HIPS-OMMT復(fù)合材料炭化過程與阻燃機(jī)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(jī)蒙脫土（OMMT）含量及不同OMMT片層取向的HIPS/OMMT納米復(fù)合材料，并通過錐形量熱儀評價了復(fù)合材料的阻燃性能；采用數(shù)碼相機(jī)、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(fù)合材料不同燃燒階段的剩余殘余物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析；結(jié)合實驗結(jié)果，對聚合物/層狀硅酸鹽（PLS）納米復(fù)合材料固體殘留物的結(jié)構(gòu)（粗結(jié)構(gòu)及

2、細(xì)結(jié)構(gòu)）與阻燃性能的關(guān)系、炭化過程以及PLS納米復(fù)合材料的阻燃機(jī)理過程等進(jìn)行了研究。
　　 對HIPS/OMMT、HIPS/OMMT/氧化鎳（NiO）及HIPS/MMT復(fù)合材料的錐形量熱儀實驗研究結(jié)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(fù)配可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的阻燃性能，而HIPS/MMT復(fù)合材料的燃燒性能提高不明顯；XRD及TEM結(jié)果表明，OMMT片層能均勻的分布在聚合物基體中

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

4、余物的炭化過程及其阻燃作用，結(jié)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(yīng)，能降低材料的熱釋放速率；HIPS/OMMT/NiO復(fù)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(wǎng)絡(luò)空隙中，導(dǎo)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(jié)構(gòu)及細(xì)結(jié)

5、構(gòu)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(qū)動的遷移理論不盡合理，對此有待進(jìn)一步研究。
　　 本文綜合實驗結(jié)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(wǎng)絡(luò)的觀點，即HIPS/OMMT復(fù)合材料燃燒過程中由于OMMT中插層劑的分解，納米復(fù)合結(jié)構(gòu)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(wǎng)