本文關(guān)鍵詞：幾種納米阻燃熱塑性聚氨酯復(fù)合材料的制備、表征與燃燒、力學(xué)性能研究

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【摘要】：本文分別采用水熱合成法、醇熱還原法制備了氧化石墨烯(GO)和二氧化鈦-石墨烯(TiO2-Graphene)納米材料,并采用一步法原位制備了TPU/TiO2、熔融共混法制備了TPU/APP/TiO2、TPU/TiO2-Graphene和TPU/APP/TiO2-Graphene納米復(fù)合材料。并對(duì)上述材料的力學(xué)性能、阻燃性能進(jìn)行了研究,主要結(jié)論如下:⑴TPU/TiO2納米復(fù)合材料的原位制備及力學(xué)性能、阻燃性能研究。SEM、TEM等結(jié)果表明,TPU/TiO2體系中TiO2納米尺度、分散性較高且呈銳鈦礦晶相。DMA、拉伸測(cè)試結(jié)果表明:TiO2提高了TPU材料的剛性、韌性,當(dāng)含量為0.5wt%時(shí),材料的斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到峰值(912%)。TG測(cè)試結(jié)果表明,TiO2能夠提高TPU熱穩(wěn)定性,500 oC時(shí),TPU-0殘余質(zhì)量為11.84 wt%,添加含量為0.125,0.25,0.5,1wt%的TiO2后,TPU/TiO2納米復(fù)合材料比TPU-0分別上升了21.8,21.8,49.8,175%。阻燃性能測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)TiO2含量為1%時(shí),TPU/TiO2的pHRR、THR、pSPR、SF比TPU-0分別下降了68%、20%、42%、58%。⑵TPU/APP/TiO2協(xié)同阻燃體系的阻燃效應(yīng)、力學(xué)性能研究。SEM結(jié)果表明,TiO2使得TPU/APP斷面更加平整,光滑,顆粒尺寸更加均勻。DMA結(jié)果表明,TPU/APP/TiO2剛性變大,且隨著TiO2含量增加而增加,材料剛性變大。拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加0.125wt%的TiO2時(shí),TPU/APP/TiO2試樣斷裂伸長(zhǎng)率為186%,隨著TiO2含量的增加,拉伸長(zhǎng)度也隨之增大,當(dāng)TiO2添加量為0.5wt%時(shí),材料斷裂伸長(zhǎng)率為383%。TG結(jié)果表明,500oC時(shí),TiO2含量為0.5wt%時(shí),TPU/APP/TiO2殘余質(zhì)量分別為40wt%,比TPU/APP的殘余質(zhì)量35wt%提高了14.3%,表明TiO2能夠提高TPU/APP的熱穩(wěn)定性。CCT測(cè)試結(jié)果表明,相比于TPU-0,TPU/APP的pHRR、THR、pSPR、SF分別下降了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納米復(fù)合材料制備及其阻燃性能與力學(xué)性能研究。XRD、IR、SEM、TEM等結(jié)果表明,TiO2-Graphene分散性高,且TiO2為球狀納米粒子。CCT結(jié)果表明,當(dāng)TiO2-Graphene含量1wt%時(shí),TPU/TiO2-Graphene的pHRR、pSPR和SF比TPU-0分別下降40%、50%、45%。TG結(jié)果表明,TiO2-Graphene能有效地提高TPU復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。300-490oC時(shí),TPU/TiO2-Graphene材料質(zhì)量損失速率比TPU-0變緩。600s時(shí)燃燒穩(wěn)定階段,TiO2-Graphene含量為0.125、0.25、0.5、1wt%時(shí),TPU殘余炭質(zhì)量分別為13、15、9.5、13wt%。DMA、拉伸結(jié)果表明,TiO2-Graphene能增加TPU復(fù)合材料剛性、韌性。⑷TPU/APP/TiO2-Graphene復(fù)合材料中的阻燃性能、力學(xué)性能研究。SEM、TEM結(jié)果表明,TPU/APP/TiO2-Graphene孔洞數(shù)量、直徑也變得更小、斷面結(jié)構(gòu)更為細(xì)密平滑。CCT結(jié)果表明,TPU/APP的pHRR、SF、TSR分別下降了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結(jié)果表明,當(dāng)加入含0.125wt%TiO2-Graphene的TPU/APP/TiO2-Graphene在快速降解階段時(shí),熱降解速率比TPU/APP慢,表明TiO2-Graphene使TPU/APP的熱穩(wěn)定性更好。并且熱穩(wěn)定性隨著納米填料的增加而增加。穩(wěn)定降解階段時(shí),TPU-0、TPU/APP、含1wt%TiO2-Graphene的TPU/APP/TiO2-Graphene殘余質(zhì)量分別為12%、33%、35%。流變、拉伸測(cè)試結(jié)果表明,TiO2-Graphene能夠增加TPU/APP改善材料的黏度、拉伸強(qiáng)度,增加TPU/APP/TiO2-Graphene材料間的相互作用、力學(xué)性能。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1173276