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膨胀阻燃型聚丙烯阻燃材料的制备与性能研究

作　者: 吴正环
导　师: 文劲松
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚丙烯 膨胀阻燃剂 有机硅树脂 硅烷偶联剂 甲基乙烯基硅橡胶 表面改性
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


聚丙烯(PP)具有优良的综合性能,并且加工方便,因此在众多领域得到了广泛应用,但是它极易燃烧,限制了其进一步的应用。膨胀阻燃剂(IFR)是近年来研究较多的新型阻燃剂,阻燃效果优异,但是随着添加量的增加,聚丙烯的力学特性下降较快。为了改善其综合性能,本文在文献调研的基础上,提出三种方案:一是采用IFR与有机硅树脂(SR)复配,利用其协效作用改善IFR/PP的性能;二是采用硅烷偶联剂(SCA),通过表面改性技术改善IFR与PP的相容性及分散性;三是采用甲基乙烯基硅橡胶(MVSR)改性IFR,从而提高改性IFR与PP的相容性。本文将这三种方案与IFR/PP体系进行了对比,同时研究了改性IFR/PP体系的耐水性。通过氧指数仪测试样品的极限氧指数(LOI),运用锥形量热仪读取改性后的阻燃体系热释放速率以及烟释放速率,从而得到材料的阻燃性能;然后使用电子万能材料试验机考察材料拉伸强度和断裂伸长率随着改性IFR含量增加的变化情况,通过热重分析仪(TGA)以及差示扫描量热仪(DSC)分析材料热降解温度,600℃后所得的残炭百分数,同时分析材料结晶温度以及结晶度,还有熔限的变化;最后通过扫描电镜(SEM)观察不同材料的微观结构,从而得出材料阻燃效果及力学特性变化的原因。通过以上测试得到的主要结论如下:SR/IFR/PP体系在质量份数比为1.4/30/70(70%×2%/30%/70%)时极限氧指数达到了29%,此时协效复配体系的极限氧指数比同比例的IFR/PP体系要高近2%。热释放速率的峰值为142.4 kW/m2烟释放速率的峰值为0.02 kW/m3,相比IFR/PP体系,都有所降低。拉伸强度变化不大,但是体系的断裂伸长率较IFR/PP体系提高了近200%,结晶度与二元体系相比改善不明显,熔限改变也不明显。由于改善了IFR在PP中的分散性,因此有效地改善了材料的机械加工特性与力学特性。SCA/IFR/PP体系在质量份数比为0.025/45/55(0.5%×45%/45%/55%)时体系的极限氧指数达到了38.4%,高出同样比例的IFR/PP体系6.4%,此时改性IFR/PP体系的热,烟释放速率的峰值分别为71.01 kW/m2和0.0031 m3/s,相比IFR/PP体系,都有很大程度的降低;拉伸强度基本维持不变,然而断裂伸长率有所下降;结晶度及熔限等改变同样不明显;材料的阻燃性能有所提高,力学特性略微下降;通过极限氧指数和拉伸特性分析,材料的耐水性良好。MVSR/IFR/PP体系在质量份数比为8.4/45/55(18.67%×45%/45%/55%)时体系的极限氧指数为27.4%,基本与同比例的IFR/PP持平;MVSR表面改性IFR/PP体系的热释放速率的峰值是179.49 kW/m2,比同比例的IFR/PP高出较多,烟释放速率的峰值则控制的较好;拉伸强度变化不大,断裂伸长率为344.47%,较IFR/PP体系提高了近300%;结晶度及熔限改变不明显;MVSR表面改性的IFR在PP中界面相容性最好,但是分散性有待提高;通过极限氧指数及拉伸特性测试,材料的耐水性较好。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第一章 绪论  13-30
  1.1 高分子材料阻燃的必要性  13
  1.2 塑料阻燃技术简介  13-15
  1.3 聚丙烯阻燃的发展及趋势  15-21
    1.3.1 聚丙烯阻燃的技术途径  15-17
    1.3.2 无机阻燃剂  17-18
    1.3.3 有机阻燃剂  18-19
    1.3.4 聚丙烯阻燃剂的发展趋势  19-21
  1.4 膨胀阻燃剂的阻燃特点  21-25
    1.4.1 膨胀阻燃剂的阻燃机理  21-22
    1.4.2 膨胀阻燃剂的研究进程及发展趋势  22-25
  1.5 有机硅阻燃剂复配及阻燃剂表面改性在聚丙烯阻燃中的应用  25-28
    1.5.1 有机硅阻燃剂的协效复配  25-26
    1.5.2 聚丙烯阻燃剂的表面改性  26-28
  1.6 选题的目的意义、研究的主要内容  28-30
    1.6.1 选题的目的意义  28-29
    1.6.2 研究的主要内容  29-30
第二章 材料制备测试与IFR/PP体系实验结果分析  30-36
  2.1 实验内容  30-36
    2.1.1 实验材料  30
    2.1.2 实验仪器设备  30
    2.1.3 实验步骤  30-34
    2.1.4 性能测试  34-36
第三章 结果分析与讨论  36-72
  3.1 IFR/PP阻燃体系结果与分析  36-45
    3.1.1 IFR对PP阻燃性能的影响  36-39
    3.1.2 IFR/PP体系拉伸特性的分析  39
    3.1.3 IFR/PP体系热稳定性分析  39-41
    3.1.4 IFR/PP体系DSC分析  41-42
    3.1.5 IFR/PP体系SEM分析  42-43
    3.1.6 IFR/PP体系燃烧后的形貌分析  43-44
    3.1.7 小结  44-45
  3.2 SR/IFR/PP体系结果分析与讨论  45-54
    3.2.1 SR/IFR/PP体系阻燃性能分析  45-48
    3.2.2 SR/IFR/PP体系拉伸特性的影响  48-49
    3.2.3 SR/IFR/PP体系热稳定性分析  49-50
    3.2.4 SR/IFR/PP体系的DSC分析  50-51
    3.2.5 SR/IFR/PP体系的断面SEM分析  51-53
    3.2.6 SR/IFR/PP体系燃烧后的形貌分析  53
    3.2.7 小结  53-54
  3.3 SCA-IFR/PP体系的结果与分析  54-63
    3.3.1 SCA 改性 IFR 机理及用量  54-55
    3.3.2 SCA-IFR/PP阻燃特性的分析  55-57
    3.3.3 SCA-IFR对PP拉伸特性的影响  57-58
    3.3.4 SCA-IFR/ PP 体系热稳定性分析  58-59
    3.3.5 SCA-IFR/PP体系DSC热分析  59-60
    3.3.6 SCA-IFR/ PP 体系断面 SEM 分析  60
    3.3.7 SCA-IFR/PP体系燃烧残炭分析  60-61
    3.3.8 SCA-IFR/PP体系耐水性分析  61-62
    3.3.9 小结  62-63
  3.4 MVSR-IFR/PP体系结果与分析  63-72
    3.4.1 MVSR表面改性IFR的机理及用量  63
    3.4.2 MVSR-IFR/PP体系阻燃性能分析  63-66
    3.4.3 MVSR-IFR/PP拉伸特性的分析  66
    3.4.4 MVSR-IFR/PP体系热稳定性分析  66-67
    3.4.5 MVSR-IFR/PP体系DSC分析  67-68
    3.4.6 MVSR-IFR/PP体系微观结构SEM分析  68
    3.4.7 MVSR-IFR/PP体系燃烧残炭分析  68-69
    3.4.8 MVSR-IFR/PP体系耐水性分析  69-70
    3.4.9 小结  70-72
结论与展望  72-73
参考文献  73-77
在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 聚合类树脂及塑料 > 聚烯烃类及塑料 > 聚丙烯
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