PP基复合材料阻燃性能的研究

发布时间：2020-03-31 16:10

【摘要】：由于聚丙烯(PP)具有高性价比和优异的综合性能被广泛地应用于汽车、纺织品、电绝缘材料、建筑材料、家具、耐化学腐蚀材料和室内装饰材料等领域。但是PP极易燃烧,且在燃烧过程中易产生熔滴,从而使得火灾进一步蔓延,因此需要提高PP的阻燃性能。本文采用纳米三氧化二锑(nano-Sb_2O_3)、溴化环氧树脂(BEO)、溴化聚苯乙烯(BPS)和经硅烷改性的蒙脱土(MMT)作为添加剂,通过球磨共混和熔融注塑的方法制备了nano-Sb_2O_3/BEO-PP、nano-Sb_2O_3/MMT/BEO-PP、nano-Sb_2O_3/BPS-PP和nano-Sb_2O_3/MMT/BPS-PP四种复合材料,研究了以上四种PP基复合材料的结晶性能、阻燃性能、热稳定性能和力学性能等,分析了阻燃PP基复合材料的阻燃机理。研究结果表明:(1)改性nano-Sb_2O_3与BEO具有协同效应,延长了Br·在燃烧区的时间,从而消耗更多的OH·和H·燃烧自由基,起到阻燃的效果。当改性nano-Sb_2O_3和BEO的添加量分别为7 wt.%和21 wt.%时,nano-Sb_2O_3/BEO-PP复合材料具有最佳的阻燃性能,其极限氧指数值(LOI)为28.6%,垂直燃烧等级(UL-94)为V-0级。(2)MMT不仅可以提高nano-Sb_2O_3/MMT/BEO-PP复合材料的拉伸强度,还能通过增加炭层密度以提高其阻燃性能。当BEO、nano-Sb_2O_3和MMT的添加量分别为13 wt.%、7 wt.%和7 wt.%时,nano-Sb_2O_3/MMT/BEO-PP复合材料的LOI最高为27.9%,且UL-94达到V-0级。在达到相同阻燃等级V-0时,添加MMT可降低BEO在阻燃PP基材料中的使用量。(3)当nano-Sb_2O_3/BPS-PP复合材料与nano-Sb_2O_3/BEO-PP复合材料阻燃等级相同时,PP基体中BPS的使用量明显低于BEO。另外,MMT的加入可显著的改善nano-Sb_2O_3/MMT/BPS-PP复合材料的结晶性能、拉伸强度和阻燃性能。MMT的加入使得3.5%nano-Sb_2O_3/MMT/8%BPS-PP复合材料的LOI值由3.5%nano-Sb_2O_3/8%BPS-PP复合材料的26.9%提高到29.0%,并且UL-94达到了V-0级。(4)MMT与nano-Sb_2O_3对PP具有异相成核作用,可提高PP的结晶度和拉伸强度,从而可获得力学性能和阻燃性能兼优的阻燃PP基复合材料。
【图文】：

示意图,聚丙烯,燃烧过程,示意图

近年来，溴-锑协同阻燃系统由于高的性价比已渐渐取代氯-锑系统。Melamed 等[6]选用五溴苯基丙烯酸酯(FR-1025)作为阻燃剂，制备了5/Sb2O3/PP 复合材料，研究发现复合材料具有良好的熔体流动性和热稳可以回收利用。当 FR-1025 和 Sb2O3的质量分数分别为 32.4 wt.%和 11.5PP 复合材料 UL-94 等级达到 V-0 级。.1 聚丙烯燃烧原理图 1.1 所示为 PP 在高温下燃烧分解的模型图。PP 中的 C-H 键在高温时，进而生成 H·自由基，而 H·自由基会和空气中的氧气发生反应[7]。研究材料受热过程中产生活性极高的 OH·和 H·自由基，，而它们对于维持燃烧义。H·自由基在燃烧过程中可与支链自由基发生反应，OH·自由基可以与氧化反应生成 CO2，其反应式如下：·OH + CO→CO2+ H· 两者都是放热反应，故可促使燃烧进行，因此阻燃 PP 基复合材料要尽H·与 CO 的反应。

路线图,研究技术,路线图

图 2.1 研究技术路线图Fig. 2.1 Research technical roadmap(1) 材料的预处理：在 micro-Sb2O3粉末中加入去离子水，在球磨机进行一间的研磨，取出过滤并干燥。过筛后将研磨好的 nano-Sb2O3粉末加入 CTABEG 和去离子水球磨，结束后，取出已表面改性过的 nano-Sb2O3的粉末，再次。(2) 复合材料制备：将 PP、BEO 或 BPS、nano-Sb2O3和 MMT 粉末混合球磨得混合均匀的复合材料粉末。采用熔融挤出、注塑成型等方法来制备复合材条。(3) 材料性能测试与表征：采用极限氧指数仪、垂直燃烧仪、热重分析仪、扫描量热仪等测试 BEO 或 BPS、nano-Sb2O3和 MMT 含量对阻燃性能的影响过 SEM 等仪器对材料垂直燃烧后的微观结构进行表征，并深入分析其阻燃。2.2 实验原料及设备
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TQ325.14

【参考文献】