【摘要】：由于聚丙烯(PP)具有高性價比和優(yōu)異的綜合性能被廣泛地應(yīng)用于汽車、紡織品、電絕緣材料、建筑材料、家具、耐化學(xué)腐蝕材料和室內(nèi)裝飾材料等領(lǐng)域。但是PP極易燃燒,且在燃燒過程中易產(chǎn)生熔滴,從而使得火災(zāi)進(jìn)一步蔓延,因此需要提高PP的阻燃性能。本文采用納米三氧化二銻(nano-Sb_2O_3)、溴化環(huán)氧樹脂(BEO)、溴化聚苯乙烯(BPS)和經(jīng)硅烷改性的蒙脫土(MMT)作為添加劑,通過球磨共混和熔融注塑的方法制備了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四種復(fù)合材料,研究了以上四種PP基復(fù)合材料的結(jié)晶性能、阻燃性能、熱穩(wěn)定性能和力學(xué)性能等,分析了阻燃PP基復(fù)合材料的阻燃機(jī)理。研究結(jié)果表明:(1)改性nano-Sb_2O_3與BEO具有協(xié)同效應(yīng),延長了Br·在燃燒區(qū)的時間,從而消耗更多的OH·和H·燃燒自由基,起到阻燃的效果。當(dāng)改性nano-Sb_2O_3和BEO的添加量分別為7 wt.%和21 wt.%時,nano-Sb_2O_3/BEO-PP復(fù)合材料具有最佳的阻燃性能,其極限氧指數(shù)值(LOI)為28.6%,垂直燃燒等級(UL-94)為V-0級。(2)MMT不僅可以提高nano-Sb_2O_3/MMT/BEO-PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,還能通過增加炭層密度以提高其阻燃性能。當(dāng)BEO、nano-Sb_2O_3和MMT的添加量分別為13 wt.%、7 wt.%和7 wt.%時,nano-Sb_2O_3/MMT/BEO-PP復(fù)合材料的LOI最高為27.9%,且UL-94達(dá)到V-0級。在達(dá)到相同阻燃等級V-0時,添加MMT可降低BEO在阻燃PP基材料中的使用量。(3)當(dāng)nano-Sb_2O_3/BPS-PP復(fù)合材料與nano-Sb_2O_3/BEO-PP復(fù)合材料阻燃等級相同時,PP基體中BPS的使用量明顯低于BEO。另外,MMT的加入可顯著的改善nano-Sb_2O_3/MMT/BPS-PP復(fù)合材料的結(jié)晶性能、拉伸強(qiáng)度和阻燃性能。MMT的加入使得3.5%nano-Sb_2O_3/MMT/8%BPS-PP復(fù)合材料的LOI值由3.5%nano-Sb_2O_3/8%BPS-PP復(fù)合材料的26.9%提高到29.0%,并且UL-94達(dá)到了V-0級。(4)MMT與nano-Sb_2O_3對PP具有異相成核作用,可提高PP的結(jié)晶度和拉伸強(qiáng)度,從而可獲得力學(xué)性能和阻燃性能兼優(yōu)的阻燃PP基復(fù)合材料。
【圖文】：

近年來，溴-銻協(xié)同阻燃系統(tǒng)由于高的性價比已漸漸取代氯-銻系統(tǒng)。Melamed 等[6]選用五溴苯基丙烯酸酯(FR-1025)作為阻燃劑，制備了5/Sb2O3/PP 復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料具有良好的熔體流動性和熱穩(wěn)可以回收利用。當(dāng) FR-1025 和 Sb2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 32.4 wt.%和 11.5PP 復(fù)合材料 UL-94 等級達(dá)到 V-0 級。.1 聚丙烯燃燒原理圖 1.1 所示為 PP 在高溫下燃燒分解的模型圖。PP 中的 C-H 鍵在高溫時，進(jìn)而生成 H·自由基，而 H·自由基會和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)[7]。研究材料受熱過程中產(chǎn)生活性極高的 OH·和 H·自由基，，而它們對于維持燃燒義。H·自由基在燃燒過程中可與支鏈自由基發(fā)生反應(yīng)，OH·自由基可以與氧化反應(yīng)生成 CO2，其反應(yīng)式如下：·OH + CO→CO2+ H· 兩者都是放熱反應(yīng)，故可促使燃燒進(jìn)行，因此阻燃 PP 基復(fù)合材料要盡H·與 CO 的反應(yīng)。

圖 2.1 研究技術(shù)路線圖Fig. 2.1 Research technical roadmap(1) 材料的預(yù)處理：在 micro-Sb2O3粉末中加入去離子水，在球磨機(jī)進(jìn)行一間的研磨，取出過濾并干燥。過篩后將研磨好的 nano-Sb2O3粉末加入 CTABEG 和去離子水球磨，結(jié)束后，取出已表面改性過的 nano-Sb2O3的粉末，再次。(2) 復(fù)合材料制備：將 PP、BEO 或 BPS、nano-Sb2O3和 MMT 粉末混合球磨得混合均勻的復(fù)合材料粉末。采用熔融擠出、注塑成型等方法來制備復(fù)合材條。(3) 材料性能測試與表征：采用極限氧指數(shù)儀、垂直燃燒儀、熱重分析儀、掃描量熱儀等測試 BEO 或 BPS、nano-Sb2O3和 MMT 含量對阻燃性能的影響過 SEM 等儀器對材料垂直燃燒后的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并深入分析其阻燃。2.2 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TQ325.14

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐建林;周生剛;牛磊;馮沖;楊文龍;淡小敏;;Sb_2O_3/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備及阻燃性能[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2015年11期

2 陳閣谷;關(guān)瑩;亓憲明;彭鋒;姚春麗;孫潤倉;;聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料阻燃性研究進(jìn)展[J];材料工程;2015年08期

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4 王修;王建平;劉沖昊;張方方;;我國銻資源形勢分析及可持續(xù)發(fā)展策略[J];中國礦業(yè);2014年05期

5 甘小榮;薛方紅;黃昊;董星龍;汪曉允;于洪濤;劉艷明;全燮;;SiC/C納米復(fù)合材料的制備與性能表征[J];材料工程;2014年02期

6 司明明;丁率;郝建薇;徐利時;杜建新;;納米Sb_2O_3與次膦酸鋁阻燃聚對苯二甲酸乙二醇酯協(xié)同作用研究[J];高分子學(xué)報(bào);2013年12期

7 劉國勝;周友;郝建薇;;三氧化二鎳協(xié)同膨脹阻燃聚丙烯的熱降解機(jī)理[J];高分子材料科學(xué)與工程;2013年09期

8 趙春霞;彭鋼;劉白玲;;SDS-LDH與CTAB-MMT協(xié)同APP阻燃P(BA-VAc)的對比分析[J];高分子學(xué)報(bào);2013年09期

9 孫凱;徐東東;婁小安;黃曉明;范瀟瀟;;阻燃聚丙烯在家電行業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展[J];塑料工業(yè);2013年06期

10 彭婭;魯手濤;葛翠;張瑩;高瑜蘋;唐敏;;聚丙烯/PP-g-MA/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備和性能研究[J];西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年04期

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2 賴學(xué)軍;耐水高效膨脹型阻燃劑的制備及其阻燃聚丙烯的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

3 陳小隨;蒙脫土、纖維增強(qiáng)阻燃聚丙烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究[D];北京化工大學(xué);2011年

4 宋平安;膨脹阻燃、納米阻燃及其協(xié)同阻燃聚丙烯的研究[D];浙江大學(xué);2009年

5 張利;膠體五氧化二銻的制備、性質(zhì)及對環(huán)氧樹脂阻燃作用的研究[D];中南大學(xué);2005年

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3 崔冠峰;阻燃劑溴化環(huán)氧樹脂和PTSPB的應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2007年

本文編號：2609291