聚乙烯基木塑复合材料及其无卤阻燃改性

摘要

本论文根据塑料填充改性的原理，选用聚乙烯和废木粉为主要原料，采用界面增容体系、增韧增强体系、无卤阻燃体系，制备了无卤阻燃型的木塑复合材料，并研究了其性能、界面作用机理和阻燃机理。全文主要分成两部分： 第一部分，研究了木粉对聚乙烯的填充改性，包括聚乙烯的类型和牌号、木粉的粒径和填充量、木粉的干燥工艺和碱化处理对复合材料性能的影响；为了增进亲水性的木粉和憎水性的聚乙烯基质之间的界面相互作用，采用不同的偶联剂对木粉进行处理，并评价了它们的界面增容效果；用红外光谱和扫描电镜对聚乙烯/木粉的界面增容作用进行表征，并对界面增容机理进行了讨论；研究了纳米碳酸钙与木粉的协同增强作用。 第二部分，基于将木粉不仅看作有机填料，而且作为无卤阻燃体系的一个重要成分—成炭剂的这一研究思路，利用聚磷酸铵和三聚氰胺与木粉组成的复合阻燃体系对木塑复合材料进行无卤阻燃改性，并采用锥形量热仪来表征材料的阻燃性能和研究其阻燃机理。 木粉的干燥温度和干燥时间对木塑复合材料的力学性能和加工性能有重要影响，较佳的干燥条件是在105℃下干燥8小时。木粉粒径对复合材料性能的影响十分明显，粒径为60目的木粉可使木塑复合材料具有较佳的综合性能。 茂金属聚乙烯(mPE)和乙烯-辛烯共聚物(POE)对高密度聚乙烯基木塑复合材料均有良好的增韧作用。单就增韧效果而言，POE优于mPE，但在其它性能如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度以及耐热性等方面，mPE明显优于POE。 小分子偶联剂如硅烷、硼酸脂、钛酸脂可提高PE/木粉复合材料的拉伸强度，但其效果不理想。PE-g-MAH作为大分子相容剂可明显改善聚乙烯基质和木粉界面处的相互作用。该改性剂可明显提高复合材料的力学性能，并且木粉的填充量越高，其效果就越明显。当木粉的用量为50﹪时，使用该大分子改性剂可使复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别提高115.6﹪、66.7﹪、38.1﹪和67﹪。 在使用有效相容剂的情况下，适量木粉可明显提高聚乙烯的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，具有良好的增强效果。当木粉含量为60﹪时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量分别高达38MPa、54MPa和3500MPa，与纯基质相比，分别提高了43.4﹪、176﹪和283﹪，表现出明显的增强效果。 木粉碱化处理的效果与PE/木粉界面处的相互作用密切相关，在使用有效相容剂的情况下，木粉的碱化处理会使材料的拉伸强度明显提高。 在聚乙烯/木粉复合体系中加入少量纳米碳酸钙可提高复合材料的力学性能，纳米碳酸钙与木粉表现出良好的协同增强效果，其最佳用量为3﹪。 作为无卤阻燃体系的“炭源”，木粉对复合材料的燃烧性能有明显的影响。填充木粉可提高材料的氧指数，在一定程度上对材料的燃烧过程起到抑制作用。木粉可以十分明显的降低峰值燃烧热和提高材料的火灾性能指数。 APP作为无卤阻燃体系的“酸源”，可明显促进木粉的成炭性，对聚乙烯/木粉复合材料表现出很好的阻燃作用。聚磷酸铵不仅可明显提高火灾性能指数、氧指数和燃烧残渣，而且对降低生烟速率和生烟总量有明显的作用。 三聚氰胺作为“气源”虽然可以增加氧指数，但效果并不明显。虽然三聚氰胺不能降低峰值热释放速率和增加火灾性能指数，但可明显降低复合材料的生烟速率和生烟总量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写中英文对照

文献综述

前言

试验

结果与讨论

1聚乙烯类型对WPC性能的影响

2聚乙烯牌号的选择

3木粉干燥处理对复合材料性能的影响

4木粉粒径对复合材料性能的影响

5 POE和mPE增韧WPC

6聚乙烯/木粉界面相容性的研究

7木粉增强聚乙烯

8木粉的碱化处理对木粉增强效果的影响

9 Nano-CaCO3与木粉对聚乙烯的协同增强作用

10PE/木粉复合材料的无卤阻燃体系

11锥形量热仪法表征燃烧性能

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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