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PE是五大通用塑料之一,其产量和消费量居各合成树脂之首,但PE为易燃聚合物,氧指数仅为17%~18%,极大地限制了其应用范围,因此它的耐热性和阻燃性成为近年来研究的热点。相比于传统阻燃体系,聚合物/层状硅酸盐纳米复合阻燃材料具有添加量小、能改善复合材料力学性能、不含卤素、促进成炭、成本低廉等优点。目前,关于层状硅酸盐用于阻燃方面的研究主要集中在蒙脱土矿物,而蛭石方面研究较少。为此,本文对蛭石作为阻燃剂阻燃HDPE进行了全面的研究。本论文的研究内容主要包括以下三方面。
首先,对新疆尉犁蛭石的结构及其物理填充阻燃HDPE的效果进行了研究;用XRD、FTIR、SEM、DSC-TG等手段对新疆尉犁蛭石粉体进行表征。结果表明,新疆尉犁蛭石主要为水金云母,同时有独立蛭石和金云母成分。用熔融挤出法制备了HDPE/蛭石复合材料,复合材料的LOI测试表明,单一的蛭石物理填充不能满足HDPE的阻燃要求,文中通过复合材料的TG分析讨论了其失效机理。
其次,研究了HDPE/蛭石纳米复合材料前驱体有机蛭石(OVMT)的制备工艺以及HDPE/OVMT复合材料的阻燃性能;采用“酸化-钠化-插层”工艺制备了有机蛭石,讨论了酸化、钠化条件及插层剂用量对有机化效果的影响。用XRD、FTIR、DSC-TG等手段对OVMT有机化效果进行了表征。结果表明,采用0.1mol/L的硝酸、饱和的氯化钠溶液、1.5倍蛭石CEC十六烷基三甲基溴化铵时,插层效果最好。用熔融插层法制备了HDPE/OVMT复合材料,复合材料的XRD、DSC-TG、力学性能及LOI测试表明,OVMT含量较少时(<10%),蛭石片层被剥离至8.83nm以上,复合材料的阻燃性能、热性能、力学性能均得到较大幅度增长。但随着蛭石含量的增长,复合材料逐渐失去“纳米效应”,OVMT作为单一阻燃剂不能满足HDPE的阻燃要求。为此,本文拟采用IFR/OVMT作为复合阻燃剂,利用其协效阻燃效应以达到阻燃HDPE的目的。
最后,研究了OVMT与膨胀型阻燃剂(IFR)在HDPE中的协效阻燃作用。通过熔融挤出法制备了HDPE/IFR/OVMT复合材料,研究了OVMT与IFR的协效作用。复合材料的SEM、DSC-TG、LOI、UL94等测试表明,适量OVMT对IFR体系的成炭、交联反应有明显的催化作用,OVMT主要通过加快IFR体系的成炭速度来发挥其阻燃作用。