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阻燃剂梯度分布与聚合物阻燃材料阻燃等性能关系研究

作　者: 张君君
导　师: 王玉峰
学　校: 东北林业大学
专　业: 应用化学
关键词: 阻燃剂梯度分布 保温设计 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA) 膨胀型阻燃剂(IFR) 阻燃性能 力学性能
分类号: TQ314.248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文研究了阻燃剂梯度分布与聚合物阻燃材料阻燃等各种性能的关系。通过对不同阻燃体系作保温设计、分层及梯度设计、不同层数的梯度设计以及不同梯级的梯度设计,采用挤出、注塑、混炼等加工手段制备了BDP/ABS；BDP/PC；含溴阻燃母粒/EVA和IFR/EVA阻燃体系,并研究了阻燃剂梯度分布与聚合物阻燃材料阻燃、力学等性能的关系。研究表明,保温设计可以达到使阻燃材料中的阻燃剂向材料表面迁移的目的,并且使阻燃材料的阻燃性能有一定的改善,然而,阻燃剂的大分子在较高温度保温的条件下向材料表面迁移仍然是一个极其缓慢的过程,材料固化成型后,其内部的大分子的运动受到了极大的阻碍,要想看到更明显的改善效果可能还需要进行时间更长的保温,时间成本比较高。分层及梯度设计的试验表明,分层基本不会影响材料的阻燃和力学性能,并且层数的多少对阻燃和力学性能影响均不大。经过梯度设计尤其是包边的材料确实能够更加接近阻燃剂自然地由中心向各向产生梯度分布的设计思想,从而实现更多的阻燃剂分布于材料表面,提高了阻燃材料的阻燃性能,改善了阻燃材料的力学性能。对不同梯级梯度设计的研究表明,梯度分布阻燃材料可以达到用较少(21%)的FR产生同使用较多(25%)FR的效果,从而降低成本,提高阻燃效率。力学试验结果表明当FR含量较少时,梯度设计可以使膨胀阻燃EVA的拉伸强度与同含量均匀分布相比不下降甚至有所提高。利用TGA、XPS、CONE、SEM & EDX等仪器对阻燃体系的热降解行为、表面元素含量、燃烧行为和断面及残炭的形貌等进行了评价和研究,结果表明,保温设计有助于阻燃剂向表面迁移,而梯度分布设计有助于材料受火后形成更多的炭层,使热解气体难以逸出,降低热释放速率和烟释放量,并在第二燃烧阶段促进成炭进程,增加了成炭率,抑制了材料的燃烧热,从而有效增长了燃烧时间。断面和炭层形貌的分析辅证了阻燃和力学性能的结论。同时,分层和梯度设计也不会对材料的热降解行为产生不良影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-24
  1.1 聚合物阻燃技术的发展  9-16
    1.1.1 发展阻燃技术的必要性和聚合物的燃烧过程  9-11
    1.1.2 阻燃剂的种类及应用  11-15
    1.1.3 目前存在的问题  15-16
  1.2 梯度设计用于复合材料的发展  16-18
    1.2.1 梯度设计的起源--仿生  16
    1.2.2 功能梯度材料的发展  16-17
    1.2.3 功能梯度材料的制备方法  17-18
  1.3 迁移扩散理论及其应用  18-20
    1.3.1 迁移扩散理论的内容及其应用于聚合物/阻燃剂体系的考虑  18-19
    1.3.2 迁移扩散理论的应用  19-20
  1.4 EVA树脂概述及其阻燃研究  20-21
  1.5 ABS树脂概述及其阻燃研究  21
  1.6 PC树脂概述及其阻燃研究  21-22
  1.7 本课题的研究目的意义及内容  22-24
2 实验部分  24-31
  2.1 实验原料及仪器设备  24-25
    2.1.1 试验原料  24
    2.1.2 主要实验仪器设备  24-25
  2.2 梯度阻燃材料中阻燃剂梯度形成的方法设计  25-26
    2.2.1 混炼加工叠压法  25
    2.2.2 保温法  25-26
  2.3 梯度阻燃材料制备的工艺路线  26-27
    2.3.1 膨胀阻燃剂(IFR)阻燃EVA梯度阻燃材料的制备工艺路线  26
    2.3.2 BDP阻燃ABS和PC梯度阻燃材料的制备工艺路线  26-27
  2.4 梯度阻燃材料制备的工艺条件  27-28
    2.4.1 膨胀阻燃剂(IFR)阻燃EVA梯度阻燃材料的制备工艺条件  27
    2.4.2 BDP阻燃ABS和PC梯度阻燃材料的制备工艺条件  27-28
  2.5 阻燃材料的性能测试  28-31
    2.5.1 阻燃性能测试  28-29
    2.5.2 力学性能测试  29
    2.5.3 热降解行为测试  29
    2.5.4 燃烧行为测试  29-30
    2.5.5 XPS表面分析  30
    2.5.6 表面形貌观察及能量元素分析(SEM-EDS)  30-31
3 EVA梯度阻燃材料的研究  31-50
  3.1 分层及梯度设计对阻燃材料性能影响初探  31-34
    3.1.1 含溴阻燃母粒/EVA体系  31-33
    3.1.2 膨胀型阻燃剂(IFR)/EVA体系  33-34
  3.2 不同层数梯度设计对IFR/EVA阻燃材料性能的影响  34-36
    3.2.1 分层及梯度设计  34-35
    3.2.2 不同层数梯度设计对IFR/EVA阻燃材料阻燃性能影响的研究  35-36
    3.2.3 不同层数梯度设计对IFR/EVA阻燃材料力学性能影响的研究  36
  3.3 不同梯级的梯度设计对IFR/EVA体系阻燃材料性能的影响  36-49
    3.3.1 IFR/EVA体系不同梯级的分层及梯度设计  36-38
    3.3.2 不同梯级的梯度设计对IFR/EVA体系阻燃材料阻燃性能影响的研究  38-40
    3.3.3 不同梯级的梯度设计对IFR/EVA体系阻燃材料力学性能影响的研究  40-41
    3.3.4 具有不同梯级梯度设计的IFR/EVA阻燃材料的表面形态研究  41-45
    3.3.5 具有不同梯级梯度设计的IFR/EVA阻燃材料燃烧及热降解行为研究  45-49
  3.4 本章小结  49-50
4 ABS&PC梯度阻燃材料的研究  50-61
  4.1 BDP/ABS体系  50-55
    4.1.1 BDP/ABS体系保温温度的选择  50
    4.1.2 BDP/ABS体系的阻燃及力学性能研究  50-52
    4.1.3 BDP/ABS体系XPS表面P含量分析  52-55
  4.2 BDP/PC体系  55-60
    4.2.1 BDP/PC体系保温温度的选择  55
    4.2.2 BDP/PC体系的阻燃及力学性能研究  55-57
    4.2.3 BDP/PC体系XPS表面P含量分析  57-60
  4.3 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 高分子化合物工业（高聚物工业） > 原料与辅助材料 > 合成高分子化合物 > 助剂 > 阻燃剂
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