膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料制備、性能與機(jī)理的研究.pdf

1、聚丙烯(PP)以其優(yōu)異的力學(xué)性能以及密度小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)而廣泛用于汽車、家電、建筑等行業(yè)，但是聚丙烯容易燃燒。本文在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，對阻燃劑研究進(jìn)展、聚丙烯的最新阻燃技術(shù)以及PP/EPDM熱塑彈性體阻燃技術(shù)進(jìn)行了綜述。采用熔融法制備了膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料，研究了材料熱穩(wěn)定性能和燃燒性能，著重討論了三聚氰胺磷酸鹽(MP)/季戊四醇(PER)膨脹型阻燃體系對阻燃聚丙烯材料性能的影響。本文還就膨脹型阻燃體系在聚丙烯/三元乙丙橡膠(E

2、PDM)熱塑彈性體系的阻燃應(yīng)用進(jìn)行了研究，并采用動(dòng)態(tài)硫化方法制備出性能較好的PP/EPDM膨脹型阻燃材料。 本論文歸納起來主要分以下三個(gè)部分： 本論文的第一部分通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)對膨脹型阻燃劑，包括三聚氰胺(M)、三聚氰胺磷酸鹽(MP)、季戊四醇(PER)及其復(fù)合物的熱分解特性進(jìn)行研究。采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法對膨脹阻燃劑在惰性氣氛下的熱裂解氣相產(chǎn)物進(jìn)行分析，而膨脹阻燃劑的空氣條件下的熱解氣相產(chǎn)物采用氣體紅外分析儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測

3、，另外，采用實(shí)時(shí)紅外的方法對膨脹阻燃劑在空氣條件下的固相的熱解反應(yīng)也進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，M熱解時(shí)主要是放出氨氣并伴有自身的升華；MP作為氣源和酸源為一體的阻燃劑，除了放出氨氣外，還發(fā)生脫水反應(yīng)釋放水蒸氣；PER當(dāng)與MP組成膨脹型阻燃體系后，除了氣相放出氨氣和水蒸氣外，體系熱解后在固相留下致密的膨脹炭層。 本論文的第二部分將膨脹型阻燃劑應(yīng)用于聚丙烯基體中，制備了膨脹型阻燃聚丙烯(PP)復(fù)合材料。采用水溶性低且吸濕性小的雙季戊

4、四醇(DPER)和三季戊四醇(TPER)代替易溶于水的季戊四醇(PER)作為膨脹型阻燃體系的碳源，并研究其在膨脹型阻燃聚丙烯材料中的阻燃熱解機(jī)理。研究了采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)做為“碳源”與MP組成膨脹型阻燃體系在聚丙烯中阻燃作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加PDMS的聚丙烯膨脹型阻燃材料的熱解過程中會形成保護(hù)層，對材料的阻燃起到了很好的作用；含有PDMS的聚丙烯阻燃材料的耐水性有較大程度提高，經(jīng)過水處理后仍達(dá)到了較好的阻燃級別。為了解決膨

5、脹型阻燃劑在聚丙烯中添加量大的問題，研究了六種金屬氧化物，分別是二氧化鈦(TiO<,2>)，三氧化二鑭(La<,2>O<,3>)，二氧化鋯(ZrO<,2>)，三氧化鉬(MoO<,3>)，二氧化錳(MnO<,2>)和三氧化二鉻(Cr<,2>O<,3>)在膨脹型阻燃聚丙烯材料中協(xié)同阻燃作用，對其與膨脹型阻燃劑之間的協(xié)效阻燃機(jī)理也進(jìn)行了初步研究。具體結(jié)果表明，添加極少量的金屬氧化物不但可以提高材料的LOI和UL-94級別而且可以減少膨脹型阻燃

6、劑的使用量，其中添加1％ZrO<,2>或1％的Cr<,2>O<,3>都可以使復(fù)合材料的垂直燃燒級別達(dá)到V-0(IFR的含量為26％)；錐形量熱計(jì)試驗(yàn)結(jié)果表明在相同添加量的情況下，1％的Cr<,2>O<,3>可使材料的熱釋放速率達(dá)到最低值，而TiO<,2>，La<,2>O<,3>，ZrO<,2>和Cr<,2>O<,3>的加入均可以明顯降低材料燃燒時(shí)一氧化碳的釋放量。另外，金屬氧化物的加入改變了膨脹型阻燃炭層的形貌。針對膨脹型阻燃劑與聚丙烯

7、之間相容性差的問題，我們采用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作為聚丙烯基體和阻燃劑的相容劑，研究其對膨脹型阻燃材料力學(xué)和阻燃性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EVA的加入能較好地改善了阻燃劑和高分子基體的相容性，改善體系的力學(xué)性能，尤其是材料的斷裂伸長率得到大幅提高；但是隨著EVA添加量的增加，材料的阻燃性能卻有所下降。采用動(dòng)態(tài)硫化方法，制備了過氧化物、硫磺、酚醛樹脂三種體系的動(dòng)態(tài)硫化膨脹型阻燃聚丙烯/三元乙丙橡膠(EPDM)熱塑彈性體復(fù)合材料，并對