【摘 要】
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聚丙烯(PP)因其优异的材料特性,应用广泛。但PP极易燃烧、易变形、不耐低温等缺点限制了其使用范围。因此,为了克服以上问题,拓展PP的使用范围,尤其是在新能源汽车领域上的应用,使用长玄武岩纤维(LBF)通过熔融浸渍法对PP进行改性,制备长玄武岩纤维增强聚丙烯(PP/LBF);在PP中加入焦磷酸哌嗪体系膨胀型阻燃剂(IFR)进行阻燃改性,研究阻燃聚丙烯(PP/IFR)的性能;最后制备长玄武岩纤维增强
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聚丙烯(PP)因其优异的材料特性,应用广泛。但PP极易燃烧、易变形、不耐低温等缺点限制了其使用范围。因此,为了克服以上问题,拓展PP的使用范围,尤其是在新能源汽车领域上的应用,使用长玄武岩纤维(LBF)通过熔融浸渍法对PP进行改性,制备长玄武岩纤维增强聚丙烯(PP/LBF);在PP中加入焦磷酸哌嗪体系膨胀型阻燃剂(IFR)进行阻燃改性,研究阻燃聚丙烯(PP/IFR)的性能;最后制备长玄武岩纤维增强阻燃聚丙烯(PP/LBF/IFR)。为了提升PP的力学强度,增强其耐变形及抗低温能力,通过熔融浸渍生产工艺使用自制浸渍模头制备了PP/LBF。通过添加马来酸酐接枝改性的PP(PPg-MAH)改善PP/LBF界面,研究了其添加量对PP/LBF力学性能的影响。增加PP-g-MAH的添加量,PP/LBF的力学性能提高,添加至5 wt%时,复合材料拥有结合良好的相界面。添加LBF可显著提升PP/LBF的力学性能和抗形变能力,其含量为50 wt%时,与PP相比,PP/LBF的拉伸强度和弯曲强度分别提高294%和168%,弯曲模量提升563%,缺口冲击强度提升1220%;PP/LBF的耐低温冲击性能得到显著提升,添加LBF至50 wt%时,PP/LBF的低温无缺口冲击强度与室温条件下无较大区别。PP/LBF在经注塑加工成型后仍可保持较长的纤维长度,形成明显的网络状骨架结构,与短玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料相比,其性能更为优异。在PP中加入IFR制备PP/IFR,研究不同IFR含量对力学性能、结晶性能、流动性、阻燃性能、热稳定性的影响,并对IFR的阻燃机理进行了讨论。随着IFR含量的增加,PP/IFR的强度大幅下降,弯曲模量上升,结晶度下降,结晶温度降低,结晶速率加快。10 wt%含量的IFR对复合材料流动性影响不大,随IFR含量增加,流动性大幅下降。当IFR含量为30 wt%时,可以达到UL94 V-0级别(3.2 mm厚度),并拥有良好的热稳定性。IFR在PP/IFR燃烧过程中快速生成炭层的同时并伴有含氮的惰性气体生成,对可燃性气体进行稀释。加入IFR对PP/LBF进行阻燃改性,研究了复合材料力学性能、热稳定性、阻燃性能、电性能受IFR添加量的影响。复合材料的力学性能随IFR添加量增加而下降。IFR可提高PP/LBF/IFR的阻燃性能,添加至35 wt%,可在表面形成有效的厚实炭层,达到UL94 V-0级别(1.6 mm厚度),灼热丝起燃温度(GWIT)达到960℃以上。PP/LBF/IFR的热稳定性随IFR含量的增加而提升,添加IFR至30 wt%,PP/LBF/IFR的最大热失重速率(MMLR)大幅降低,最大分解温度提高。复合材料的相对漏电起痕指数受IFR添加量影响不大,其值维持在600 V以上。IFR对PP/LBF/IFR的性能影响小于短玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料(PP/SBF/IFR)。
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