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无卤阻燃HDPE的研究

作　者: 卢克磊
导　师: 潘炯玺
学　校: 青岛科技大学
专　业: 高分子材料加工工程
关键词: 聚乙烯无卤阻燃表面改性剂膨胀型阻燃剂聚乙烯/蒙脱土复合材料锥形量热仪
分类号: TQ325.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 437次
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内容摘要

氢氧化镁(MH)是用于聚乙烯无卤阻燃最具有发展前途的阻燃剂之一,本文研究了HDPE/MH的阻燃性能和力学性能。结果表明要使HDPE的阻燃性能达到一定要求,至少添加MH的质量份数为60以上,高添加量导致复合材料的力学性能严重劣化。为了使阻燃体系满足实际应用要求: 一是提高阻燃剂的阻燃效率来减少阻燃剂的添加量,从而提高体系的力学性能。首先由实验得到MH和氢氧化铝(ATH)在1:1的添加量时阻燃效率比各自单独使用要高;通过洲与其它无卤阻燃剂(红磷、APP、硼酸锌)的复配实验,表明MH与它们有较好的阻燃协同效应。其次,研究了膨胀型阻燃剂阻燃HDPE,采用膨胀型阻燃剂—聚磷酸铵和季戊四醇(APP/PER)体系对HDPE进行阻燃。通过TGA实验得到APP与PER添加量比例为3:1时阻燃成炭作用最好,添加成炭促进剂1.5phrZ2的阻燃性能最好。二是通过表面改性剂和增强剂来提高阻燃体系的力学性能。首先用高级脂肪酸或盐类、硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂对MH的表面改性,结果表明,采用表面改性剂可以大幅度提高HDPE/MH体系的断裂伸长率,同时会导致体系的拉伸强度降低(硅烷类偶联剂基本保持不变)以及阻燃性能下降,采用扫描电子显微镜(SEM)发现改性后的MH能很好的分散到聚乙烯树脂中;其次用羟基硅油对HDPE/MH体系进行改性,结果表明羟基硅油可在一定程度上改善材料的韧性,但同时使材料的拉伸强度和模量大幅下降。另外,羟基硅油不能提高体系的氧指数;再次用有机蒙脱土和绢英粉来增强HDPE/MH阻燃体系,发现不仅力学性能得到提高,阻燃性能也有所提高,复合体系的最大热释放速率明显降低,综合力学性能和阻燃性能考虑,MMT的适宜添加量为6phr。

全文目录

文献综述  12-30
  1.1 序言  12-14
  1.2 聚合物的燃烧与阻燃  14-15
    1.2.1 气相阻燃机理  14
    1.2.2 凝聚相阻燃机理  14-15
    1.2.3 中断热交换机理  15
  1.3 阻燃剂现状及展望  15-27
    1.3.1 卤(溴)系仍占主导地位  15-16
    1.3.2 氢氧化铝和氢氧化镁占无卤阻燃剂的主要地位  16-21
    1.3.3 磷、氮系和膨胀型阻燃剂  21-24
    1.3.4 聚烯烃／蒙脱土纳米插层杂化材料  24-25
    1.3.5 硅胶／碳酸钾体系  25-26
    1.3.6 有机硅系阻燃剂  26
    1.3.7 可膨胀石墨体系  26-27
  1.4 无卤阻燃聚烯烃材料的最新研究方法  27
  1.5 无卤阻燃聚烯烃的发展前景  27-28
  1.6 设计思想和研究内容  28-30
    1.6.1 设计思想  28-29
    1.6.2 研究内容  29-30
实验部分  30-34
  1 主要原材料  30
  2 主要实验仪器和设备  30-31
  3 材料制备  31
    3.1 混料  31
    3.2 拉片  31
    3.3 压片制样  31
    3.4 膨胀炭层制备方法  31
  4 性能测试  31-34
    4.1 阻燃性能测试  31-32
      4.1.1 极限氧指数试验  31
      4.1.2 水平燃烧和垂直燃烧  31-32
      4.1.3 锥型量热仪试验  32
    4.2 力学性能测试  32
      4.2.1 拉伸试验  32
      4.2.2 常温下缺口冲击试验  32
      4.2.3 弯曲试验  32
    4.3 热失重分析(TG)实验  32-33
    4.4 扫描电镜实验(SEM)  33
    4.5 维卡软化点的测定  33-34
前言  34-36
结果与讨论  36-75
  第一章氢氧化物阻燃聚乙烯的研究  36-42
    1.1 引言  36
    1.2 MH用量对聚乙烯的阻燃性能的影响  36-39
      1.2.1 MH用量对氧指数影响  36-37
      1.2.2 对热释放速率和着火时间的影响  37-38
      1.2.3 对发烟量影响  38-39
    1.3 MH用量对阻燃聚乙烯体系力学性能的影响  39-40
    1.4 HDPE／Al(OH)_3体系的阻燃性能  40
    1.5 Mg(OH)_2／Al(OH)_3复配体系的阻燃性能  40-41
    1.6 本章小结  41-42
  第二章无卤阻燃剂增效HDPE／MH阻燃体系的协同效应研究  42-49
    2.1 红磷、聚磷酸铵增效MH无卤阻燃HDPE  42-46
      2.1.1 HDPE／红磷体系的阻燃性能  42-43
      2.1.2 HDPE／红磷／Mg(OH)_2／AL(OH)_3体系的阻燃性能  43
      2.1.3 HDPE／聚磷酸铵(APP)体系的阻燃性能  43-44
      2.1.4 HDPE／红磷／APP体系的阻燃性能  44-45
      2.1.5 水合硼酸锌增效MH无卤阻燃HDPE  45-46
    2.2 HDPE阻燃体系的力学性能  46-48
      2.2.1 阻燃剂ATH、红磷、APP对阻燃体系力学性能的影响  46-47
      2.2.2 复合阻燃体系对力学性能的影响  47-48
    2.3 本章小结  48-49
  第三章膨胀型无卤阻燃聚乙烯材料的研究  49-61
    3.1 引言  49
    3.2 实验过程示意  49-50
    3.3 膨胀型阻燃剂之间的膨胀成炭反应  50-52
    3.4 APP／PER体系的配比对成炭效果的影响  52
    3.5 APP／PER对HDPE的阻燃作用  52-54
    3.6 ZEO对APP／PER体系的催化成炭作用  54-55
    3.7 ZEO对HDPE／APP／PER材料的催化成炭作用  55-58
    3.8 ZEO对HDPE／APP／PER材料阻燃性能的影响  58
    3.9 膨胀炭层的微观结构分析  58-59
    3.10 本章小结  59-61
  第四章表面处理剂在HDPE／MH体系中的应用研究  61-69
    4.1 引言  61
    4.2 表面改性剂对Mg(OH)_2阻燃聚乙烯体系力学性能的影响  61-63
    4.3 表面处理剂对阻燃聚乙烯的形态结构的影响  63-64
    4.4 表面处理剂对Mg(OH)_2阻燃聚乙烯体系燃烧性能的影响  64-65
    4.5 羟基硅油对ZB／MH／HDPE阻燃体系的影响  65-68
      4.5.1 羟基硅油对MH／ZB阻燃HDPE体系燃烧和耐热性能的影响  65-66
      4.5.2 羟基硅油对MH／ZB阻燃HDPE体系力学性能的改性  66-67
      4.5.3 阻燃HDPE复合材料拉断后的相形态  67-68
    4.6 本章小结  68-69
  第五章蒙脱土和绢英粉增强阻燃HDPE／MH体系  69-75
    5.1 引言  69
    5.2 添加绢英粉和蒙脱土对HDPE／MH体系力学性能的影响  69-71
      5.2.1 蒙脱土对HDPE／MH体系力学性能的影响  69-70
      5.2.2 绢英粉对HDPE／MH体系力学性能的影响  70-71
    5.3 添加绢英粉和蒙脱土对HDPE／MH体系阻燃性能的影响  71-74
      5.3.1 对氧指数的影响  71
      5.3.2 MH含量复合体系着火时间、热释放速率、发烟量的影响  71-72
      5.3.3 MMT含量对复合体系热释放速率、着火时间、发烟量的影响  72-74
        5.3.3.1 热释放速率  72-73
        5.3.3.2 点燃时间  73
        5.3.3.3 质量损失速率  73
        5.3.3.4 发烟性  73-74
    5.4 本章小结  74-75
结论  75-76
参考文献  76-79
附录  79-80
致谢  80-81
硕士期间发表或接收的论文  81

无卤阻燃HDPE的研究

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