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层状纳米材料/微胶囊红磷复配阻燃玻纤增强PET

作　者: 蔡远征
导　师: 方征平
学　校: 浙江大学
专　业: 高分子材料
关键词: 聚对苯二甲酸乙二酯 微胶囊红磷 有机改性蒙脱土 稀土离子 苯基膦酸镧 阻燃
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


玻纤增强聚对苯二甲酸乙二酯(GF-PET)作为一种重要的工程塑料,在汽车、电器电子、机械等领域有着越来越广泛的用途,但却因其易燃性以及燃烧时产生的大量烟,对其应用造成极大限制。因此,开展GF-PET材料的阻燃研究非常重要。聚合物/纳米层状材料以其在阻燃性能及热性能方面的优异表现而被广泛研究,但迄今为止,大多数的纳米填料单一阻燃并不能使材料通过传统阻燃测试,越来越多的研究倾向于纳米层状材料协同传统阻燃剂阻燃聚合物。另外,有研究发现,金属离子在聚合物燃烧过程中不仅具有催化成炭作用,而且还有抑烟作用。本文讨论了不同纳米层状材料以及稀土元素与微胶囊红磷复配(MRP)(MRP用量均为4wt%)对GF-PET复合材料阻燃性能及热性能的影响。采用离子交换法制备了季鏻盐有机改性蒙脱土(P-OMT)和含稀土离子的季鏻盐有机改性蒙脱土(La-P-OMT), TG结果表明P-OMT和La-P-OMT都具有高热稳定性。通过熔融共混法将两种OMT与GF-PET/MRP混合并对材料的阻燃性能进行研究。TEM结果表明P-OMT和La-P-OMT均在材料中呈剥离/插层分散；GF-PET/MRP/La-P-OMT的热稳定性及残炭量相比于GF-PET/MRP/P-OMT都高；GF-PET/MRP阻燃材料中添加4wt%的La-P-OMT之后,材料可以达到UL94V-0级,而相同添加量的P-OMT只能使材料达到UL94V-1级；GF-PET/MRP/P-OMT的炭层呈褶皱形貌,而GF-PET/MRP/La-P-OMT的炭层更致密光滑,这可能与稀土离子催化小分子降解产物成炭有关。采用回流法制备苯基膦酸镧(LaPP),通过熔融共混法制备了GF-PET/MRP/LaPP复合体系并对材料的阻燃性能进行研究。通过分析发现LaPP呈现约100～200nm的片层结构,层间距为1.58nm,起始分解温度为400℃。由于LaPP片层周围的苯环与PET分子链存在较强的相互作用,LaPP在PET中呈插层/剥离共存的纳米分散；添加2wt%或4wt%的LaPP都使得GF-PET/MRP阻燃材料的LOI值略有上升,UL94测试结果从V-1级上升到V-0级,热释放速率峰值下降。GF-PET/MRP燃烧后形成的炭层不够完整、均一,有大量的孔洞,残余物基本为裸露的玻纤GF-PET/MRP/LaPP燃烧后形成厚实完整的炭层覆盖在玻纤上,而炭层形貌变化的原因包括LaPP对炭层的增强优化作用、催化成炭作用以及弱化了玻纤的灯芯效应。LaPP的引入使材料阻燃性能改善的同时,力学性能也有所提高。

全文目录


致谢  5-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-13
第1章 绪论  13-29
  1.1 GF-PET的燃烧及阻燃  13-17
    1.1.1 PET的燃烧机理  13-16
    1.1.2 PET阻燃研究现状  16-17
  1.2 微胶囊红磷阻燃PET  17-19
    1.2.1 微胶囊红磷阻燃剂概括  17-18
    1.2.2 微胶囊红磷阻燃剂的应用  18-19
  1.3 聚合物/层状纳米阻燃体系  19-26
    1.3.1 层状纳米材料概况  19
    1.3.2 聚合物/层状硅酸盐纳米阻燃体系  19-22
    1.3.3 聚合物/层状磷(瞵)酸盐纳米阻燃体系  22-25
    1.3.4 纳米阻燃体系的不足及发展趋势  25-26
  1.4 协同阻燃体系  26-28
    1.4.1 协调阻燃概述  26
    1.4.2 层状纳米材料协同阻燃研究进展  26-27
    1.4.3 金属元素协同阻燃研究进展  27-28
  1.5 课题的提出及主要研究内容  28-29
第2章 改性蒙脱土与微胶囊红磷复配阻燃GF-PET  29-43
  2.1 引言  29
  2.2 实验部分  29-33
    2.2.1 实验原料  29-30
    2.2.2 有机改性蒙脱土的制备  30
    2.2.3 复合材料的制备  30-31
    2.2.4 分析表征  31-33
  2.3 结果与讨论  33-41
    2.3.1 P-OMT、La-P-OMT的结构分析  33-34
    2.3.2 P-OMT、La-P-OMT的热稳定性分析  34-35
    2.3.3 P-OMT、La-P-OMT的红外分析  35
    2.3.4 P-OMT、La-P-OMT在GF-PET中的分散  35-37
    2.3.5 热降解行为  37-39
    2.3.6 阻燃性能  39-40
    2.37 残炭形貌  40-41
  2.4 本章小结  41-43
第3章 苯基膦酸镧与微胶囊红磷复配阻燃GF-PET  43-59
  3.1 引言  43-44
  3.2 实验部分  44-46
    3.2.1 实验原料  44
    3.2.2 苯基膦酸镧(LaPP)的制备  44
    3.2.3 GF-PET/MRP/LaPP复合材料的制备  44
    3.2.4 测试与表征  44-46
  3.3 结果与讨论  46-56
    3.3.1 LaPP的结构分析  46-47
    3.3.2 LaPP的热稳定性分析  47-48
    3.3.3 LaPP在GF-PET中的分散  48-49
    3.3.4 热降解行为  49-51
    3.3.5 阻燃性能  51-54
    3.3.6 残炭形貌  54-56
    3.3.7 力学性能  56
  3.4 本章小结  56-59
第4章 全文结论  59-61
参考文献  61-71
攻读硕士期间完成的学术论文  71-73
作者简介  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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