阻燃PBT及其合金纳米复合材料的制备与性能研究

论文摘要

聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）是一种重要的半结晶型工程塑料，具有结晶速率快，耐溶剂性、耐热性好，加工性能优异的优点，但也存在易于燃烧、缺口冲击强度和热变形温度低等缺点。本文在大量文献调研的基础上，结合作者所在课题组的相关工作，综述了PBT的改性研究，包括PBT的阻燃，聚合物／粘土纳米复合材料和PBT合金的最新研究进展。针对PBT目前在阻燃性能，力学性能和热性能等方面存在的问题，从材料设计角度出发详细讨论影响PBT综合性能的诸多因素，优化设计方案。首先，采用MA和TPP复配使用实现PBT的无卤阻燃，研究阻燃PBT的结构和性能，并讨论其阻燃机理。使用改性剂CPC制备高热稳定性的有机土OMTCPC，然后通过熔融共混方法制备PBT／OMTCPC纳米复合材料，研究其结构与热性能之间的关系：为简化工艺流程，采用简易方法制备PBT纳米复合材料，研究MMT与CPC的相对比例对结构和性能的影响以及其纳米复合材料的形成机理：同时在阻燃PBT的基础上，研究有机土与阻燃剂复配使用时的相互作用。接着，制备PBT／ABS合金纳米复合材料，讨论共混次序不同对材料结构和热性能的影响。最后，为了制备综合性能优良的PBT材料，将无卤阻燃、粘土纳米复合和合金化三种技术相结合，逐步研究讨论加工条件，酯交换抑制剂，组成配比，相容剂含量，阻燃剂，玻璃纤维和有机土等因素对PBT／PC合金的结构与性能的影响。 归纳起来，本论文主要由以下五部分的研究内容组成： （1） MA和TPP复配使用实现了PBT的无卤阻燃，即添加30wt.％（MA+TPP=1：2）到PBT中，LOI由20.9增至26.6，通过UL94 V-0级。SEM和DSC显示MA和TPP在PBT基体中分散均匀，且阻燃剂加快PBT的结晶速率，增加其结晶度。TGA、动态FTIR和裂解／GC／MS实验结果表明MA和TPP的阻燃机理为气相和凝固相机理的结合，MA和TPP在加热过程中与PBT发生相互作用，改变了PBT气相和固相热解产物的组成，并促进成炭。 （2） 通过离子交换法，使用不同相对比例的CPC对天然蒙脱土进行有机改性。XRD和FTIR分析表明当mMMT：mCPC=1：1时形成最佳的有机土结构；TGA和XRD结果显示OMTCPC比OMTC16具有更高的热稳定性，适合于PBT的

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语中英文对照表
• 第一章 文献综述：聚对苯二甲酸丁二酯的改性研究进展
• 1.1 引言
• 1.2 PBT的阻燃
• 1.3 聚合物/粘土纳米复合材料
• 1.3.1 粘土的结构
• 1.3.2 粘土的有机改性
• 1.3.3 聚合物/粘土纳米复合材料的制备
• 1.3.3.1 原位插层聚合法
• 1.3.3.2 熔融插层法
• 1.3.4 聚合物/粘土纳米复合材料的结构
• 1.3.5 聚合物/粘土纳米复合材料的形成机理
• 1.3.6 聚合物/粘土纳米复合材料的性能
• 1.3.6.1 力学性能
• 1.3.6.2 热性能
• 1.3.6.3 气体阻隔性能
• 1.3.6.4 阻燃性能
• 1.4 PBT的合金
• 1.4.1 PBT/PET合金
• 1.4.2 PBT/ABS合金
• 1.4.3 PBT/弹性体合金
• 1.4.4 PBT/PC合金
• 1.5 结语
• 1.6 本课题组研究工作进展
• 1.7 本论文的研究思路及主要工作
• 参考文献
• 第二章 磷-氮协效阻燃PBT的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料与试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 样品的制备过程
• 2.2.4 产物的结构表征及性能测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 阻燃PBT的性能表征
• 2.3.1.1 阻燃性能
• 2.3.1.2 形貌结构
• 2.3.1.3 熔融结晶性能
• 2.3.2 PBT的阻燃机理研究
• 2.3.2.1 TGA分析
• 2.3.2.2 动态FTIR分析
• 2.3.2.3 裂解/GC/MS分析
• 2.3.2.4 阻燃机理讨论
• 2.4 本章结论
• 参考文献
• 第三章 CPC改性蒙脱土及其在PBT纳米复合材料中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料与试剂
• 3.2.2 改性蒙脱土的制备
• 3.2.3 实验仪器
• 3.2.4 PBT内米复合材料的制备
• 3.2.5 产物的结构表征及性能测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 CPC改性有机土的性能研究
• 3.3.1.1 改性比例对结构的影响
• 3.3.1.2 FTIR表征
• 3.3.1.3 热稳定性分析
• CPC纳米复合材料的性能研究'>3.3.2 PBT/OMT_CPC纳米复合材料的性能研究
• 3.3.2.1 PBT纳米复合材料的形貌结构
• 3.3.2.2 TGA分析
• 3.3.2.3 结晶性能
• 3.3.3 PBT/MMT/CPC纳米复合材料制备和性能研究
• 3.3.3.1 PBT/MMT/CPC纳米复合材料的形貌结构
• 3.3.3.2 热稳定性
• 3.3.3.3 燃烧性能
• 3.3.3.4 插层机理
• 3.3.4 阻燃剂和粘土的作用
• 3.3.4.1 有卤阻燃体系
• 3.3.4.2 无卤阻燃体系
• 3.4 本章结论
• 参考文献
• 第四章 PBT/ABS合金纳米复合材料的制备及表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料与试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 PBT/ABS合金纳米复合材料的制备
• 4.2.4 产物的结构表征及性能测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PBT/ABS合金纳米复合材料的形貌
• 4.3.2 PBT/ABS合金纳米复合材料中PBT的结晶行为
• 4.3.3 热稳定性
• 4.3.4 熔融结晶性能
• 4.4 本章结论
• 参考文献
• 第五章 阻燃PBT/PC合金的制备与性能研究
• 5.1 引言
• 5.1 实验部分
• 5.2.1 原材料与试剂
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 PBT/PC合金的制备
• 5.2.4 产物的结构表征及性能测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 加工条件与酯交换抑制剂的影响
• 5.3.2 组成配比的影响
• 5.3.3 相容剂含量的影响
• 5.3.4 PBT/PC合金的阻燃
• 5.3.5 阻燃PBT/PC合金的增强
• 5.4 本章结论
• 参考文献
• 本文总结、创新之处以及进一步工作展望
• 博士期间发表论文
• 致谢