聚丙烯/Al（OH）3/Mg（OH）2/ZB阻燃复合材料的制备及其性能研究

论文摘要

聚丙烯（PP）是碳氢类材料,极易燃烧,这限制了其广泛应用。目前,阻燃的主要方法是在PP中添加阻燃剂。鉴于对环境保护的要求,无卤阻燃PP已成为当前的研究热点。但无卤阻燃剂的添加量通常比较大,这极大的影响了材料的力学性能与加工性能。为此,研制高效、环保且力学性能优良的阻燃PP是很有必要的。本论文首先论述了聚丙烯用无卤阻燃剂的研究进展及阻燃机理,并据此选用Al（OH）3和Mg（OH）2复配阻燃、硼酸锌协效的阻燃PP体系;然后考虑到阻燃剂对PP力学性能和加工性能的破坏,选用表面处理过的刚性无机粒子CaCO3及POE填充阻燃聚丙烯。通过熔融共混法制备出PP/Al（OH）3/Mg（OH）2/ZB、PP/Al（OH）3/Mg（OH）2/ZB/CaCO3及PP/Al（OH）3/Mg（OH）2/ZB/CaCO3/POE复合材料。采用三套体系对比分析,对各体系阻燃、力学及流动性能进行研究,并对其机理进行初步探讨。阻燃性能主要包括氧指数、烟密度和水平燃烧速度。结果显示:随阻燃剂添加量增加,体系的氧指数逐渐增加、水平燃烧速度及烟密度大幅降低。在相同阻燃剂添加量下,加入CaCO3及同时加入CaCO3和POE的体系氧指数增大,烟密度降低,有利于阻燃,但同时也会使水平燃烧速度略微增大。力学性能主要包括拉伸性能及冲击性能。结果显示:随阻燃剂添加量增加,体系的扯断应变、拉伸强度、断裂伸长率下降,弹性模量增大。V型缺口试样的冲击强度随阻燃剂含量增大先增大后减少。在相同阻燃剂添加量下,加入CaCO3及同时加入CaCO3和POE后的体系的扯断应变、断裂伸长率、冲击强度增大,体系的力学性能得到改善,且同时加入CaCO3和POE的体系其冲击性能明显改善。流动性能测试主要是熔体体积流动速率的测定。结果显示:随着阻燃剂添加量的增加而熔体体积流动速率近线性下降,且载荷越大熔体体积流动速率越大。经过表面处理的碳酸钙,与基体相容性更好,可使得熔体体积流动速率越大。本研究成果可望对无卤阻燃PP的设计和应用提供理论依据和指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚丙烯及填料
• 1.2.1 聚丙烯
• 1.2.2 塑料中常用填料
• 1.3 阻燃剂发展历史、现状及其分类
• 1.3.1 阻燃剂发展历史
• 1.3.2 我国阻燃剂发展现状
• 1.3.3 阻燃剂的选择原则
• 1.3.4 阻燃剂的分类
• 1.4 阻燃剂的发展趋势
• 1.5 聚丙烯用无卤阻燃剂的研究进展
• 1.5.1 金属氢氧化物阻燃剂的研究进展
• 1.5.2 硼系阻燃剂的研究进展
• 1.5.3 磷系阻燃剂的研究进展
• 1.5.4 硅系阻燃剂的研究进展
• 1.5.5 膨胀型阻燃剂的研究进展
• 1.6 本课题的研究意义、内容及方法
• 1.6.1 本课题研究意义
• 1.6.2 本课题研究内容
• 1.6.3 主要研究方法
• 第二章 聚合物的燃烧和阻燃机理
• 2.1 聚合物的燃烧及机制
• 2.1.1 聚合物的燃烧
• 2.1.2 聚合物的燃烧机制
• 2.2 聚合物的阻燃机理
• 2.2.1 固相相阻燃机理
• 2.2.2 气相阻燃机理
• 2.2.3 协效阻燃机理
• 2.2.4 其它阻燃机理
• 2.3 无卤阻燃剂的阻燃机理
• 2.3.1 金属氢氧化物阻燃剂阻燃机理
• 2.3.2 硼系阻燃剂阻燃机理
• 2.3.3 磷系阻燃剂阻燃机理
• 2.3.4 硅系阻燃剂阻燃机理
• 2.3.5 膨胀型阻燃剂阻燃机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 实验与测试
• 3.1 主要原料
• 3.1.1 树脂
• 3.1.2 填料
• 3.2 偶联剂
• 3.3 配方
• 3.4 主要设备和仪器
• 3.5 试样制备
• 3.5.1 阻燃PP 复合材料制备工艺流程图
• 3.5.2 表面改性
• 3.5.3 预混
• 3.5.4 挤出造粒
• 3.5.5 干燥
• 3.5.6 注射成型
• 3.6 阻燃PP 复合材料燃烧性能测试
• 3.6.1 氧指数测定
• 3.6.2 烟密度等级测定
• 3.6.3 水平燃烧速度测定
• 3.7 阻燃PP 复合材料流变性能测试
• 3.7.1 定义
• 3.7.2 熔体流动速率测定仪
• 3.7.3 实验操作
• 3.7.4 熔体体积流动速率及熔体密度的计算
• 3.8 力学性能
• 3.8.1 拉伸试验
• 3.8.2 冲击试验
• 3.8.3 断面形貌分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 PP 复合材料的阻燃性能
• 4.1 阻燃性能测试
• 4.1.1 氧指数
• 4.1.2 水平燃烧速度
• 4.1.3 烟密度
• 4.2 复合材料燃烧残留物表面宏观形貌分析
• 4.2.1 PP/Al（OH）3/Mg（OH）2/ZB 燃烧后炭层宏观形貌
• 4.2.2 相同阻燃剂添加量下三种体系燃烧后炭层宏观形貌分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 阻燃PP 复合材料的力学性能及流动性能
• 5.1 拉伸性能
• 5.1.1 拉伸应力-应变曲线
• 5.1.2 弹性模量
• 5.1.3 拉伸强度及断裂强度
• 5.1.4 断裂伸长率
• 5.2 冲击性能
• 5.2.1 阻燃剂添加量对冲击性能的影响
• 5.2.2 试件厚度对V 型缺口冲击性能的影响
• 5.2.3 冲击断面形貌
• 5.3 流动性能
• 5.3.1 阻燃剂用量对复合材料的流动性能的影响
• 5.3.2 载荷对复合材料的MVR 的影响
• 5.3.3 阻燃剂用量对复合材料的密度的影响
• 5.3.4 密度对载荷的依赖性
• 5.4 本章小结
• 第六章 阻燃PP 复合材料增强的理论分析
• 6.1 拉伸强度
• 6.1.1 影响因素
• 6.1.2 拉伸强度的预测方程
• 6.1.3 拉伸强度的理论值与实验值比较分析
• 6.2 弹性模量
• 6.2.1 影响因素
• 6.2.2 弹性模量的预测方程
• 6.2.3 弹性模量的理论值与实验值比较分析
• 6.3 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 创新之处
• 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件