阻燃PBT及其合金納米復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)是一種重要的半結(jié)晶型工程塑料，具有結(jié)晶速率快，耐溶劑性、耐熱性好，加工性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)，但也存在易于燃燒、缺口沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度低等缺點(diǎn)。本文在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合作者所在課題組的相關(guān)工作，綜述了PBT的改性研究，包括PBT的阻燃，聚合物/粘土納米復(fù)合材料和PBT合金的最新研究進(jìn)展。針對PBT目前在阻燃性能，力學(xué)性能和熱性能等方面存在的問題，從材料設(shè)計(jì)角度出發(fā)詳細(xì)討論影響PBT綜合性能的諸多因素，優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)方案。首先，采用MA和TPP復(fù)配使用實(shí)現(xiàn)PBT的無鹵阻燃，研究阻燃PBT的結(jié)構(gòu)和性能，并討論其阻燃機(jī)理。使用改性劑CPC制備高熱穩(wěn)定性的有機(jī)土OMTCPC，然后通過熔融共混方法制備PBT/OMTCPC納米復(fù)合材料，研究其結(jié)構(gòu)與熱性能之間的關(guān)系；為簡化工藝流程，采用簡易方法制備PBT納米復(fù)合材料，研究MMT與CPC的相對比例對結(jié)構(gòu)和性能的影響以及其納米復(fù)合材料的形成機(jī)理；同時(shí)在阻燃PBT的基礎(chǔ)上，研究有機(jī)土與阻燃劑復(fù)配使用時(shí)的相互作用。

3、接著，制備PBT/ABS合金納米復(fù)合材料，討論共混次序不同對材料結(jié)構(gòu)和熱性能的影響。最后，為了制備綜合性能優(yōu)良的PBT材料，將無鹵阻燃、粘土納米復(fù)合和合金化三種技術(shù)相結(jié)合，逐步研究討論加工條件，酯交換抑制劑，組成配比，相容劑含量，阻燃劑，玻璃纖維和有機(jī)土等因素對PBT/PC合金的結(jié)構(gòu)與性能的影響。 歸納起來，本論文主要由以下五部分的研究內(nèi)容組成：(1)MA和TPP復(fù)配使用實(shí)現(xiàn)了PBT的無鹵阻燃，即添加30wt.％(MA+TPP=

4、1：2)到PBT中，LOI由20.9增至26.6，通過UL94V-0級。SEM和DSC顯示MA和TPP在PBT基體中分散均勻，且阻燃劑加快PBT的結(jié)晶速率，增加其結(jié)晶度。TGA、動(dòng)態(tài)FTIR和裂解/GC/MS實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MA和TPP的阻燃機(jī)理為氣相和凝固相機(jī)理的結(jié)合，MA和TPP在加熱過程中與PBT發(fā)生相互作用，改變了PBT氣相和固相熱解產(chǎn)物的組成，并促進(jìn)成炭。 (2)通過離子交換法，使用不同相對比例的CPC對天然蒙脫土進(jìn)行有機(jī)

5、改性。XRD和FTIR分析表明當(dāng)mMMT：mCPC=1：1時(shí)形成最佳的有機(jī)土結(jié)構(gòu)；TGA和XRD結(jié)果顯示OMTCPC比OMTC16具有更高的熱穩(wěn)定性，適合于PBT的高溫熔融加工。 (3)采用熔融插層法，制備PBT/OMTCPC納米復(fù)合材料，XRD，TEM，HREM，TGA和DSC等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PBT/OMTCPC納米復(fù)合材料形成了插層-層離并存結(jié)構(gòu)，而PBT/OMTC16納米復(fù)合材料則形成典型的插層型結(jié)構(gòu)；與純PBT相比，PBT

6、/OMTCPC納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性下降不顯著，而600℃成炭量增加，并且其熔融溫度，結(jié)晶速率和結(jié)晶度均增加。為簡化工藝流程，采用簡易方法即MMT與CPC先研磨混勻，再和PBT熔融共混成功制備PBT/MMT/CPC納米復(fù)合材料。XRD，TEM研究表明MMT和CPC以3：1的重量比添加時(shí)形成最佳形貌，TGA和錐形量熱儀分析表明該納米復(fù)合材料的的熱穩(wěn)定性和阻燃性能都顯著提高，同時(shí)對其納米復(fù)合材料的形成機(jī)理進(jìn)行了初步探討。在阻燃PBT的基礎(chǔ)上，

7、UL94測試顯示OMT與PTFE之間有協(xié)同增強(qiáng)作用，而OMT與MA卻存在反協(xié)效作用。 (4)通過熔融共混方法，使用EMG作反應(yīng)相容劑制備了PBT/ABS合金納米復(fù)合材料。SEM，XRD，TEM和HREM等分析表明共混次序的不同會(huì)導(dǎo)致OMT在PBT，ABS兩相中會(huì)發(fā)生自組裝現(xiàn)象，優(yōu)先聚集在PBT相中，同時(shí)還會(huì)改變PBT和ABS兩相結(jié)構(gòu)。廣角X射線衍射研究顯示在合金納米復(fù)合材料中PBT晶體因ABS和OMT添加次序不同會(huì)發(fā)生不同的擇優(yōu)

8、取向生長。TGA和DSC分析表明PBT/ABS合金納米復(fù)合材料雖然熱穩(wěn)定性得到提高，結(jié)晶度也增加，但不同的共混次序仍然導(dǎo)致這些性能產(chǎn)生差異。 (5)為了制備綜合性能更優(yōu)良的PBT材料，逐步研究討論了加工條件，酯交換抑制劑，組分配比，相容劑含量，阻燃劑，玻璃纖維和有機(jī)土等因素對PBT/PC合金結(jié)構(gòu)與性能的影響。力學(xué)性能測試，SEM，DSC，TGA，UL94和XRD等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在沒有添加酯交換抑制劑的條件下，增加熔融共混時(shí)間，導(dǎo)

9、致合金缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率降低，且酯交換反應(yīng)抑制PBT的結(jié)晶，降低熔融溫度和結(jié)晶度；添加酯交換抑制劑TPPi可使缺口沖擊強(qiáng)度增大，但拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和模量降低；PBT/PC合金的缺口沖擊強(qiáng)度隨著PC的含量增加而增加，可是隨著PC含量增加，由于PC會(huì)抑制PBT的結(jié)晶使得PBT的多重熔融現(xiàn)象逐漸消失；PBT/PC合金缺口沖擊強(qiáng)度隨著相容劑AX8900含量的增加而增加，而拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度卻逐漸減?。惶砑幼枞紕┦箻悠啡笨跊_擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)