阻燃PET/碳纳米管复合物的制备及其结构性能研究

论文摘要

本文首先将经硝酸纯化、混酸氧化改性或机械球磨处理后的多壁碳纳米管（MWNTs）分散在乙二醇（EG）中,然后将对苯二甲酸（TPA）粉末加入上述分散液中进行酯化,并与反应型阻燃剂2-羧乙基苯基次磷酸乙二醇酯（CEPPA-EG）通过原位（in situ）复合的方法得到一系列不同碳纳米管含量的聚酯/碳纳米管复合物。采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、热重分析仪、差示扫描量热仪、极限氧指数仪和instron万能拉伸机研究了碳纳米管在复合材料中的分散形态以及复合材料的结晶性能、热性能、燃烧性能、力学性能等。研究结果表明:磷系阻燃剂CEPPA上的羧基和次磷酸基均与乙二醇的羟基发生了酯化反应;对阻燃剂进行预处理可将其分解温度从188℃提高到262℃,有效防止了CEPPA在PET合成中的降解。采用机械球磨和混酸氧化处理后的MWNTs都能均匀地分散于阻燃PET基体中,后者分散性更佳;在MWNTs/EG分散液制备过程中加入TPA粉末可有效促进MWNTs在基体中的分散。纯化和机械球磨法处理的MWNTs提高了阻燃PET的结晶性能,而混酸氧化的MWNTs则降低了复合材料的结晶性能。在阻燃PET中加入MWNTs有利于提高阻隔炭层的稳定性和致密性,且与含磷阻燃剂的协同阻燃作用,进一步提高了MWNTs/阻燃PET的阻燃性能;同样磷含量时,加入0.4wt%的O1h-MWNTs可以使复合材料的LOI从31%提高到38%。添加0.2wt%到1.0wt%的碳纳米管对复合材料的断裂强度和弹性模量有不同程度提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 聚合物的阻燃
• 1.2 阻燃剂及其发展趋势
• 1.2.1 阻燃剂
• 1.2.2 阻燃剂的发展趋势
• 1.3 聚合物的阻燃机理
• 1.3.1 自由基阻燃机理
• 1.3.2 隔离层阻燃机理
• 1.3.3 冷却机理
• 1.3.4 稀释机理
• 1.4 纳米阻燃
• 1.4.1 碳纳米管阻燃复合材料
• 1.4.2 碳纳米管的改性方法
• 1.4.3 碳纳米管聚合物基复合材料的制备方法
• 1.4.4 基于碳纳米管的聚合物复合材料的阻燃性能
• 1.4.5 其他纳米复合阻燃材料
• 1.5 聚酯阻燃研究进展
• 1.6 聚酯（PET）纳米复合材料的研究
• 1.7 聚合物/MWNTs 复合材料在研究中存在的问题
• 1.8 本研究的内容及目的
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验装置与仪器
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 阻燃剂的预处理
• 2.3.2 MWNTs 的处理
• 2.3.3 MWNTs/阻燃PET 纳米复合物的制备
• 2.4 结构与性能测试
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 特性粘数[η]测定
• 2.4.3 热性能测试
• 2.4.4 极限氧指数测试
• 2.4.5 电子扫描电镜分析
• 2.4.6 力学性能测定
• 2.4.7 结晶度测试
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 阻燃剂的结构与热稳定性研究
• 3.1.1 CEPPA-EG 的分子结构
• 3.1.2 阻燃剂热稳定性分析
• 3.2 碳纳米管在阻燃PET 复合材料中的分散性研究
• 3.2.1 碳纳米管的形态表征
• 3.2.2 不同处理条件的MWNTs 在复合材料中的分散形态
• 3.2.3 分散机理初探
• 3.3 MWNTs 复合材料的结构分析
• 3.4 热性能研究
• 3.4.1 b-MWNTs 对复合材料热性能的影响
• 3.4.2 O-MWNTs 对复合材料热性能的影响
• 3.5 MWNTs 对结晶度的影响
• 3.5.1 不同处理条件MWNTs 对复合材料结晶度的影响
• 3.5.2 O-MWNTs 添加量对结晶度的影响
• 3.6 热稳定性能研究
• 3.7 阻燃性能研究
• 3.7.1 不同处理条件MWNTs 对复合材料LOI 的影响
• 3.7.2 MWNTs 添加量对复合材料LOI 的影响
• 3.7.3 影响复合材料LOI 值的因素初探
• 3.7.4 炭层研究
• 3.8 特性粘数分析
• 3.9 复合材料力学性能研究
• 3.9.1 p-FRPET 的力学性能
• 3.9.2 b-FRPET 的力学性能
• 3.9.3 03h-FRPET 的力学性能
• 3.9.4 不同处理条件的MWNTs 对复合材料力学性能的影响分析
• 3.9.5 影响复合材料力学性能的因素
• 结论
• 参考文献
• 攻读研究生期间发表论文
• 致谢