阻燃聚苯乙烯復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚苯乙烯（PS）是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物，是一種無色透明的熱塑性塑料。因其抗水性和透光度好、耐化學(xué)腐蝕且易加工、著色、價格低廉等優(yōu)點，聚苯乙烯被廣泛應(yīng)用在人們的日常生產(chǎn)生活中。
　　但是，由于聚苯乙烯僅由碳、氫兩種元素構(gòu)成，造成其樹脂極易燃燒，并放出大量有害的煙氣;同時產(chǎn)生熔融現(xiàn)象，極易引發(fā)二次火災(zāi)。從而嚴(yán)重制約了PS樹脂在各行各業(yè)的推廣使用。如果要拓展PS樹脂的應(yīng)用，就必須對PS樹脂進(jìn)行阻燃改性。
　　

2、在對聚合物進(jìn)行阻燃改性時所應(yīng)用到的阻燃劑中，鹵系阻燃劑及無機阻燃劑占到了80％以上。但是傳統(tǒng)鹵系阻燃劑可能會產(chǎn)生“二噁英”等致癌物質(zhì)，對人類及環(huán)境造成了極大的威脅。因此歐盟早在2006年就已實施RoHS禁令，禁止了能夠產(chǎn)生致癌物質(zhì)阻燃劑的應(yīng)用。而對于無機阻燃劑如果要達(dá)到一定的阻燃效果，其添加量要求很大，可是無機阻燃劑與聚合物的相容性差，而且無機填料對于聚合物的力學(xué)性能有很大負(fù)面影響。因此為了在不影響機械性能的基礎(chǔ)上得到一種阻燃性能優(yōu)異，

3、價格低廉的阻燃PS復(fù)合材料。本實驗選擇了目前發(fā)展迅猛的膨脹阻燃劑-聚磷酸銨(APP)和膨脹石墨(EG)來對PS樹脂進(jìn)行阻燃改性。
　　膨脹阻燃劑中比較有代表性的是聚磷酸銨(APP)，其在燃燒受熱后能夠放出氨氣及水蒸氣，形成有脫水性的磷酸等物質(zhì)，在后續(xù)的燃燒過程中，磷酸會使聚合物酯化、脫水、炭化，形成有隔離氧氣及熱量的保護炭層。在阻燃的過程中，僅僅放出氨氣及水蒸氣，毒性大大的小于其他類別的阻燃劑。
　　膨脹石墨(EG)是一種經(jīng)

4、過特殊處理的碳素材料。受熱后(＞230℃)會發(fā)生物理變化而使自身的體積成百倍的增加。膨脹倍率高，低熱量釋放，無污染，是一種優(yōu)良的阻燃劑。本課題利用APP及EG對PS樹脂進(jìn)行阻燃改性，并根據(jù)實驗過程中遇到的問題利用碳酸鈣(CaCO3)對該阻燃體系進(jìn)行了研究及修正。
　　通過極限氧指數(shù)(LOI)測量、UL-94等級判別等方式檢測PS復(fù)合材料阻燃性能;利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)及傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)等表征

5、方法，對其化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面微觀形貌等進(jìn)行分析，探索APP/EG/CaCO3/PS復(fù)合材料阻燃炭層的形成機理。
　　結(jié)果表明:在APP/EG體系中，當(dāng)APP/EG=3∶1時，復(fù)合材料的極限氧指數(shù)(LOI)為27.2，UL-94阻燃等級評定為Ⅴ-1，殘?zhí)柯蕿?7.48％，有少量煙氣產(chǎn)生;而當(dāng)該比例變化為1∶1時，其LOI變化為28％，UL-94阻燃等級評定為Ⅴ-0，殘?zhí)柯蕿?9.68％，熔滴現(xiàn)象消失，沒有煙氣產(chǎn)生。不過由于EG的“爆米花

6、效應(yīng)”，使得在燃燒過程中形成的炭層結(jié)構(gòu)強度小，減弱了阻燃效果。添加碳酸鈣后(APP/EG/CaCO3=20/10/10)，極大的提高了PS樹脂的阻燃效果，復(fù)合材料的LOI升為31.2％，沒有熔融滴落現(xiàn)象，UL-94阻燃等級評定為Ⅴ-0，并且沒有煙霧的產(chǎn)生。殘?zhí)柯室草^APP/EG體系有明顯增加，達(dá)到28.85％。并且炭層更為致密，結(jié)構(gòu)強度增加，更能發(fā)揮出保護與隔離的作用。根據(jù)實驗結(jié)果分析得出APP/EG與APP/EG/CaCO3阻燃體系是