本文關鍵詞：膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯復合材料的形態(tài)結構與性能研究

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【摘要】：聚丙烯(PP)作為一種重要的熱塑性通用塑料,具有優(yōu)異的機械性能、成本低和易于加工等優(yōu)點,已被廣泛地應用在許多領域,如汽車、電子電器、建材、家具、室內裝修等。然而PP材料因其分子式含有碳、氫元素,極易燃燒,其易燃性和熔滴現象嚴重限制了其在很多領域的應用。因此,研究能阻燃PP材料變得尤為重要。在各種各樣的提高聚丙烯阻燃性能的方法中,添加膨脹型阻燃劑(IFR)被認為是一種最有前景的方法,因為IFR是一種低毒、低煙、不含有鹵素的環(huán)保型阻燃劑。而傳統(tǒng)的鹵素阻燃劑由于其含有鹵系元素,燃燒后會釋放出大量有毒氣體,所以近年來已被逐漸淘汰。IFR通常由三部分組成：酸源、碳源和氣源。這些阻燃添加劑在燃燒過程中反應形成碳層,該碳層作為一個物理屏障,可以阻止熱量和可燃性氣體的轉移和擴散,隨后導致快速自熄。聚磷酸銨(APP)作為一種最常見的酸源,同時其受熱后釋放出NH3,也可同時作為氣源使用,已被廣泛的進行研究。但是,APP很容易遷移和團聚,與聚合物基體的相容性很差,導致材料的機械性能下降,而且作為單一阻燃劑使用時,阻燃效率較差。本文通過不同材料對APP進行改性,研究了改性對APP結構和性能的影響,并研究了改性APP以及用改性APP復配的膨脹型阻燃劑對PP基體材料的燃燒行為、熱性能、機械性能等的影響。希望能研制出阻燃性能和機械性能都較好的無鹵環(huán)保型阻燃復合材料,為實現PP無鹵阻燃復合材料在工業(yè)上的應用提供相應的基礎數據和理論指導。本論文的主要研究結果如下：1.利用熱塑性聚氨酯(TPU)來改性APP,采用傅立葉紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)和熱失重分析(TGA)得知改性后APP的結構和性能與未改性的APP都不相同,說明成功制備出了改性APP。將改性后的APP添加到PP中,制備出PP/改性APP復合材料。研究了不同含量的改性APP對PP/改性APP阻燃復合材料的燃燒行為、熱穩(wěn)定性能及力學性能的影響。研究發(fā)現隨著改性APP含量的增加,其阻燃復合材料的熱釋放速率(HRR),熱釋放速率峰值(PHRR),總的熱釋放量(THR),CO和CO2的釋放值都顯著降低,熱穩(wěn)定性明顯提高,但改性APP的加入降低了PP材料的力學性能。在同樣阻燃劑含量添加下,PP/改性APP的阻燃效率明顯比PP/APP要好,證明了改性APP的優(yōu)異阻燃效果。2.選用了大分子成炭劑聚酰胺6(PA6)作為膨脹型阻燃劑的碳源,研究了大分子成炭劑PA6對PP/改性APP/PA6復合阻燃材料的燃燒行為、熱穩(wěn)定性能及力學性能的影響。研究發(fā)現PP/改性APP/PA6的LOI值明顯提高,且達到了UL-94垂直燃燒的V-2等級。PP/改性APP/PA6阻燃復合材料燃燒后的碳層質量明顯高于PP/改性APP阻燃復合材料,且前者的熱穩(wěn)定性更高。加入PA6后,PP阻燃復合材料的拉伸強度和沖擊強度有了一定提升。3.通過硅鋁水凝膠雙層包覆改性APP得到MDAPP,制備出PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料,研究了MDAPP和PA6組成的膨脹型阻燃劑對復合材料的燃燒行為、熱穩(wěn)定性能及力學性能的影響。PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料體系有兩個樣品達到UL-94的V-0等級,有兩個達到UL-94的V-1等級,與PP/APP/PA6體系相比,其阻燃性能得到了很大的提高,LOI值也有顯著提高。PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料體系的阻燃性能和熱穩(wěn)定性能都優(yōu)于PP/APP/PA6體系。前者燃燒后的碳層致密、完整且堅固,碳層質量高于后者,這是其阻燃性能和熱穩(wěn)定能都高于后者的原因。
【關鍵詞】：聚丙烯 膨脹型阻燃劑 聚磷酸銨 包覆改性 阻燃復合材料
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第一章 前言13-26
• 1.1 引言13
• 1.2 PP的燃燒及阻燃13-15
• 1.2.1 PP的燃燒13-14
• 1.2.2 PP的阻燃14-15
• 1.3 無鹵阻燃PP的研究進展15-24
• 1.3.1 金屬氫氧化物阻燃PP16-18
• 1.3.2 層狀無機物阻燃PP18-20
• 1.3.3 膨脹型阻燃劑阻燃PP20-24
• 1.4 本論文的研究思路和主要研究內容24-26
• 1.4.1 本論文研究的目的意義與思路24-25
• 1.4.2 本論文研究的主要內容25
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新點25-26
• 第二章 實驗部分26-32
• 2.1 實驗原料和儀器設備26-27
• 2.1.1 實驗原料26
• 2.1.2 實驗儀器26-27
• 2.2 材料制備27-29
• 2.2.1 PP/MTAPP復合材料的制備27-28
• 2.2.2 PP/MTAPP/PA6復合材料的制備28
• 2.2.3 硅鋁水凝膠雙層包覆改性APP及其阻燃PP復合材料的制備28-29
• 2.3 阻燃聚丙烯復合材料的測試與表征方法29-32
• 2.3.1 傅立葉紅外光譜測試29
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡29
• 2.3.3 極限氧指數測試29
• 2.3.4 垂直燃燒測試29-30
• 2.3.5 錐形量熱儀測試30
• 2.3.6 宏觀碳層形貌測試30
• 2.3.7 熱重分析30
• 2.3.8 差示量熱掃描測試30-31
• 2.3.9 力學性能測試31-32
• 第三章 TPU改性APP對PP阻燃復合材料性能的影響32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 結果與討論32-42
• 3.2.1 MTAPP的形貌結構與熱穩(wěn)定性能表征32-35
• 3.2.2 PP/MTAPP阻燃復合材料的LOI和UL-94測試35-36
• 3.2.3 PP/MTAPP阻燃復合材料的動態(tài)燃燒行為分析36-40
• 3.2.4 PP/MTAPP阻燃復合材料的熱穩(wěn)定性分析40-41
• 3.2.5 PP/MTAPP阻燃復合材料的力學性能分析41-42
• 3.3 本章小結42-43
• 第四章 MTAPP和大分子成炭劑PA6阻燃PP的阻燃性能及熱性能的研究43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 結果與討論43-49
• 4.2.1 PP/MTAPP/PA6阻燃復合材料的LOI與UL-94測試43-45
• 4.2.2 PP/MTAPP/PA6阻燃復合材料的殘?zhí)啃蚊卜治?/span>45-46
• 4.2.3 PP/MTAPP/PA6阻燃復合材料的熱穩(wěn)定性分析46-47
• 4.2.4 PP/MTAPP/PA6阻燃復合材料的結晶和熔融行為分析47-49
• 4.2.5 PP/MTAPP/PA6阻燃復合材料的力學性能分析49
• 4.3 本章小結49-50
• 第五章 硅鋁水凝膠雙層包覆改性APP對PP阻燃復合材料性能的影響50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 結果與討論50-60
• 5.2.1 MDAPP的形貌結構與熱穩(wěn)定性能表征50-52
• 5.2.2 PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料的LOI與UL-94測試52-54
• 5.2.3 PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料的殘?zhí)啃蚊卜治?/span>54-55
• 5.2.4 PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料的熱穩(wěn)定性分析55-57
• 5.2.5 PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料的結晶和熔融行為分析57-58
• 5.2.6 PP/MDAPP/PA6阻燃復合材料的力學性能58-60
• 5.3 本章小結60-61
• 結論及展望61-63
• 參考文獻63-75
• 附錄75-77
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表(擬發(fā)表)的論文及申請的專利77-80
• 致謝80

【引證文獻】

中國碩士學位論文全文數據庫 前2條

1 李梅;幾種納米阻燃熱塑性聚氨酯復合材料的制備、表征與燃燒、力學性能研究[D];青島科技大學;2016年

2 馮曉琳;含氟磷酸鹽型離子液體協效阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料的研究[D];青島科技大學;2016年

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本文編號：653490