HIPS-OMMT復合材料炭化過程與阻燃機理研究.pdf

1、本研究以高抗沖聚苯乙烯（HIPS）為研究對象，采用熔融插層法制備了不同有機蒙脫土（OMMT）含量及不同OMMT片層取向的HIPS/OMMT納米復合材料，并通過錐形量熱儀評價了復合材料的阻燃性能；采用數(shù)碼相機、掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、DBP吸油值法及氣體吸附法等對復合材料不同燃燒階段的剩余殘余物的內部結構進行了對比分析；結合實驗結果，對聚合物/層狀硅酸鹽（PLS）納米復合材料固體殘留物的結構（粗結構及

2、細結構）與阻燃性能的關系、炭化過程以及PLS納米復合材料的阻燃機理過程等進行了研究。
　　 對HIPS/OMMT、HIPS/OMMT/氧化鎳（NiO）及HIPS/MMT復合材料的錐形量熱儀實驗研究結果表明，OMMT的加入可以顯著提高HIPS以熱釋放速率表征的燃燒性能，NiO與OMMT復配可以進一步提高復合材料的阻燃性能，而HIPS/MMT復合材料的燃燒性能提高不明顯；XRD及TEM結果表明，OMMT片層能均勻的分布在聚合物基體中

3、，使復合材料的層間距有所擴大，形成插層復合結構，而MMT不能與聚合物形成插層復合結構；通過SEM對不同OMMT含量的HIPS/OMMT復合材料殘留炭渣層橫斷面結構的分析研究提出了殘留物粗、細二元結構的新型結構模型，且結合空隙率測試結果表明，這些炭渣結構隨著OMMT含量的增加，其致密度增加，復合材料的炭渣結構對其阻燃性有顯著的影響。
　　 本研究重點討論了復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構變化，進而分析了殘

4、余物的炭化過程及其阻燃作用，結果表明，未完全燃燒殘余物整個燃燒斷面可分為三部分：上部高度裂解層、中部部分裂解層及底部未裂解層，而且在表皮上形成了大量的炭黑聚集體，炭黑聚集體的生成可減少完全燃燒的程度，起到物理熱屏蔽效應，能降低材料的熱釋放速率；HIPS/OMMT/NiO復合材料燃燒過程中納米NiO粒子填充、堵塞到蒙脫土片層的三維網絡空隙中，導致炭層的致密度變大，從而使得材料的阻燃性能有所提高；豎直取向的PLS材料燃燒過程中，粗結構及細結

5、構中的蒙脫土片層多以豎直取向分布并彼此聚集成大片層，阻燃效果較差。蒙脫土片層的橫向聚集成片表明了現(xiàn)行的低表面能驅動的遷移理論不盡合理，對此有待進一步研究。
　　 本文綜合實驗結果和理論分析提出了蒙脫土片層熱變形吸附聚集成炭層網絡的觀點，即HIPS/OMMT復合材料燃燒過程中由于OMMT中插層劑的分解，納米復合結構坍塌，在高溫、燃燒火焰、下層涌上氣泡的擾動等因素的影響下，蒙脫土片層彎曲變形，坍塌的彎曲蒙脫土片層相互吸附搭建成三維網