【摘 要】
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本文针对芳纶纤维（AF）结晶度高、化学惰性强、表面改性难,与聚合物之间相容性差等问题,采用去质子化法制备可化学改性的对位芳纶纳米纤维（ANF）,利用ANF的耐热、阻燃和高强度等特性,制备阻燃和增强的TPU复合材料。但是,ANF自身的碱性环境恶化了TPU复合材料的力学性能。因此,本文进一步采用环氧氯丙烷（HY）、3-（氯丙基）三甲氧基硅烷（Si）和3-氯丙炔（PC）对ANF表面进行共价改性,制备得到
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本文针对芳纶纤维（AF）结晶度高、化学惰性强、表面改性难,与聚合物之间相容性差等问题,采用去质子化法制备可化学改性的对位芳纶纳米纤维（ANF）,利用ANF的耐热、阻燃和高强度等特性,制备阻燃和增强的TPU复合材料。但是,ANF自身的碱性环境恶化了TPU复合材料的力学性能。因此,本文进一步采用环氧氯丙烷（HY）、3-（氯丙基）三甲氧基硅烷（Si）和3-氯丙炔（PC）对ANF表面进行共价改性,制备得到ANF-HY、ANF-Si和ANF-PC三种改性纳米纤维,并用于TPU复合材料阻燃增强。研究阻燃TPU复合材料的燃烧性能、热性能和机械性能,探讨了改性芳纶纳米纤维对TPU的阻燃增强机制。主要研究结论如下:1、研究发现,ANF-HY、ANF-Si和ANF-PC的热稳定性有所提升,在TPU中的分散性没有受到表面接枝的影响。2、改性ANF纤维添加量为0.25wt%时,TPU/ANF-Si0.250的p HRR最低,其p HRR为445.38 k W/m~2,THR为97.74 MJ/m~2;同等添加量下,TPU/ANF-PC0.250燃烧过程中CO释放量最小,仅有1.00 g。3、SEM、XPS和拉曼光谱结果表明,TPU/ANF-Si0.250和TPU/ANF-PC0.250的ID/IG最大,分别为0.72和0.76。TPU复合材料的炭层石墨化程度得到提高,且炭层形貌致密。基于催化成炭作用,纤维与改性纤维能够实现TPU的高效阻燃和抑烟减毒。4、改性ANF纤维可以抑制TPU的热分解,减少了可燃物质及有毒物质的挥发,使得大部分物质停留在凝聚相中,其中TPU/ANF-Si0.250的残炭率达到21.9%,材料具有良好的热稳定性。5、拉伸测试结果表明,ANF-HY和ANF-PC在保持TPU复合材料机械性能时展示出明显优势,其中TPU/ANF-PC0.250拉伸强度和断裂伸长率与TPU相比仅下降20.3%和33.5%,分别为83.4 MPa和659.3%,并远优于TPU/ANF0.250的11.2 MPa和102.5%。
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