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聚丙烯(PP)是极易燃烧的材料,燃烧时发热量大,熔融滴落,且极易传播火焰,限制了应用领域,需添加阻燃剂以提高阻燃性能。从无卤阻燃发展趋势看,由于膨胀型阻燃剂具有高阻燃性、无熔滴行为、低烟、低毒、无腐蚀性气体等优点,成为当今阻燃领域的研发热点。然而,由于其碳源和酸源组分大多是亲水性物质,极性较大,与PP相容性差,会降低阻燃材料力学性能。本课题主要研究膨胀型阻燃母料及其阻燃协效剂对PP复合材料(简称复合材料)力学性能和阻燃性能的影响。
本文首先采用季戊四醇(PER)和磷酸密铵盐(MP)为原料,添加一定量的磷钨酸,通过双螺杆挤出机熔融挤出制备了膨胀型阻燃母料(简称母料)。研究了母料制备过程中,添加磷钨酸为协效剂对复合材料性能的影响。傅利叶红外光谱分析(FT-IR)表明在母料制备过程中添加磷钨酸能促进PER与MP发生一定的酯化反应,形成了单一组分的膨胀型阻燃剂。热重分析(TG)表明添加阻燃母料后的复合材料具有良好的热稳定性。力学性能研究表明适量磷钨酸的添加对提高复合材料的力学性能较为明显。
其次,在母料制备过程中添加有机改性蒙脱土为协效剂,研究其用量与阻燃性能及力学性能的关系,研究表明蒙脱土的添加对复合材料阻燃及力学性能略有提高。
其三,以双季戊四醇(DPER)代替PER与磷酸密铵盐(MP)通过熔融共混制备了膨胀型阻燃母料。TG分析表明添加该母料制备的复合材料具有良好的热稳定性。扫描电镜(SEM)分析表明添加该母料制备的复合材料燃烧后表面可观察到致密的膨胀炭层。力学性能研究表明复合材料的力学性能仍需要继续改善。
最后,以双季戊四醇(DPER)代替PER与磷酸密铵盐(MP)制备了膨胀型阻燃母料,并进一步研究此阻燃母料对PP的阻燃性能。红外光谱分析表明在DPER与MP部分发生了酯化反应。TG分析表明添加该阻燃母料后的复合材料具有良好的热稳定性,最终残炭量可达20％。SEM分析表明复合材料燃烧后表面可观察到明显的发泡膨胀效果。力学性能研究表明复合材料的力学性能能满足绝大多数场合的应用要求。