阻燃和交联聚乙烯复合材料的制备与机理研究

论文摘要

聚合物辐照交联技术、硅烷接枝水交联技术和聚合物／层状硅酸盐纳米复合技术是制备高性能、多功能新型材料的重要手段。本文在大量文献调研的基础上，针对聚合物辐射交联技术以及硅烷接枝水交联技术在聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料这一领域中研究的不足，采用熔融插层法制备了聚乙烯／层状硅酸盐纳米复合材料，研究了60Co γ-射线辐照对材料结构和性能的影响，并对引起材料纳米结构演变以及材料性能改变的因素进行了理论分析；采用不同的方法制备了硅烷接枝聚乙烯／层状硅酸盐纳米复合材料，研究了制备过程中的插层机理和材料的热氧化降解机理。同时，针对聚乙烯在阻燃性能和力学性能等方面存在的问题，从材料设计理念出发，研究了碱式硫酸镁晶须（MHSH）增强阻燃聚乙烯复合体系，以及高分子相容剂、无卤阻燃剂和层状硅酸盐对聚乙烯／MHSH复合材料的影响。运用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）等表征了材料的结构并通过热分析仪、锥形量热计、材料实验仪等对材料的热性能、燃烧性能和力学性能等进行评价。在大量实验数据的基础上，本文得到了以下主要结果： 一、60Coγ-射线辐照聚乙烯／蒙脱土纳米复合材料的研究： 1．1 考察了γ-射线辐照对马来酸酐接枝聚乙烯／有机蒙脱土（MAPE／OMT）层离型纳米复合材料结构与燃烧性能的影响。TEM证明蒙脱土（MMT）片层在MAPE中的分布随着辐照剂量的增加而经过三个演变过程，即MMT片层以接近理想化的“面—面”相对的有序排列方式均匀地分散在MAPE基体中，到MMT片层堆积在一起形成的聚集体无规律的分散在MAPE基体中，再到MMT片层的聚集体以相对有序的排列分散在MAPE基体中。理论分析表明MMT片层间的空间作用力、聚合物—MMT片层界面间产生的新构象以及聚合物分子结构的改变等因素对该演变过程起着诱导作用。锥形量热计实验结果表明，辐照后纳米复合材料的热释放速率的峰值（PHRR）低于MAPE，因为MMT具有的稳定的晶体结构能接受高剂量的辐照而不破坏其片层结构，能有效阻止γ-射线在基体中的穿透和氧气在基体中的扩散，减少

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英文缩写与中文全称对照
• 第一章 文献综述
• 1.1 聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合技术的研究进展
• 1.1.1 纳米复合材料的制备
• 1.1.2 纳米复合材料的结构表征
• 1.1.3 纳米复合材料的性能
• 1.1.4 纳米复合材料的应用前景
• 1.2 聚烯烃接枝和交联改性技术的研究进展
• 1.2.1 接枝改性
• 1.2.2 交联改性
• 1.3 聚烯烃阻燃技术的研究进展
• 1.3.1 无卤阻燃聚烯烃
• 1.3.2 无机晶须增强阻燃聚烯烃
• 1.4 本论文研究工作概述
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验材料和测试方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 结构表征及性能测试方法
• 第三章 γ-射线辐照交联聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料制备
• 3.2.1 改性蒙脱土（OMT）的制备
• 3.2.2 γ-射线辐照MAPE/OMT纳米复合材料的制备
• 3.2.3 γ-射线辐照HDPE/EVA/OMT纳米复合材料的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 OMT的结构表征与热性能
• 3.3.2 γ-射线辐照MAPE/OMT纳米复合材料
• 3.3.2.1 OMT在MAPE基体中的分布
• 3.3.2.2 γ-射线辐照诱导MMT片层分布的机理探讨
• 3.3.2.3 燃烧性能
• 3.3.3 γ-射线辐照交联HDPE/EVA/OMT纳米复合材料
• 3.3.3.1 OMT在HDPE/EVA基体中的分布
• 3.3.3.2 热性能
• 3.3.3.3 凝胶含量
• 3.3.3.4 燃烧性能
• 3.3.3.5 力学性能
• 3.3.3.6 机理探讨
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 硅烷接枝聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料制备
• 4.2.1 反应挤出制备VTMS-g-LLDPE/OMT纳米复合材料
• 4.2.2 熔融插层制备LDPE-g-VMMS/OMT纳米复合材料
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 VTMS-g-LLDPE/OMT纳米复合材料
• 4.3.1.1 FTIR结果
• 4.3.1.2 结构表征
• 4.3.1.3 反应挤出制备VTMS-g-LLDF/OMT纳米复合材料的机理
• 4.3.1.4 热稳定性
• 4.3.2 LDPE-g-VMMS/OMT纳米复合材料
• 4.3.2.1 FTIR结果
• 4.3.2.2 结构表征
• 4.3.2.3 热稳定性
• 4.3.2.4 实时FTIR研究
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 碱式硫酸镁晶须增强阻燃聚乙烯复合材料的研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料制备
• 5.2.1 “均匀沉淀法”制备无机—有机双层包覆红磷
• 5.2.2 复合阻燃材料的制备方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 LDPE/MHSH阻燃体系
• 5.3.1.1 MHSH的结构与形貌分析
• 5.3.1.2 力学性能
• 5.3.1.3 热性能
• 5.3.1.4 阻燃性能
• 5.3.2 MRP/MHSH协效阻燃LDPE
• 5.3.3 EVA对LDPE/MHSH体系燃烧性能的影响
• 5.3.4 MAPE/MHSH/OMT纳米复合材料
• 5.3.4.1 结构表征
• 5.3.4.2 燃烧性能
• 5.3.4.3 热稳定性
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 工作总结
• 6.1 总结论
• 6.2 创新之处
• 6.3 不足之处
• 6.4 研究工作的工业化应用前景及意义
• 博士期间完成的论文及专利
• 致谢