zhì)量的75%和70%，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的OPGS分別代替等質(zhì)

8、量的PA-APP時(shí)，該復(fù)合材料的阻燃性都有了提高。實(shí)驗(yàn)得出基體的添加量為70%，PA-APP的添加量為28%時(shí)，OPGS的添加量為2%時(shí)，LOI為36.7%達(dá)到最大，同時(shí)該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都有所增加。TGA測(cè)試結(jié)果表明，在高溫時(shí)，在OPGS的添加量為總質(zhì)量的2%時(shí)，復(fù)合材料的穩(wěn)定性最好。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行SEM測(cè)試，在OPGS的添加量為總質(zhì)量的2%時(shí)，其碳層也更結(jié)實(shí)和緊密，提高了炭層的耐熱氧化能力，從而提高了膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合