原位氣泡拉伸法分散規(guī)律及納米鎂基聚合物阻燃抑煙復合材料的研究.pdf

1、納米粉體與聚合物復合可以改善聚合物材料的物理性能和功能特性，特別是在納米粉體由于自身的結(jié)構(gòu)和物理特性而具有特殊功能的情況下。但是，由于納米粉體的粒度小，比表面積大，表面能高，處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，在與聚合物混合加工過程中遇熱、力等作用，往往團聚成幾百納米甚至微米尺度的顆粒，從而喪失納米粒子特有的功能和作用，因此在制備過程中實現(xiàn)納米粒子在聚合物中的納米級分散是實現(xiàn)復合材料優(yōu)異性能的關(guān)鍵。ISBS方法是近年來提出的用于分散聚合物納米團聚體的新

2、的方法，它是利用聚合物發(fā)泡過程中氣泡高速膨脹對周圍的聚合物熔體產(chǎn)生快速拉伸作用，使得無機納米團聚體實現(xiàn)納米尺度分散的方法。是利用物理發(fā)泡劑的壓力能或化學發(fā)泡劑受熱分解所釋放出的化學能引發(fā)常規(guī)機械分散方法所難以獲得的高拉伸場。 本文在前人對氣泡膨脹過程理論研究的基礎(chǔ)上，利用氣泡膨脹過程的基本方程，對ISBS過程的拉伸場進行理論研究和實驗研究。研究結(jié)果表明，氣泡內(nèi)初始壓力和氣泡初始半徑是影響氣泡表面拉伸速率的主要因素；ISBS方法對

3、納米團聚體的分散不僅局限于氣泡表面，距離氣泡表面一定距離的聚合物熔體中的納米團聚體仍然有很好的分散作用。在通常情況下，控制不同的氣泡初始壓力和氣泡初始半徑，可以在距離氣泡表面幾十微米范圍內(nèi)對納米團聚體的分散高于一般的雙螺桿擠出機的分散能力。 用ISBS方法制備聚合物納米復合材料并首次進行了性能測試，ISBS方法可以使納米團聚體得到較好的分散，分散后粒徑較小的無機粒子與聚合物基體之間具有較強的相互作用，通過磨粉消除氣泡后，被聚合物

4、包裹的納米粒子不會重新團聚；力學性能測試結(jié)果表明，用ISBS方法制備的復合材料的力學性能比普通雙螺桿剪切分散方法制備的復合材料的力學性能有非常大的改善，并且在較高添加量的情況下仍然具有較好的力學性能。 無機阻燃劑的納米化、表面改性、不同阻燃劑的復配以及抑煙化是當前阻燃劑發(fā)展的新方向。本文用不同的偶聯(lián)劑對納米氫氧化鎂進行表面改性和用馬來酸酐對LDPE進行改性制備LDPE/nano-Mg(OH)2復合材料。TEM分析表明，納米氫氧化

5、鎂在基體樹脂中實現(xiàn)了較好的分散。在納米氫氧化鎂添加量相同的情況下，雖然LOI沒有發(fā)生明顯的改變，但是力學性能卻得到了顯著提高。納米氫氧化鎂與紅磷復合后發(fā)生了協(xié)同效應(yīng)，LOI得到了明顯提高，力學性能也沒發(fā)生明顯的改變。對PVC/nano-LDHs(納米水滑石)復合材料的抑煙性能研究表明，潤滑劑等加工助劑的加入會促進PVC燃燒時發(fā)煙，增大燃燒時的發(fā)煙量。LDHs對PVC材料的抑煙機理主要表現(xiàn)在：隨著溫度的提高，降低了HCl的質(zhì)量損失，提高了

6、第二降解峰的溫度，使PVC熱降解殘余炭量明顯增加，LDHs分解形成的LDO在PVC脫HCl過程中起到了吸收HCl、穩(wěn)定炭骨架的作用。母料法制備的復合材料能使LDHs在PVC基體中得到更好的分散，具有更大的比表面積，更有助于PVC穩(wěn)定性的提高，提高殘?zhí)苛?。LDHs的加入對PVC的力學性能的影響不是很大，雖然彎曲強度有所下降但下降的幅度很小，能夠滿足建筑材料的性能要求；拉伸強度和斷裂伸長率以及材料的熱變形溫度都有所提高。說明LDHs的加入克