环保高效阻燃聚丙烯复合材料性能及其表征的研究

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聚丙烯(PP)是一种综合性能优良的热塑型塑料,被广泛应用在生活,工业,电子产品,建筑等领域。然而,PP极易燃烧,引发重大火灾,给人民的生命和财产安全带来极大的隐患。因此对PP进行阻燃性研究,提高其耐火性能显得尤其重要。随着环保意识的加强,阻燃剂正向高效、低烟、低毒、低成本和低危害的方向发展,同时要求不能明显地影响聚合物的加工性能、机械性能等。本课题采用熔融共混法在双螺杆挤出机中制备了PP/MRP(微胶囊红磷)、PP/MRP/Mg(OH)2/Al(OH)3、PP/FMX(高效氢氧化镁)、PP/IFR(膨胀型阻燃剂)以及PP/POE(乙烯辛烯共聚物热塑性弹性体)/nano-CaCO3(纳米碳酸钙)/IFR五个阻燃复合体系。实验测试内容主要有:燃烧性能测试包括氧指数,水平燃烧速率,烟密度测试。力学性能测试包括冲击测试和拉伸测试。采用扫描电子显微镜观察阻燃剂粉体的微观形貌以及冲击断面的微观形态。另外还通过熔融指数测定仪初步研究了PP/MRP体系的熔体流变性能。实验结果表明,微胶囊包覆红磷对聚丙烯有良好的阻燃效果,并且与Mg(OH)2/Al(OH)3协同作用,可相互促进,在更广的温度范围内起阻燃作用,Mg(OH)2/Al(OH)3使得材料具备抑烟性能,改善PP燃烧熔融滴落的现象;MRP可以改善PP复合材料熔体的挤出胀大现象,降低PP的熔体流动速率;此外,通过扫描电镜观察分析,发现以高分子树脂作为微胶囊包覆的红磷与聚丙烯具有良好的相容性,可以有效提高复合材料的冲击强度和弹性模量,添加适量可提高断裂伸长率,但是拉伸强度则有所下降。高效氢氧化镁(FMX)比未改性的Mg(OH)2/Al(OH)3复配阻燃剂对聚丙烯具有更好的阻燃效果。SEM观察发现FMX实现了与聚丙烯的良好相容,能够均匀地分散在PP中,在较低含量(少于15phr)时起到增韧PP的作用,添加量较大时,则冲击性能下降。膨胀型阻燃剂(IFR)对聚丙烯具有优异的阻燃效果,在燃烧界面形成丰富的蓬松多孔封闭炭层,正是这层炭层起到隔热隔氧的屏蔽作用,使得IFR添加量为30份,氧指数最高便可达到34,而且固化稳定的炭层可明显改善聚丙烯的熔融滴落现象。在抑烟性能方面,膨胀型阻燃剂存在一定的不足,会在一定程度上增加聚丙烯阻燃复合材料燃烧的释烟量。由于乙烯辛烯共聚物热塑性弹性体POE的添加,使得PP/POE/nano-CaCO3/IFR复合体系的熔融滴落比较严重,破坏了阻燃炭层的形成,氧指数均低于PP/IFR体系,但是PP/POE/nano-CaCO3/IFR体系燃烧时的释烟量却明显降低。SEM照片显示IFR与PP的相容性很差,在PP中分散不均匀,发生团聚,添加量较大时严重削弱了复合材料的冲击性能,降低拉伸强度和断裂伸长率,但能提高材料的弹性模量。POE对PP具有优异的增韧效果,并且两者相容性非常好,与IFR共同添加到PP中,可有效地改善复合材料的冲击性能和断裂伸长率。
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