HIPS熔融插層硅酸鹽復(fù)合材料及阻燃優(yōu)化研究.pdf

1、本文運(yùn)用不同的表征手段研究了高抗沖聚苯乙烯/有機(jī)蒙脫土(HIPS/OMMT)復(fù)合材料的阻燃性能，微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)；并在此基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)阻燃體系，包括四溴雙酚A/三氧化二銻(TBBPA-Sb2O3)體系，十溴聯(lián)苯醚/三氧化二銻(DBDPO-Sb2O3)體系，紅磷/酚醛樹(shù)脂(RP/PFR)體系和聚磷酸銨(APP)體系分別與有機(jī)蒙脫土(OMMT)并用對(duì)HIPS進(jìn)行阻燃優(yōu)化研究，主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.將鈉基蒙脫土(Na+-MMT)

2、用十六烷基三甲基溴化銨進(jìn)行有機(jī)化改性，制成有機(jī)蒙脫土，利用X射線衍射和掃描電子顯微鏡分別對(duì)Na+-MMT和OMMT進(jìn)行表征，研究結(jié)果表明：蒙脫土的層間距由處理前的1.52nm增加為2.25nm，處理后的蒙脫土具有明顯的分層現(xiàn)象，片層之間變得比較松散，表明Na+-MMT經(jīng)有機(jī)插層劑改性后，插層劑插入了蒙脫土的片層之間，使其片層間距被撐大。 2.采用擠出工藝，熔融插層制備HIPS/OMMT復(fù)合材料和HIPS/Na+-MMT復(fù)合物，利

3、用X射線衍射和透射電子顯微鏡表征復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIPS/OMMT復(fù)合材料的X射線衍射特征峰消失，OMMT的片層被剝離并無(wú)規(guī)分散于HIPS基體當(dāng)中，形成了剝離型的HIPS/OMMT復(fù)合材料。應(yīng)用錐形量熱儀評(píng)價(jià)復(fù)合材料的阻燃性能，研究結(jié)果表明：與純的HIPS相比，HIPS/OMMT復(fù)合材料的阻燃性和抑煙性均有所提高，且隨OMMT添加量的增加提高愈明顯，而HIPS/Na+-MMT復(fù)合物的阻燃效果明顯不如HIPS/OMMT復(fù)合材料

4、效果好；OMMT的粒徑、擠出溫度和擠出速度對(duì)HIPS/OMMT復(fù)合材料的阻燃性影響不大；同時(shí)，氧指數(shù)測(cè)試結(jié)果表明：HIPS/OMMT復(fù)合材料的氧指數(shù)提高幅度不如錐形量熱儀測(cè)試結(jié)果明顯，這與兩種測(cè)試方法的燃燒模式不同有關(guān)。通過(guò)對(duì)HIPS/OMMT復(fù)合材料燃燒特性的研究和微觀結(jié)構(gòu)的分析，推斷HIPS/OMMT復(fù)合材料的阻燃性能主要來(lái)自蒙脫土無(wú)機(jī)片層的屏障阻隔作用，由于這種物理阻隔作用的阻燃機(jī)理比較單一，因此對(duì)聚合物阻燃性能的提高比較有限，為

5、了進(jìn)一步提高插層復(fù)合材料的阻燃性能，并從實(shí)用性阻燃評(píng)價(jià)角度考慮，設(shè)想將傳統(tǒng)阻燃方法與插層復(fù)合方法相結(jié)合對(duì)聚合物進(jìn)行阻燃。 3.采用熔融法制備包括傳統(tǒng)阻燃劑和有機(jī)蒙脫土并用體系的阻燃HIPS復(fù)合材料，應(yīng)用掃描電子顯微鏡觀察四溴雙酚A/三氧化二銻體系、紅磷/酚醛樹(shù)脂體系與OMMT并用阻燃HIPS樣品燃燒殘?jiān)奈⒂^結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)OMMT的無(wú)機(jī)片層松散地堆積在一起，且由于燃燒而發(fā)生卷曲，與HIPS/OMMT復(fù)合材料燃燒殘?jiān)趻呙桦婄R中的結(jié)構(gòu)

6、完全相似，表明在傳統(tǒng)阻燃劑存在的情況下，仍然可以形成插層或剝離復(fù)合結(jié)構(gòu)。錐形量熱儀和氧指數(shù)儀測(cè)試結(jié)果表明，與僅添加OMMT時(shí)的HIPS/OMMT復(fù)合材料相比，溴-銻阻燃劑(TBBPA-Sb2O3和DBDPO-Sb2O3體系)、紅磷/酚醛樹(shù)脂體系、聚磷酸銨體系與OMMT并用阻燃HIPS樣品的熱釋放速率及其峰值，質(zhì)量損失速率均有所降低，火災(zāi)性能指數(shù)和氧指數(shù)值均有明顯增加，表明復(fù)合材料的阻燃性能均得到進(jìn)一步提高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)TBBPA、Sb2O3

7、和OMMT之間表現(xiàn)出一定的阻燃協(xié)同效應(yīng)；紅磷/酚醛樹(shù)脂體系、聚磷酸銨體系阻燃的HIPS/OMMT復(fù)合材料的抑煙性能均得到進(jìn)一步改善，但溴-銻阻燃劑的加入會(huì)導(dǎo)致燃燒過(guò)程生煙速率和生煙量的增加。以上研究結(jié)果表明，將傳統(tǒng)阻燃劑與插層方法結(jié)合起來(lái)對(duì)聚合物進(jìn)行阻燃，一方面不僅能夠發(fā)揮傳統(tǒng)阻燃劑阻燃效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且可以保留聚合物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料阻燃性能的某些特點(diǎn)，如生煙性低等；另一方面可以得到較好的實(shí)用性阻燃評(píng)價(jià)結(jié)果，因此是提高聚合物阻燃性能