【摘 要】
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本文以水热法制备了ZnO和MoO3纳米线(NWs),并通过熔融共混法将其添加到聚丙烯树脂(PP)中,分别制备了ZnO NWs/PP复合材料和ZnO/MoO3/PP复合材料;将ZnO/MoO3NWs和纳米氢氧化铝(ATH)复配后加入PP中,成功制备了ZnO/MoO3/ATH/PP复合材料。研究了ZnO NWs、ZnO/MoO3NWs和ZnO/MoO3/ATH对PP复合材料的阻燃性能和力学性能的影响。
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本文以水热法制备了ZnO和MoO3纳米线(NWs),并通过熔融共混法将其添加到聚丙烯树脂(PP)中,分别制备了ZnO NWs/PP复合材料和ZnO/MoO3/PP复合材料;将ZnO/MoO3NWs和纳米氢氧化铝(ATH)复配后加入PP中,成功制备了ZnO/MoO3/ATH/PP复合材料。研究了ZnO NWs、ZnO/MoO3NWs和ZnO/MoO3/ATH对PP复合材料的阻燃性能和力学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征了ZnO NWs和MoO3 NWs的形貌和结构;利用热重分析(TGA)、极限氧指数测试仪(LOI)、微型量热仪(MCC)、烟密度测试仪、锥形量热仪(CCT)对ZnO NWs/PP、ZnO/MoO3/PP和ZnO/MoO3/ATH/PP复合材料的热稳定性、阻燃性能和抑烟性能进行了测试分析;通过对复合材料的热降解动力学研究,分析了复合材料的阻燃机理;采用拉伸试验和悬臂梁冲击试验对复合材料的力学性能进行了测试。研究结果表明:随着ZnO NWs的添加,ZnO NWs/PP复合材料的初始分解温度(T5%)、最大失重速率温度(Tmax)、700℃时的残重率和LOI均有所提高,而峰值热释放速率(PHRR)、总热释放量(THR)、最大烟密度(MSD)和烟密度等级(SDR)降低,说明ZnO NWs提高了复合材料的热稳定性和阻燃性能,同时还降低了复合材料的烟释放量。当ZnO NWs的含量为30wt%时,与纯PP相比,复合材料的T5%和Tmax分别提高了34.6℃、20.8℃,PHRR和THR分别降低了36.0%、37.8%,MSD降低了53.9%;复合材料的活化能(Ea)随ZnO NWs添加量的增大而增大;力学性能测试结果表明:当ZnO NWs的质量分数小于或等于30%时,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均大于纯PP。对于ZnO/MoO3/PP复合材料,随着ZnO/MoO3NWs含量增加,复合材料的T5%、Tmax和残重率均提高,PHRR、THR、烟释放速率(SPR)和总烟释放量(TSR)都降低。当添加15wt%ZnO NWs和25wt%MoO3NWs时,与纯PP相比,ZnO/MoO3/PP复合材料的T5%和Tmax分别提高了22.4%、8.1%,LOI值达到24.8%,PHRR和THR分别下降了56.9%、23.7%,SPR和TSR分别下降了0.02m2/s和3.3m2;热降解动力学研究发现:向PP中加入ZnO/MoO3NWs,复合材料的Ea增加,从而增加了复合材料的热降解难度;力学性能测试结果表明:当ZnO/MoO3NWs的质量分数小于或等于20%时,纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均大于纯PP,说明ZnO/MoO3NWs可以提高PP的强度和韧性。当ZnO/MoO3 NWs和纳米ATH复配后,ZnO/MoO3/ATH/PP复合材料的阻燃性能优于ZnO/MoO3/PP和ATH/PP复合材料。当ZnO NWs的含量为3.75wt%,MoO3NWs的含量为3.25wt%,纳米ATH的含量为21wt%时,复合材料的LOI达到25.3%,ZnO/MoO3/ATH/PP复合材料的残重率为24.6%,复合材料的PHRR较纯PP下降了570.4k W/m2,THR下降了34.1MJ/m2;复配体系燃烧后的炭层平整致密。综合分析表明:ZnO NWs和ZnO/MoO3NWs可以显著提高PP复合材料的热稳定性、阻燃性能和抑烟性能。ZnO/MoO3NWs与纳米ATH复配后,具有协同阻燃效应。
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