無鹵阻燃聚丙烯-聚氨酯彈性體復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚丙烯(PP)作為一種重要的熱塑性通用塑料，已廣泛應(yīng)用于家裝、電子電氣、汽車和電線電纜等工業(yè)。然而，PP的缺口沖擊性能差，特別是低溫沖擊性能。因此人們致力于PP的改性技術(shù)研究，以追求強(qiáng)度和韌性兼具的PP復(fù)合材料。通常用到最為經(jīng)濟(jì)、有效和簡(jiǎn)單的方法是聚烯烴與彈性體共混，比較常用的彈性體有乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene-co-vinyl acetate EVA)、熱塑性聚氨酯彈性體(Thermoplasticpolyurethan

2、e，TPU)、三元乙丙橡膠(Ethylene-propylene-diene monomer, EPDM)、乙烯-辛烯共聚物(Poly(ethylene-co-octene)，POE)等。TPU具有優(yōu)良的彈性、耐磨性等特點(diǎn)，將TPU與PP進(jìn)行共混，不但可以改善PP的缺口沖擊性能，還可以增強(qiáng)TPU的剛性，實(shí)現(xiàn)二者的優(yōu)化互補(bǔ)。然而，聚合物材料因其分子式中含有碳、氫、氧等元素，都具有可燃性，極大的限制了聚合物材料的應(yīng)用領(lǐng)域，因此，研究聚合物材

3、料的阻燃變得尤為重要。目前聚合物阻燃技術(shù)要求達(dá)到無鹵、無毒、低煙、環(huán)保，膨脹型阻燃劑(Intumescent flame retardants，IFR)是現(xiàn)在研究較多的無鹵阻燃劑之一，通常是由三部分構(gòu)成:酸源、氣源和炭源，其中最典型的例子是:聚磷酸銨(Ammonium polyphosphate，APP)作為酸源，催化炭源和聚合物基體脫水炭化，形成保護(hù)層;三聚氰胺(Melamine，MEL)作為氣源，使前面形成的炭層變成多孔結(jié)構(gòu)，提高阻

4、燃效率;季戊四醇(Pentaerythritol，PER)作為小分子成炭劑，為阻燃體系提供更多的炭源。IFR不僅對(duì)環(huán)境友好，而且阻燃效率要優(yōu)于常用的氫氧化鎂(Magnesium hydroxide，MH)、氫氧化鋁(Aluminium hydroxide，ATH)等無機(jī)阻燃劑。
　　可膨脹石墨(Expandable graphite，EG)是一種新興的無鹵無機(jī)膨脹型阻燃劑，EG在高溫下釋放出的CO2和SO2氣體會(huì)促使EG膨脹，形成

5、具有一定厚度的膨脹炭層，炭層包覆在聚合物表面，起到阻燃效果。此外EG還具有很多優(yōu)異的性能，例如環(huán)境友好，不產(chǎn)生有毒氣體，耐候性強(qiáng)，添加于聚合物中不影響聚合物本身的柔韌性和其它物理性能。
　　本文以PP/TPU作為聚合物基體材料，研究了EG粒徑改變對(duì)PP/TPU復(fù)合材料燃燒行為的影響，并對(duì)無機(jī)阻燃劑的界面改性原理，協(xié)同阻燃機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究。旨在研制出阻燃性能和機(jī)械性能優(yōu)異的無鹵環(huán)保阻燃復(fù)合材料，為實(shí)現(xiàn)無鹵阻燃在工業(yè)上的應(yīng)用

6、提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　1.采用熱重分析、錐形量熱儀、垂直燃燒及力學(xué)性能測(cè)試研究了EG粒徑對(duì)PP/TPU/EG復(fù)合材料熱穩(wěn)定性、燃燒行為和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:EG粒徑越小，PP/TPU/EG復(fù)合材料的阻燃性能和熱穩(wěn)定性越優(yōu)異，復(fù)合材料的強(qiáng)度越大。
　　2.利用兩種不同的界面改性劑（包括硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑）分別對(duì)EG填充PP/TPU阻燃復(fù)合材料的界面經(jīng)行了改性。結(jié)果表明，改性之后

7、，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性變化不大，阻燃性能顯著提高，且硅烷偶聯(lián)劑的改性效果優(yōu)于鈦酸酯偶聯(lián)劑;改性之后EG粒子在PP/TPU中的分散性及界面結(jié)合力得到明顯改善，有利于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　3.選用粒徑為45μm的EG經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理后來阻燃PP/TPU復(fù)合材料，旨在于研究EG含量的變化對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明:隨著EG含量的增多，PP/TPU/EG復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和燃燒行為都得到改善，特別是當(dāng)EG含量為30 phr時(shí)，

8、達(dá)到垂直燃燒Ⅴ-0等級(jí)，阻燃性能優(yōu)異，但復(fù)合材料的力學(xué)性能隨著EG含量的增加而劣化嚴(yán)重。
　　4.采用紅磷母粒（RPM）作為EG的協(xié)同阻燃劑，研究了協(xié)同阻燃劑RPM對(duì)PP/TPU/EG三元復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:RPM的加入可明顯改善PP/TPU/EG/RPM阻燃復(fù)合材料的燃燒行為，達(dá)到垂直燃燒Ⅴ-0級(jí)，熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能提高，表明RPM和EG在阻燃PP/TPU時(shí)表現(xiàn)出良好的協(xié)同作用。
　　5.利用三聚氰