有机化坡缕石黏土—膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究

发布时间：2018-01-10 02:26

本文关键词：有机化坡缕石黏土—膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究　出处：《西北师范大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：聚丙烯(PP)具有综合力学性能好、耐热性、无毒、质轻、耐腐蚀、易加工回收,且原料来源丰富、价格便宜等优良性能,因此,PP被广泛应用于电器、家具、机械、汽车和建筑等众多领。但是PP的极限氧指数(LOI)很低,只有17.6%,易燃且伴有熔滴现象,使该材料的使用范围受限,因此,开发无卤、低烟、低毒、环境友好型的阻燃剂已成为阻燃聚丙烯研究的热点问题。膨胀型阻燃剂(IFR)具有阻燃效率高、低烟、低毒、无腐蚀气体释放等优点,是近年来国内外广为关注的新型复合型阻燃剂。但IFR存在添加量大、与PP相容性差、易吸潮等不足,因此将它与其他类型的阻燃剂进行复配来克服这些问题,进一步拓展聚丙烯的应用领域。本论文将有机化坡缕石黏土(OPGS)应用到膨胀型阻燃聚丙烯复合材料中,发现OPGS在该复合材料中具有协效作用。同时研究了OPGS在经典膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料中和在集酸源、碳源和气源于一体的新型膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料中的协效阻燃性能。通过有限氧指数法(LOI)、垂直燃烧测定仪(UL-94)、力学性能、扫描电镜(SEM)及热失重分析(TGA)等表征测试方法,研究了基体不同的添加量和阻燃剂不同的配比对膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能、机械性能及热稳定性能的影响。本论文由以下三部分组成:第一部分:文献综述本部分重点对膨胀型阻燃聚丙烯的研究进展、常用的无卤阻燃剂分类及机理、协效阻燃剂的分类、坡缕石黏土的应用现状分别进行了介绍,并提出了本课题的选题意义。第二部分:PP/IFR/有机化坡缕石黏土复合材料的制备及性能研究以多聚磷酸铵(APP)为酸源和气源、季戊四醇(PER)为碳源组成膨胀型阻燃剂(IFR),有机化坡缕石黏土(OPGS)作为膨胀型阻燃剂的协效剂和复合材料的力学性能改性剂,填充到聚丙烯复合材料中,制备出了PP/IFR/OPGS复合材料。通过有限氧指数法(loi)、垂直燃烧测定仪(ul-94)、扫描电镜(sem)、热重分析(tga)及力学性能测试等方法研究了膨胀型阻燃剂不同的配比和协效阻燃剂不同的添加量对膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能、机械性能及热稳定性能的影响。通过研究阻燃剂不同的添加量,结果表明添加的膨胀型阻燃剂app/per质量比为3:1,用质量分数2%的opgs代替等质量的ifr时,复合材料的loi从30.3%增加到36.0%,拉伸强度和冲击强度也分别达到了26.29mpa和38.80mpa,该复合材料有更好地阻燃性能,力学性能也得到了改善。tga测试结果表明,在高温时,合适比例的opgs的添加量,增加了复合材料碳残基的稳定性。对复合材料进行sem测试,合适比例的opgs的添加量,其碳层比较结实和紧密,提高了炭层的耐热氧化能力,能更有效的隔绝氧气和热的传递,从而提高了膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能。第三部分:pp/pa-app/有机化坡缕石黏土复合材料的制备及性能研究将制得的哌嗪-多聚磷酸铵(pa-app)作为酸源、碳源和气源,有机化坡缕石黏土(opgs)作为膨胀型阻燃剂的协效剂和复合材料的力学性能改性剂,填充到聚丙烯复合材料中,制备出了pp/pa-app/opgs复合材料。通过有限氧指数法(loi)、垂直燃烧测定仪(ul-94)、扫描电镜(sem)、热失重分析(tga)及力学性能测试等方法研究了膨胀型阻燃剂和协效剂的不同添加量对膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能、机械性能及热稳定性能的影响。通过研究了基体、膨胀型阻燃剂和协效剂不同的添加量,发现基体的添加量分别为总质量的75%和70%,用质量分数2%的opgs分别代替等质量的pa-app时,该复合材料的阻燃性都有了提高。实验得出基体的添加量为70%,pa-app的添加量为28%时,opgs的添加量为2%时,loi为36.7%达到最大,同时该复合材料的拉伸强度和弯曲强度都有所增加。tga测试结果表明,在高温时,在opgs的添加量为总质量的2%时,复合材料的稳定性最好。对复合材料进行sem测试,在opgs的添加量为总质量的2%时,其碳层也更结实和紧密,提高了炭层的耐热氧化能力,从而提高了膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能。
[Abstract]:Polypropylene ( PP ) has the advantages of good comprehensive mechanical properties , heat resistance , no toxicity , light weight , corrosion resistance , easy processing and recovery , rich raw materials , low price and so on . The flame - retardant properties , mechanical properties and thermal stability of intumescent flame - retardant polypropylene composites were studied by using the method of limited oxygen index ( loi ) , vertical burning tester ( ul - 94 ) , scanning electron microscope ( sem ) , thermal gravimetric analysis ( tga ) and mechanical property test . the carbon layer is also stronger and compact , the heat - resisting oxidation capacity of the carbon layer is improved , and the flame - retardant property of the expanded flame - retardant polypropylene composite material is improved .

【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

【参考文献】