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无卤阻燃EVA、POE及其交联改性复合材料的制备和性能研究

焦传梅  
【摘要】: 镁铝水滑石(LDH)结构组成中具有结晶水、羟基等,并且其层板间含有碳酸根,具有较好的阻燃、抑烟功能,是一种高效、无卤、无毒、低烟,环保的新型阻燃剂。本文研究了纳米氢氧化镁(NMH)和纳米水滑石(NLDH)对阻燃乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)复合材料微观结构、力学性能、燃烧性能及热性能的影响。实验结果表明,NLDH不仅在提高极限氧指数(LOI)、改善垂直燃烧性能和降低热释放速率(HRR)等方面的作用优于NMH,而且在抑烟方面也优于NMH,是一种较好的阻燃抑烟剂。要使复合材料的阻燃性能达到一定要求,NLDH的添加量仍然较大,对材料的力学性能造成了严重的影响;本论文研究了NLDH与微胶囊化红磷(MRP)及白炭黑(SiO_2)在EVA中的阻燃协效作用。结果表明,MRP与NLDH协效阻燃EVA有利于提高材料的LOI和UL-94垂直燃烧级别。热重分析表明,在空气条件下,MRP与NLDH协效阻燃EVA有利于提高复合材料的成炭量。采用Kissinger、Friedman和Flynn-Wall-Ozawa三种方法研究的热解动力学分析表明,材料阻燃性能的提高可能与热解过程表观活化能的增加有关,即存在能量阻隔作用机理;白炭黑(SiO_2)作为EVA/NLDH复合材料的阻燃协效剂有利于改善材料的垂直燃烧性能。 研究了用硬脂酸和钛酸酯偶联剂改性的NLDH对EVA/NLDH复合材料的力学性能、燃烧性能及热性能的影响。结果表明,在添加量相同的条件下,硬脂酸改性的NLDH性能要比钛酸酯改性的NLDH性能优良,其主要原因可能与界面和分散性有关;另外,研究了VA含量对EVA/NLDH复合材料的力学性能和燃烧性能的影响。结果表明,VA含量影响NLDH的阻燃效率。这是由于EVA分解释放的醋酸与具有碱性的NLDH发生反应,降低了NLDH的阻燃效率。 研究了γ射线辐射交联对EVA/NLDH/MRP复合材料的力学性能、阻燃性能、热稳定性及抗热变形能力的影响。结果表明,γ射线辐射是对EVA/NLDH/MRP复合材料进行交联的一种有效手段。经适度辐射交联的EVA/NLDH/MRP复合材料的力学性能、阻燃性能及抗热变形的能力显著改善,辐射剂量为100kGy时是最佳值;研究了硅烷交联对MH阻燃EVA的影响,结果表明,硅烷交联有利于提高EVA/MH体系的阻燃性能和力学性能。同时阻燃体系中添加硅氧烷有利于提高EVA/MH复合材料的阻燃性能和热稳定性能。 采用成核—晶化隔离法制备了Mg/Al-CO_3 LDHs和Mg/Al/Fe-CO_3 LDHs。通过XRD、FT-IR、TG、TEM等分析手段对LDHs化合物进行了表征。采用熔融共混法制备了EVA/LDHs阻燃复合材料,通过LOI、UL-94垂直燃烧试验、TG、锥型量热计等表征手段研究了添加Mg/Al-CO_3 LDHs和Mg/Al/Fe-CO_3 LDHs对EVA树脂的热性能及燃烧性能的影响。实验结果表明,在LDHs中引入适量的Fe~(3+)可以提高复合材料的LOI,改善材料燃烧过程中的熔融滴落现象,使阻燃级别提高到V-0级,而且可以降低HRR、延长燃烧时间,使热释放速率最大值出现的时间有所延迟。 研究了乙烯—辛烯共聚物(POE)的硅烷接枝交联反应,探讨了硅烷用量、反应时间和反应温度对POE接枝程度的影响;采用热分析手段,研究了硅烷交联POE的热稳定性;同时采用差示扫描量热(DSC)法,对硅烷交联POE进行了非等温结晶动力学分析;结果表明,硅烷用量增加、反应时间延长、反应温度升高均可以增加POE的接枝程度;经过硅烷交联后体系的热稳定性随交联程度的增加而提高。研究了硅烷交联体系的非等温结晶动力学,结果表明,结晶速率随降温速率增加而增大,随POE的交联程度的增加而降低。另外,开展了硅烷交联POE的无卤阻燃研究,探讨了在硅烷交联POE体系中添加MH/SiO_2对该体系的力学性能和阻燃性能的影响。


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