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膨胀阻燃聚乙烯

作　者: 陈晓平
导　师: 张胜
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚乙烯 尼龙-66 乙烯醋酸乙烯酯 乙酰丙酮络合金属 硼硅树脂
分类号: TQ325.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚乙烯(PE)是产量最大的通用塑料之一,其制品大量应用于电线电缆、电子电气设备、家装及汽车等行业,但是它的极限氧指数很低并且极易燃烧,这就极大限制了它更广泛的应用。因此,提高聚乙烯的阻燃性能已成为阻燃科学界和相关产业必须面临的问题。目前PE的阻燃体系主要采用卤素阻燃剂和无机金属氢氧化物,但卤素阻燃剂面临着巨大的环境压力,无机金属氢氧化物也由于添加量过大而严重影响材料的物理机械性能。膨胀型阻燃剂因为具有无卤、低毒、生烟量少等特点而得到很大重视。膨胀型阻燃剂主要通过受热分解在材料表面生成多孔的膨胀炭层,起到隔绝热、氧及可燃气体产物等作用达到阻燃目的。本论文中主要以氧指数法、垂直燃烧法和扫描电镜(SEM)法作为考察材料阻燃性能的手段,研究了聚乙烯膨胀阻燃体系中各种添加剂对阻燃性能的影响,并结合热分析手段对聚乙烯膨胀阻燃体系热降解过程的化学反应机理、成炭机理进行了研究。在聚磷酸铵(APP)和小分子成炭剂(PER)组成的膨胀阻燃体系加入PA-66来阻燃聚乙烯,研究表明：加入PA-66可以显著增强协效阻燃效果,从而提高材料的阻燃性能。在LDPE中添加膨胀型阻燃剂和PA-66的基础上,本文引入乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA-28)以提高阻燃剂与聚乙烯的相容性,考察了EVA-28用量对复合材料力学性能和阻燃性能的影响,得到了具有最佳性能的配方：50%LDPE+40%IFR(30%APP+10%PER)+10%PA-66 +50%EVA-28,其氧指数值(LOI)可以达到27.8。本论文在膨胀阻燃体系中加入合成的有机金属络合物以提高体系的残炭量,进而提高材料的阻燃性能。研究表明：有机金属络合物可以将烷基自由基转变成更为稳定的碳化物。本课题以苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和硼酸为原料合成了一种新型的硅系阻燃剂BSi树脂；并对其合成条件进行了详细的研究,通过全反射红外、TG和DSC对合成产物进行了结构表征。当它与聚磷酸铵、季戊四醇、PA-66、EVA-28配合使用时,对PE具有良好的阻燃效果,加入3%BSi树脂即可使材料的氧指数达到29.9,垂直燃烧级别达到UL94 V-0级别。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-33
  1.1 聚乙烯概述  15-16
  1.2 聚合物的燃烧与阻燃机理  16-17
    1.2.1 气相阻燃机理  16
    1.2.2 固相阻燃机理  16-17
    1.2.3 中断热交换机理  17
  1.3 聚乙烯常用阻燃剂及其分类  17-28
    1.3.1 卤系阻燃剂  17-18
    1.3.2 无机阻燃剂  18-19
    1.3.3 磷系阻燃剂  19-20
    1.3.4 氮系阻燃剂  20
    1.3.5 硅系阻燃剂  20-21
    1.3.6 膨胀阻燃剂  21-27
    1.3.7 阻燃剂的发展方向  27
    1.3.8 目前阻燃新技术  27-28
  1.4 膨胀型阻燃聚乙烯研究进展  28-31
  1.5 选题的目的和意义  31-33
第二章 实验部分  33-39
  2.1 实验原材料  33
  2.2 实验仪器  33-34
  2.3 试验工艺  34-35
  2.4 测试方法  35-39
    2.4.1 阻燃性能测试  35-36
    2.4.2 热分析  36
    2.4.3 拉伸性能测试  36-37
    2.4.4 全反射红外分析  37
    2.4.5 扫描电子显微镜  37-39
第三章 成炭剂PA-66对膨胀阻燃聚乙烯复合材料性能的影响  39-47
  3.1 引言  39-40
  3.2 PA-66对复合材料性能的影响  40-43
    3.2.1 PA-66对阻燃性能的影响  41-43
    3.2.2 PA-66对力学性能的影响  43
  3.3 改性PA-66对复合材料性能的影响  43-45
  3.4 本章小结  45-47
第四章 EVA对膨胀阻燃聚乙烯复合材料性能的影响  47-53
  4.1 引言  47
  4.2 EVA-28对复合材料性能的影响  47-51
    4.2.1 EVA-28含量对复合材料力学性能的影响  48-49
    4.2.2 EVA-28含量对复合材料阻燃性能的影响  49-50
    4.2.3 阻燃LDPE/APP/PER/PA-66/EVA-28体系的热分析  50-51
    4.2.4 阻燃LDPE/APP/PER/PA-66/EVA-28体系的电镜分析  51
  4.3 本章小结  51-53
第五章 乙酰丙酮络合金属对复合材料阻燃性能的研究  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 实验部分  53-55
    5.2.1 实验材料  53
    5.2.2 乙酰丙酮络合金属的合成  53-54
    5.2.3 结构表征  54-55
  5.3 测试样品的制备  55
  5.4 结果与讨论  55-61
    5.4.1 不同乙酰丙酮络合金属对材料阻燃性能的影  55-57
    5.4.2 乙酰丙酮钴含量对复合材料阻燃性能的影响  57-58
    5.4.3 炭层扫描电镜分析  58-61
第六章 BSI树脂的合成以及对复合材料性能的影响  61-73
  6.1 引言  61-62
  6.2 实验部分  62-66
    6.2.1 实验药品  62-63
    6.2.2 BSi树脂的合成与表征  63-65
    6.2.3 BSi树脂合成条件的研究  65-66
    6.2.4 样品的制备  66
  6.3 结果讨论  66-70
    6.3.1 BSi树脂对复合材料力学性能的影响  67-68
    6.3.2 BSi树脂对复合材料阻燃性能的影响  68-70
  6.4 本章小结  70-73
第七章 结论  73-75
参考文献  75-81
致谢  81-83
研究成果及发表的学术论文  83-85
作者和导师简介  85-86
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  86-87

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 聚合类树脂及塑料 > 聚烯烃类及塑料 > 聚乙烯
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