膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料的形态结构与性能研究

发布时间：2017-08-11 01:06

  本文关键词：膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料的形态结构与性能研究

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【摘要】：聚丙烯(PP)作为一种重要的热塑性通用塑料,具有优异的机械性能、成本低和易于加工等优点,已被广泛地应用在许多领域,如汽车、电子电器、建材、家具、室内装修等。然而PP材料因其分子式含有碳、氢元素,极易燃烧,其易燃性和熔滴现象严重限制了其在很多领域的应用。因此,研究能阻燃PP材料变得尤为重要。在各种各样的提高聚丙烯阻燃性能的方法中,添加膨胀型阻燃剂(IFR)被认为是一种最有前景的方法,因为IFR是一种低毒、低烟、不含有卤素的环保型阻燃剂。而传统的卤素阻燃剂由于其含有卤系元素,燃烧后会释放出大量有毒气体,所以近年来已被逐渐淘汰。IFR通常由三部分组成：酸源、碳源和气源。这些阻燃添加剂在燃烧过程中反应形成碳层,该碳层作为一个物理屏障,可以阻止热量和可燃性气体的转移和扩散,随后导致快速自熄。聚磷酸铵(APP)作为一种最常见的酸源,同时其受热后释放出NH3,也可同时作为气源使用,已被广泛的进行研究。但是,APP很容易迁移和团聚,与聚合物基体的相容性很差,导致材料的机械性能下降,而且作为单一阻燃剂使用时,阻燃效率较差。本文通过不同材料对APP进行改性,研究了改性对APP结构和性能的影响,并研究了改性APP以及用改性APP复配的膨胀型阻燃剂对PP基体材料的燃烧行为、热性能、机械性能等的影响。希望能研制出阻燃性能和机械性能都较好的无卤环保型阻燃复合材料,为实现PP无卤阻燃复合材料在工业上的应用提供相应的基础数据和理论指导。本论文的主要研究结果如下：1.利用热塑性聚氨酯(TPU)来改性APP,采用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和热失重分析(TGA)得知改性后APP的结构和性能与未改性的APP都不相同,说明成功制备出了改性APP。将改性后的APP添加到PP中,制备出PP/改性APP复合材料。研究了不同含量的改性APP对PP/改性APP阻燃复合材料的燃烧行为、热稳定性能及力学性能的影响。研究发现随着改性APP含量的增加,其阻燃复合材料的热释放速率(HRR),热释放速率峰值(PHRR),总的热释放量(THR),CO和CO2的释放值都显著降低,热稳定性明显提高,但改性APP的加入降低了PP材料的力学性能。在同样阻燃剂含量添加下,PP/改性APP的阻燃效率明显比PP/APP要好,证明了改性APP的优异阻燃效果。2.选用了大分子成炭剂聚酰胺6(PA6)作为膨胀型阻燃剂的碳源,研究了大分子成炭剂PA6对PP/改性APP/PA6复合阻燃材料的燃烧行为、热稳定性能及力学性能的影响。研究发现PP/改性APP/PA6的LOI值明显提高,且达到了UL-94垂直燃烧的V-2等级。PP/改性APP/PA6阻燃复合材料燃烧后的碳层质量明显高于PP/改性APP阻燃复合材料,且前者的热稳定性更高。加入PA6后,PP阻燃复合材料的拉伸强度和冲击强度有了一定提升。3.通过硅铝水凝胶双层包覆改性APP得到MDAPP,制备出PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料,研究了MDAPP和PA6组成的膨胀型阻燃剂对复合材料的燃烧行为、热稳定性能及力学性能的影响。PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料体系有两个样品达到UL-94的V-0等级,有两个达到UL-94的V-1等级,与PP/APP/PA6体系相比,其阻燃性能得到了很大的提高,LOI值也有显著提高。PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料体系的阻燃性能和热稳定性能都优于PP/APP/PA6体系。前者燃烧后的碳层致密、完整且坚固,碳层质量高于后者,这是其阻燃性能和热稳定能都高于后者的原因。
【关键词】：聚丙烯 膨胀型阻燃剂 聚磷酸铵 包覆改性 阻燃复合材料
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第一章 前言13-26
• 1.1 引言13
• 1.2 PP的燃烧及阻燃13-15
• 1.2.1 PP的燃烧13-14
• 1.2.2 PP的阻燃14-15
• 1.3 无卤阻燃PP的研究进展15-24
• 1.3.1 金属氢氧化物阻燃PP16-18
• 1.3.2 层状无机物阻燃PP18-20
• 1.3.3 膨胀型阻燃剂阻燃PP20-24
• 1.4 本论文的研究思路和主要研究内容24-26
• 1.4.1 本论文研究的目的意义与思路24-25
• 1.4.2 本论文研究的主要内容25
• 1.4.3 本论文的创新点25-26
• 第二章 实验部分26-32
• 2.1 实验原料和仪器设备26-27
• 2.1.1 实验原料26
• 2.1.2 实验仪器26-27
• 2.2 材料制备27-29
• 2.2.1 PP/MTAPP复合材料的制备27-28
• 2.2.2 PP/MTAPP/PA6复合材料的制备28
• 2.2.3 硅铝水凝胶双层包覆改性APP及其阻燃PP复合材料的制备28-29
• 2.3 阻燃聚丙烯复合材料的测试与表征方法29-32
• 2.3.1 傅立叶红外光谱测试29
• 2.3.2 扫描电子显微镜29
• 2.3.3 极限氧指数测试29
• 2.3.4 垂直燃烧测试29-30
• 2.3.5 锥形量热仪测试30
• 2.3.6 宏观碳层形貌测试30
• 2.3.7 热重分析30
• 2.3.8 差示量热扫描测试30-31
• 2.3.9 力学性能测试31-32
• 第三章 TPU改性APP对PP阻燃复合材料性能的影响32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 结果与讨论32-42
• 3.2.1 MTAPP的形貌结构与热稳定性能表征32-35
• 3.2.2 PP/MTAPP阻燃复合材料的LOI和UL-94测试35-36
• 3.2.3 PP/MTAPP阻燃复合材料的动态燃烧行为分析36-40
• 3.2.4 PP/MTAPP阻燃复合材料的热稳定性分析40-41
• 3.2.5 PP/MTAPP阻燃复合材料的力学性能分析41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 MTAPP和大分子成炭剂PA6阻燃PP的阻燃性能及热性能的研究43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 结果与讨论43-49
• 4.2.1 PP/MTAPP/PA6阻燃复合材料的LOI与UL-94测试43-45
• 4.2.2 PP/MTAPP/PA6阻燃复合材料的残炭形貌分析45-46
• 4.2.3 PP/MTAPP/PA6阻燃复合材料的热稳定性分析46-47
• 4.2.4 PP/MTAPP/PA6阻燃复合材料的结晶和熔融行为分析47-49
• 4.2.5 PP/MTAPP/PA6阻燃复合材料的力学性能分析49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 硅铝水凝胶双层包覆改性APP对PP阻燃复合材料性能的影响50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 结果与讨论50-60
• 5.2.1 MDAPP的形貌结构与热稳定性能表征50-52
• 5.2.2 PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料的LOI与UL-94测试52-54
• 5.2.3 PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料的残炭形貌分析54-55
• 5.2.4 PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料的热稳定性分析55-57
• 5.2.5 PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料的结晶和熔融行为分析57-58
• 5.2.6 PP/MDAPP/PA6阻燃复合材料的力学性能58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论及展望61-63
• 参考文献63-75
• 附录75-77
• 攻读硕士学位期间已发表(拟发表)的论文及申请的专利77-80
• 致谢80

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李梅;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[D];青岛科技大学;2016年

2 冯晓琳;含氟磷酸盐型离子液体协效阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料的研究[D];青岛科技大学;2016年

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本文编号：653490