新型膨胀阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究

摘要

聚丙烯(PP)质轻、耐腐蚀、易加工等优良特性，是一种在日常生活生产中被广泛应用的聚合物之一。然而由于其易燃的特性限制了PP的应用领域。本论文通过对大量文献的调研，对PP膨胀阻燃技术的研究进展进行综述。为了解决现有膨胀阻燃剂普遍存在的耐水性差等问题，利用硅凝胶包裹聚磷酸铵(Si-MCAPP)与新型大分子成炭剂(CFA)相结合技术，通过熔融共混法与PP制备新型耐水膨胀阻燃PP复合材料。基于热分析技术，采用非等温反应动力学方法计算复合材料的表观活化能，从动力学的角度研究新型膨胀阻燃PP复合材料的热稳定性能和阻燃性能之间的关系。为了进一步提高新型膨胀阻燃PP复合材料的阻燃性能，采用水热合成法制备多孔磷酸镍(VSB-1)，研究其与新型膨胀阻燃体系在PP基体中的协效阻燃作用。
　　本研究主要内容包括：⑴利用Si-MCAPP与CFA相结合技术制备新型膨胀阻燃PP复合材料。通过热失重分析、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)、锥形量热仪测试以及耐水性试验等测试手段研究PP复合材料的阻燃性能、热稳定性能以及耐水性能等。研究结果表明:CFA与Si-MCAPP以适当比例复配后，材料燃烧过程中形成致密膨胀炭层，使材料的阻燃性能显著提高。当CFA/Si-MCAPP=1∶3时，复合材料的LOI值能达到40.0％，并通过UL-94 V-0级，其热释放速率峰值(pHRR)和总热释放量相比纯PP下降了86.2％和69.3％。同时，材料具有优异的耐水性，在70℃热水中浸泡168h后仍能通过UL94 V-0级。⑵采用Kissinger、 Flynne-Walle-Ozawa和Coatse-Red fern三种反应动力学方法计算新型膨胀阻燃PP复合材料的表观活化能，从动力学的角度研究膨胀阻燃PP复合材料热稳定性能和阻燃性能之间的关系。研究结果表明:三种非等温动力学模型求得的PP、 PP/CFA/APP(CFA/APP=1∶2)、 PP/CFA/Si-MCAPP(CFA/Si-MCAPP=1∶2)和PP/CFA/Si-MCAPP(CFA/Si-MCAPP=1∶3)的表观活化能值均依次增大，与热稳定性能和阻燃性能顺序相一致。⑶通过水热合成方法制备了VSB-1，研究其与新型膨胀阻燃体系在PP基体中的协效阻燃作用。研究结果说明VSB-1与膨胀阻燃体系之间具有协同阻燃作用。适量的VSB-1可以显著提高复合材料的阻燃性能、热稳定性能，使膨胀炭层更加致密。此外，对新型膨胀阻燃PP复合材料进行了产烟毒性试验，研究了复合材料在燃烧过程中的烟气毒性，得到了复合材料的烟气全不至死浓度，为制备环境友好型膨胀阻燃PP复合材料提供了实验依据。

目录

声明

摘要

注释说明清单

1 绪论

1．1 引言

1．2 PP燃烧过程及阻燃机理

1．2．1 PP燃烧过程

1．2．2 PP阻燃机理

1．3 PP膨胀阻燃技术研究进展

1．3．1 新型IFR的合成

1．3．2 催化协效阻燃技术

1．3．3 微胶囊包裹阻燃技术

1．4 论文研究思路及研究内容

1．4．1 研究思路

1．4．2 研究内容

2 新型膨胀阻燃PP复合材料的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 样品制备

2．2．4 性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 LOI和UL-94

2．3．2 锥形量热仪测试

2．3．3 热稳定性分析

2．3．4 耐水性试验

2．3．5 SEM测试

2．4 小结

3 新型膨胀阻燃PP复合材料热分解动力学研究

3．1 引言

3．2 热分解动力学理论基础

3．3 活化能的计算

3．3．1 Kissinger

3．3．2 Flynne-Walle-Ozawa

3．3．3 Coatse-Redfem

3．4 小结

4 VSB-1在新型膨胀阻燃PP中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 VSB-1的制备

4．2．3 样品制备

4．2．4 结构表征及性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 VSB-1的结构及性能分析

4．3．2 VSB-1对阻燃PP复合材料燃烧性能的影响

4．3．3 新型膨胀阻燃PP复合材料的产烟毒性试验

4．4 小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果