本文關(guān)鍵詞：阻燃改性苧麻增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料的制備及其性能和機(jī)理研究

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【摘要】：本文在綜述了不飽和聚酯復(fù)合材料阻燃和苧麻纖維阻燃改性研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,針對苧麻/不飽和聚酯復(fù)合材料火災(zāi)危險性,從分子設(shè)計角度出發(fā),設(shè)計制備無鹵阻燃苧麻/不飽和聚酯復(fù)合材料:一方面考慮不飽和聚酯的熱解和燃燒特性,通過納米復(fù)合阻燃或者添加含磷類阻燃劑來降低復(fù)合材料的潛在火災(zāi)危險性;另一方面是通過對苧麻織物表面接枝或?qū)訉幼越M裝方法進(jìn)行阻燃改性,使得苧麻織物具有凝聚相阻燃的作用,促進(jìn)成炭,降低復(fù)合材料的燃燒熱釋放速率,提高其火災(zāi)安全性。并且通過研究阻燃不飽和聚酯復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能及其熱解和燃燒產(chǎn)物的演變規(guī)律,探討復(fù)合材料的阻燃機(jī)理。主要的研究進(jìn)展如下:1、采用化學(xué)共沉淀法制備鎳鐵雙氧化物負(fù)載的多壁碳納米管(MWCNT@NiFe_2O_4),并添加到不飽和聚酯和苧麻增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料中,制備不飽和聚酯基納米復(fù)合材料。通過透射電鏡等對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)NiFe_2O_4在MWCNTs表面能起到"楔子"的作用,有效抑制了 MWCNT團(tuán)聚,使得MWCNT@NiFe_2O_4能夠均勻分散于不飽和聚酯基體里。通過熱重分析、微型燃燒量熱儀以及動態(tài)力學(xué)分析進(jìn)一步研究其熱穩(wěn)定性、燃燒性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明,一方面,分散良好的MWCNT和NiFe_2O_4能發(fā)揮協(xié)同催化作用,在不飽和聚酯基體熱解過程中催化熱解產(chǎn)物形成耐熱、穩(wěn)定的炭層,起到物理阻隔作用,提高了材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能,燃燒熱釋放速率峰值(PHRR)降低了 69.49%,同時有毒有害的熱解氣體產(chǎn)物顯著減少;另一方面,MWCNT@NiFe_2O_4的良好分散也提高了材料的儲存模量與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。同時,對于苧麻/不飽和聚酯復(fù)合材料,MWCNT@NiFe_2O_4也明顯增強(qiáng)了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性,成炭量的增多有助于降低燃燒過程的熱釋放速率,提高阻燃性能。2、采用向不飽和聚酯中添加阻燃劑和苧麻織物上接枝阻燃接的方法,利用不同含磷阻燃劑,制備一系列的阻燃苧麻/不飽和聚酯復(fù)合材料,并通過微型量熱儀、極限氧指數(shù)、垂直燃燒、熱重紅外聯(lián)用等方法研究了材料的熱穩(wěn)定性、燃燒性能及熱解與阻燃機(jī)理。添加的含磷阻燃劑分別為次磷酸鋁(AHP)、二乙基次磷酸鋁(ADP)與聚磷酸銨(APP)。研究結(jié)果表明,降低材料的燃燒過程的熱釋放速率,提高火災(zāi)安全性。其中,APP20/UPR的PHRR和總熱釋放量(THR)最低,并且極限氧指數(shù)(LOI)高達(dá)38%,垂直燃燒(UL-94)能達(dá)到V-0級。不同含磷阻燃劑的阻燃機(jī)理為:次磷酸鋁類化合物能在氣相抑制燃燒,發(fā)揮氣相阻燃作用,同時也能一定程度上在凝聚相中促進(jìn)基體熱解炭化起到凝聚相阻燃;聚磷酸銨發(fā)揮凝聚相阻燃作用,通過熱解產(chǎn)生聚磷酸能催化炭化復(fù)合材料,形成致密炭層隔絕熱量與氧氣的交換,阻止材料燃燒。而在苧麻織物上接枝阻燃改性的方法是先合成一種含磷-氮-硅的反應(yīng)型阻燃劑(TMSAP),通過溶膠-凝膠方法,使TMSAP接枝在苧麻的表面,在復(fù)合材料燃燒過程中能提前催化裂解、炭化,并發(fā)揮兩相界面阻燃作用,使得PHRR和THR顯著降低,LOI也提高到30.5%,但沒有達(dá)到UL-94V-0級。為了進(jìn)一步提高復(fù)合材料的阻燃性能,在基體中添加10 wt%APP,即可使得炭層結(jié)構(gòu)變得致密連續(xù),達(dá)到UL-94 V-0 級。3.以生物基電解質(zhì)殼聚糖(CH)和植酸(PA)作為陰、陽離子電解質(zhì),并加入三聚氰胺(ME)作為電荷補(bǔ)償劑和阻燃協(xié)效劑,采用層層自組裝方法對苧麻織物進(jìn)行表面阻燃改性;將此阻燃苧麻織物作為增強(qiáng)體,制備阻燃增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料。通過掃描電鏡觀察、元素分析、熱重分析、極限氧指數(shù)、錐形量熱和力學(xué)性能測試等方法研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、阻燃性能以及力學(xué)性能,并通過熱重-紅外聯(lián)用結(jié)合炭渣掃描電鏡觀察分析其熱解過程和析出的氣體產(chǎn)物,探討其阻燃機(jī)理。結(jié)果表明,苧麻織物表面組裝阻燃改性能明顯降低PHRR和THR,并且LOI從26.0%增加到34.5%;組裝的電解質(zhì)CH/ME與PA催化復(fù)合材料提前熱解、成炭,形成致密的炭層結(jié)構(gòu),能有效地隔絕熱量與氧氣,并在凝聚相發(fā)揮阻燃作用,從而抑制燃燒。此外,由于強(qiáng)酸性的PA的存在會分解纖維中纖維素和半纖維素的糖苷鍵,并且對不飽和聚酯交聯(lián)度也有一定的負(fù)作用,因此復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度都有一定程度的降低。進(jìn)一步采用Fe~(3+)與植酸鰲合成鹽能在一定程度上保持了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ327;TB332

【參考文獻(xiàn)】

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1 聶亞楠;沈浩;谷坤鵬;王成啟;;玻璃鋼復(fù)合材料耐海水腐蝕性能及抗Cl~-滲透壽命預(yù)測[J];中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報;2016年04期

2 鄒林;劉小\，

本文編號：1272541