聚合物/全硫化橡胶粒子/纳米氢氧化镁三元复合材料的微观结构与性能关系研究

摘要

为了研究纳米氢氧化镁（NMH）的分散性及其复合材料的形态结构对无卤阻燃复合材料性能的影响，本文采用了一种制备聚合物/NMH无卤阻燃复合材料的新方法，制备了多种具有不同微观结构的聚合物/NMH无卤阻燃复合材料，包括全分离型、包藏型等结构，并对相态结构与性能的关系进行了较系统的研究。
　　 所采用的新型制备方法是首先将橡胶胶乳经辐照硫化后与NMH浆液混合均匀，经喷雾干燥得到复合阻燃剂(CFR)，然后将这种CFR与乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或尼龙6(PA6)熔融共混得到EVA/CFR和PA6/CFR等三元复合材料。
　　 用透射电镜(TEM)观察EVA/CFR和PA6/CFR三元复合材料，我们发现新的制备方法更有利于NMH的分散。锥形量热仪实验(CCT)结果表明，与传统方法（直接共混法）制备的EVA/超细全硫化橡胶粒子(UFRP)/NMH和PA6/UFRP/NMH三元复合材料相比，EVA/CFR和PA6/CFR三元复合材料的点燃时间明显延长，且在点燃初期的热释放速率更低，其它燃烧数据也明显好于EVA/UFRP/NMH和PA6/UFRP/NMH，从而证实了阻燃剂在复合材料中分散得越好越有助于阻燃效率的提高。硫化丁腈橡胶粒子（NB-UFRP）与NMH之间产生了阻燃协效性。锥形量热仪实验结果表明，NB-UFRP的引入使EVA/NB-CFR三元复合材料在NMH含量相同的情况下比EVA/NMH二元复合材料有更长的点燃时间和更低的热释放速率。对复合材料进行热失重分析(TGA)以及红外分析(FT-IR)发现NB-UFRP与EVA之间存在着某种相互作用，使EVA复合材料的热稳定性提高，从而提高了EVA/NB-CFR三元复合材料的阻燃性能；另外，NB-UFRP的存在有利于NMH在基体中的分散，这也是与NMH产生阻燃协效性的另一个原因。
　　 研究了EVA/NB-CFR和EVA/羧基丁腈(CNB)-CFR两种三元复合材料微观结构与燃烧行为的关系，发现NB-UFRP和CNB-UFRP使两种三元复合材料形成不同的微观结构：EVA/NB-CFR形成全分离结构，而EVA/CNB-CFR则形成部分包藏结构。不同微观结构使三元复合材料具有不同的阻燃性能，具有全分离结构的EVA/NB-CFR复合材料的耐点燃性更好，而具有包藏结构的EVA/CNB-CFR复合材料具有更低的热释放速率。
　　 对EVA/有机硅(Si)-CFR三元复合材料的研究结果表明，Si-UFRP的加入不仅可以有效地改善复合材料的力学性能，同时Si-UFRP和NMH对EVA也产生了协同阻燃的作用，即EVA/Si-CFR三元复合材料比EVA/Si-UFRP和EVA/NMH二元复合材料的阻燃性要好，本论文对产生这种协效性的原因进行了分析探讨。

目录

文摘

英文文摘

学位论文数据集

第一章 文献综述

1.1 聚合物的燃烧和阻燃

1.1.1 气相阻燃机理

1.1.2 凝聚相阻燃机理

1.2 常用的几种阻燃剂及其作用机理

1.2.1 卤系阻燃剂

1.2.2 磷系阻燃剂

1.2.3 含硅阻燃剂

1.2.4 金属氢氧化物阻燃剂

1.3 氢氧化镁无卤阻燃剂的研究进展

1.3.1 氢氧化镁粒子超细化

1.3.2 表面有机化处理

1.3.3 高分子增容剂的加入

1.3.4 第三组分弹性体的加入

1.3.5 与其它助剂配合使用

1.4 聚合物阻燃性能的评价方法和发展前景

1.5 本论文的研究目的和研究思路

参考文献

第二章超细全硫化橡胶粒子/纳米氢氧化镁粒子复合阻燃剂(CFR)的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验设备

2.2.3 NB-CFR的制备

2.2.4 CNB-CFR的制备

2.2.5 Si-CFR的制备

2.2.6 超细全硫化粉末橡胶的制备

2.2.7 形态表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 NMH以及CFR的形态表征

2.3.2 分散机理

2.4 小结

参考文献

第三章 EVA/CFR纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能的关系

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验设备

3.2.3 采用密炼机制备EVA/CFR纳米复合材料

3.2.4 采用双螺杆挤出机制备EVA/CFR纳米复合材料

3.2.5 性能测试与结构表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 NB-UFRP与NMH在EVA纳米复合材料中的阻燃协效性

3.3.2 复合阻燃剂NB-CFR对EVA纳米复合材料性能的影响

3.3.3 共混方式对EVA/NB-CFR纳米复合材料性能的影响

3.3.4 不同全硫化橡胶粒子对EVA/CFR纳米复合材料性能的影响

3.3.5 Υ-射线辐照对EVA及其复合材料性能的影响

3.4 小结

参考文献

第四章 PA6/CFR纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能的关系

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 实验设备

4.2.3 采用密炼机制备PA6/CFR纳米复合材料

4.2.4 采用双螺杆挤出机制备PA6/CFR纳米复合材料

4.2.5 性能测试与结构表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 复合阻燃剂CNB-CFR对PA6纳米复合材料性能的影响

4.3.2 Si-UFPR和Si-CFR对PA6复合材料阻燃性能的影响

4.4 小结

参考文献

第五章 结论

第六章 本论文工作展望与建议

研究成果及发表的学术论文

致谢

北京化工大学 博士研究生学位论文答辩委员会决议书