几种纳米阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备、表征与燃烧、力学性能研究

发布时间：2017-11-11 23:11

  本文关键词：几种纳米阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备、表征与燃烧、力学性能研究

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【摘要】：本文分别采用水热合成法、醇热还原法制备了氧化石墨烯(GO)和二氧化钛-石墨烯(TiO2-Graphene)纳米材料,并采用一步法原位制备了TPU/TiO2、熔融共混法制备了TPU/APP/TiO2、TPU/TiO2-Graphene和TPU/APP/TiO2-Graphene纳米复合材料。并对上述材料的力学性能、阻燃性能进行了研究,主要结论如下:⑴TPU/TiO2纳米复合材料的原位制备及力学性能、阻燃性能研究。SEM、TEM等结果表明,TPU/TiO2体系中TiO2纳米尺度、分散性较高且呈锐钛矿晶相。DMA、拉伸测试结果表明:TiO2提高了TPU材料的刚性、韧性,当含量为0.5wt%时,材料的断裂伸长率达到峰值(912%)。TG测试结果表明,TiO2能够提高TPU热稳定性,500 oC时,TPU-0残余质量为11.84 wt%,添加含量为0.125,0.25,0.5,1wt%的TiO2后,TPU/TiO2纳米复合材料比TPU-0分别上升了21.8,21.8,49.8,175%。阻燃性能测试结果表明,当TiO2含量为1%时,TPU/TiO2的pHRR、THR、pSPR、SF比TPU-0分别下降了68%、20%、42%、58%。⑵TPU/APP/TiO2协同阻燃体系的阻燃效应、力学性能研究。SEM结果表明,TiO2使得TPU/APP断面更加平整,光滑,颗粒尺寸更加均匀。DMA结果表明,TPU/APP/TiO2刚性变大,且随着TiO2含量增加而增加,材料刚性变大。拉伸实验结果表明,添加0.125wt%的TiO2时,TPU/APP/TiO2试样断裂伸长率为186%,随着TiO2含量的增加,拉伸长度也随之增大,当TiO2添加量为0.5wt%时,材料断裂伸长率为383%。TG结果表明,500oC时,TiO2含量为0.5wt%时,TPU/APP/TiO2残余质量分别为40wt%,比TPU/APP的残余质量35wt%提高了14.3%,表明TiO2能够提高TPU/APP的热稳定性。CCT测试结果表明,相比于TPU-0,TPU/APP的pHRR、THR、pSPR、SF分别下降了86%、35%、71%、84%。含有1wt%TiO2的TPU/APP/TiO2比TPU/APP在pSPR,SF下降了35%和42%。⑶TPU/TiO2-Graphene纳米复合材料制备及其阻燃性能与力学性能研究。XRD、IR、SEM、TEM等结果表明,TiO2-Graphene分散性高,且TiO2为球状纳米粒子。CCT结果表明,当TiO2-Graphene含量1wt%时,TPU/TiO2-Graphene的pHRR、pSPR和SF比TPU-0分别下降40%、50%、45%。TG结果表明,TiO2-Graphene能有效地提高TPU复合材料的热稳定性。300-490oC时,TPU/TiO2-Graphene材料质量损失速率比TPU-0变缓。600s时燃烧稳定阶段,TiO2-Graphene含量为0.125、0.25、0.5、1wt%时,TPU残余炭质量分别为13、15、9.5、13wt%。DMA、拉伸结果表明,TiO2-Graphene能增加TPU复合材料刚性、韧性。⑷TPU/APP/TiO2-Graphene复合材料中的阻燃性能、力学性能研究。SEM、TEM结果表明,TPU/APP/TiO2-Graphene孔洞数量、直径也变得更小、断面结构更为细密平滑。CCT结果表明,TPU/APP的pHRR、SF、TSR分别下降了90%、92%、10%比TPU-0。含1wt%TiO2-Graphene的TPU/APP/TiO2-Graphene的pHRR、SF、TSR比TPU/APP降低了22%、56%、43%。TG结果表明,当加入含0.125wt%TiO2-Graphene的TPU/APP/TiO2-Graphene在快速降解阶段时,热降解速率比TPU/APP慢,表明TiO2-Graphene使TPU/APP的热稳定性更好。并且热稳定性随着纳米填料的增加而增加。稳定降解阶段时,TPU-0、TPU/APP、含1wt%TiO2-Graphene的TPU/APP/TiO2-Graphene残余质量分别为12%、33%、35%。流变、拉伸测试结果表明,TiO2-Graphene能够增加TPU/APP改善材料的黏度、拉伸强度,增加TPU/APP/TiO2-Graphene材料间的相互作用、力学性能。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33

【参考文献】

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本文编号：1173276