纳米二氧化硅协效阻燃木塑复合材料研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jonquil1981
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木塑复合材料(WPC)作为一种较为成熟的材料已经应用到很多领域。木塑复合材料的定义是利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,代替通常的树脂胶粘剂,与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植物纤维混合成新的木质材料,再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺,生产出的板材或型材。从定义中可以看出构成木塑复合材料的两种主要物质均为可燃易燃物,所以如今围绕阻燃的问题已进行了许多探索。使用木粉(WF)、水稻秸秆粉(SF)与稻壳粉(RHF)作为植物纤维与聚丙烯(PP)制备木塑复合材料,并对比了添加聚磷酸铵(APP)后的阻燃性能与力学性能。力学测试表明,PP/WF-APP 20 wt%复合材料的力学性能最佳。锥形量热(CONE)测试结果表明只有PP/SF复合材料阻燃后的总烟释放量降低。热重分析(TGA)测试结果表明PP/SFAPP 18 wt%复合材料的残炭量最高达到26.9%。扫描电镜(SEM)结果表明PP/SF-APP18 wt%复合材料燃烧后的炭层致密性最好。通过X射线光电子能谱(XPS)测试,发现阻燃差异在于水稻秸秆粉中含有二氧化硅。PP/SF-APP 18 wt%复合材料的阻燃性能最佳,氧指数28.1%,UL-94达到V-0级,但力学性能较差。研究了添加无机纳米材料增强PP/WF-APP 20 wt%复合材料的阻燃性能,研究表明在纳米二氧化硅、纳米粘土、纳米蒙脱土、纳米烧土四种无机纳米材料中,nano-SiO2最为有效的提高了复合材料的阻燃性能,当添加量为1 wt%时,氧指数达到28.3%,提高了1.4%,UL-94达到V-0级。CONE结果表明添加nano-SiO2后复合材料的烟释放速率降低。TGA结果表明添加nano-SiO2后复合材料的残炭量提高了27.9%。SEM结果表明添加nano-SiO2后复合材料燃烧后的炭层致密性提高,但炭层表面不够平整光滑。说明nano-SiO2的加入提高了复合材料的成炭能力,但是存在与复合材料相容性不好且易团聚的问题。利用KH-550改性nano-SiO2后,KH-550-Si O2经红外(FIR)测试结果表明nanoSiO2的红外特征峰上出现了新峰,证明了KH-550成功改性了nano-SiO2。透射电镜(TEM)结果表明团聚在一起的二氧化硅颗粒大部分分散成纳米级粒子,并且得出KH-550与nano-SiO2最佳质量比为1:19。将KH-550-SiO2与APP复配后加入三种木塑复合材料,研究表明添加了18 wt%的APP与2 wt%的KH-550-SiO2的PP/WF复合材料的力学性能与阻燃性能均为最佳。燃烧测试结果表明氧指数提高了2.9%,UL-94达到V-0级。CONE结果表明其烟释速率降低最显著。TGA结果表明复合材料的残炭率提高了40.5%。SEM结果表明复合材料燃烧后的炭层致密性提高,且炭层表面平整光滑。力学测试表明,与未添加KH-550-SiO2相比,拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别提高了9.7%、7.8%、47.8%。
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