有機化坡縷石黏土-膨脹型阻燃聚丙烯復合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚丙烯(PP)具有綜合力學性能好、耐熱性、無毒、質輕、耐腐蝕、易加工回收，且原料來源豐富、價格便宜等優(yōu)良性能，因此，PP被廣泛應用于電器、家具、機械、汽車和建筑等眾多領。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，開發(fā)無鹵、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問題。
　　膨脹型阻燃劑(IFR)具有阻燃效率高、低煙、低毒、無腐蝕氣體釋放等優(yōu)點，是近年來國內

2、外廣為關注的新型復合型阻燃劑。但IFR存在添加量大、與PP相容性差、易吸潮等不足，因此將它與其他類型的阻燃劑進行復配來克服這些問題，進一步拓展聚丙烯的應用領域。本論文將有機化坡縷石黏土(OPGS)應用到膨脹型阻燃聚丙烯復合材料中，發(fā)現(xiàn)OPGS在該復合材料中具有協(xié)效作用。同時研究了OPGS在經典膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯復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合材料中的協(xié)效阻燃性能。通過有限氧指數(shù)法(LOI)、垂直

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

4、部分：PP/IFR/有機化坡縷石黏土復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)，有機化坡縷石黏土(OPGS)作為膨脹型阻燃劑的協(xié)效劑和復合材料的力學性能改性劑，填充到聚丙烯復合材料中，制備出了PP/IFR/OPGS復合材料。通過有限氧指數(shù)法(LOI)、垂直燃燒測定儀(UL-94）、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TGA)及力學性能測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膨脹型阻燃聚丙烯復合材料的阻燃性能、機械性能及熱穩(wěn)定性能的影響。通過研究阻燃劑不同的添加量，結果表明添加的膨脹型阻燃劑APP/PER質量比為3:1，用質量分數(shù)2%的OPGS代替等質量的IFR時，復合材料的LOI從30.3％增加到36.0％，拉伸強度和沖擊強度也分別達到了26.29 MPa和38.80 MPa，該復合材料有更好地阻燃性能，力學性能也得到了改善。TGA測試結果表明，在高溫時，合適比例的OPG

6、S的添加量，增加了復合材料碳殘基的穩(wěn)定性。對復合材料進行SEM測試，合適比例的OPGS的添加量，其碳層比較結實和緊密，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合材料的阻燃性能。
　　第三部分：PP/PA-APP/有機化坡縷石黏土復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，有機化坡縷石黏土(OPGS)作為膨脹型阻燃劑的協(xié)效劑和復合材料的

7、力學性能改性劑，填充到聚丙烯復合材料中，制備出了PP/PA-APP/OPGS復合材料。通過有限氧指數(shù)法(LOI)、垂直燃燒測定儀(UL-94)、掃描電鏡(SEM)、熱失重分析(TGA)及力學性能測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膨脹型阻燃聚丙烯復合材料的阻燃性能、機械性能及熱穩(wěn)定性能的影響。通過研究了基體、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量的75%和70%，用質量分數(shù)2%的OPGS分別代替等質

8、量的PA-APP時，該復合材料的阻燃性都有了提高。實驗得出基體的添加量為70%，PA-APP的添加量為28%時，OPGS的添加量為2%時，LOI為36.7%達到最大，同時該復合材料的拉伸強度和彎曲強度都有所增加。TGA測試結果表明，在高溫時，在OPGS的添加量為總質量的2%時，復合材料的穩(wěn)定性最好。對復合材料進行SEM測試，在OPGS的添加量為總質量的2%時，其碳層也更結實和緊密，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合