PP-蒙脫土納米復(fù)合材料炭層結(jié)構(gòu)與阻燃性研究.pdf

1、本研究以聚丙烯(PP)為研究對象，采用熔融插層法制備了不同有機(jī)蒙脫土(OMMT)含量及不同無機(jī)蒙脫土(MMT)含量的PP-蒙脫土納米復(fù)合材料，并通過透射電鏡(TEM)觀察了蒙脫土在聚合物基體中的分散情況。采用錐形量熱儀評價這種納米復(fù)合材料的阻燃性能；采用數(shù)碼相機(jī)、掃描電鏡(SEM)、熱失重分析儀及X射線衍射(XRD)對這種納米復(fù)合材料不同燃燒階段燃燒殘余物的表面和斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析；結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對PP基聚合物/層狀硅酸鹽(PLS)

2、納米復(fù)合材料不同燃燒階段的炭渣結(jié)構(gòu)與阻燃性能的關(guān)系、炭化過程等進(jìn)行了研究。
　　 對純PP、PP/OMMT及PP/MMT復(fù)合材料的錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，OMMT的加入可以顯著提高PP以熱釋放速率和質(zhì)量損失速率表征的燃燒性能，而PP/MMT復(fù)合材料的燃燒性能提高不明顯；XRD及TEM結(jié)果表明，OMMT片層能均勻的分布在聚合物基體中，使復(fù)合材料的層間距有所擴(kuò)大，形成插層復(fù)合結(jié)構(gòu)，而MMT不能與聚合物形成插層復(fù)合結(jié)構(gòu)；通過SEM

3、對不同OMMT含量的PP/OMMT復(fù)合材料殘留炭渣層橫斷面結(jié)構(gòu)的分析研究表明，炭渣結(jié)構(gòu)隨著OMMT含量的增加，其致密度增加，復(fù)合材料的炭渣結(jié)構(gòu)對其阻燃性有顯著的影響。
　　 本研究重點(diǎn)討論了PP基PLS納米復(fù)合材料在錐形量熱儀燃燒過程中不同燃燒階段的樣品殘余物結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而分析了殘余物的炭化過程及其阻燃作用。結(jié)果表明，未完全燃燒殘余物整個燃燒斷面可分為三部分：皮層、蜂窩層及熔融泡結(jié)構(gòu)層。相對致密的皮層可減少完全燃燒的程度，起到物

4、理熱屏蔽效應(yīng)，能降低材料的熱釋放速率；膨脹的蜂窩層可以擴(kuò)充燃燒殘余物體積，也有一定的阻燃作用；泡結(jié)構(gòu)層在進(jìn)一步的燃燒過程中逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉涓C結(jié)構(gòu)層，所以在燃燒過程中蜂窩層一直增厚。蒙脫土片層的橫向聚集成片表明了現(xiàn)行的低表面能驅(qū)動的遷移理論不盡合理，對此有待進(jìn)一步研究。
　　 通過研究PP/OMMT納米復(fù)合材料在用錐形量熱儀模擬的不同燃燒階段所形成的結(jié)構(gòu)來了解燃燒殘余物形成過程及其阻燃作用。研究發(fā)現(xiàn)，在燃燒過程中該復(fù)合材料形成了一個混

5、合的皮層，該皮層的上部分由炭層構(gòu)成，下部分則是非炭層。在炭層和熔融聚合物中所有的蒙脫土片層都剝離了。炭層有明顯的雙層碳結(jié)構(gòu)，其頂層是薄薄的致密表皮炭層，表層以下則是疏松的蜂窩狀的炭層。表皮炭層結(jié)構(gòu)由聚集體薄炭層和許多小空穴組成，而蜂窩狀結(jié)構(gòu)由聚集體薄炭層和大量的空穴及空隙組成。隨著燃燒的進(jìn)行，皮層厚度變化很小，泡結(jié)構(gòu)逐漸減少，蜂窩層的厚度不斷增加，直到最后形成全是皮層-蜂窩層結(jié)構(gòu)。燃燒過程中，蒙脫土片層組成了聚集體并進(jìn)一步形成納米顆粒網(wǎng)