收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚丙烯/氢氧化镁复合材料的改性、微结构与性能

刘生鹏  
【摘要】:氢氧化镁具有阻燃、消烟、填充三大功能,作为增强和阻燃聚丙烯的无机刚性粒子更是受到研究者的广泛关注,而技术关键是氢氧化镁填料粒子在聚丙烯基体中的分散性及其界面粘结状况。本文分别以纳米、微米和晶须氢氧化镁(MH)为填料,通过添加SEBS-g-MA相容剂和原位乳液共聚包覆对其进行表面改性获得改性MH(MMH),采用熔融复合方法制备了多种尺度的PP/MH复合材料和PP/MH/红磷(P)复合材料,利用力学性能测试、动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、示差扫描量热分析(DSC)、毛细管流变仪和锥形量热器的燃烧实验(CCT)等测试对复合材料的结构和性能进行了系统地研究,得到了如下结论: (1)以SEBS-g-MA为相容剂,采用熔融复合方法制备了PP/SEBS-g-MA/纳米MH复合材料,系统地研究了相容剂对高填充量的PP/MH纳米复合材料的力学性能、结晶行为、形态结构和流变性能等的影响。结果表明,SEBS-g-MA的加入,充当了纳米MH粒子与PP基体之间的界面过渡层,提高了纳米MH在PP基体中的均匀分散性,增强其与PP基体的界面粘结,使得PP/SEBS-g-MA/MH复合材料的冲击性能较PP/MH复合材料有较大幅度的提高,起到有效的增韧作用。PP/SEBS-g-MA/MH复合材料中纳米MH的均匀分散和界面粘结的增强,提高了纳米MH粒子异相成核的能力,使PP相的结晶速率和结晶度的增加,同时使复合材料中PP相的玻璃化温度有所提高。此外,SEBS-g-MA的加入,减少纳米MH粒子团聚对复合材料熔体流动的阻碍,降低复合材料熔体的表观黏度,并改善了复合材料的流动性能。 (2)在纳米氢氧化镁表面接枝γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)使其表面乙烯化,然后以苯乙烯(St)或甲基丙烯酸甲酯(MMA)为共聚单体采用原位乳液共聚合方法,制备了聚合物包覆纳米MH复合粒子。透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和红外光谱的结果表明,原位乳液共聚生成的聚合物接枝包覆于纳米MH表面,制备的MH-聚合物复合粒子为核-壳结构。 (3)采用原位共聚处理纳米MH、微米MH和MH晶须,并与PP熔融复合,制备了不同尺度的PP/MH复合材料,考察了不同单体改性MH及其分散相的尺寸对PP/MH复合材料的力学性能、熔融和结晶行为及其形态结构的影响。根据缺口冲击实验及其冲击破坏断面的电镜观测结果,发现复合体系的冲击强度与界面粘结状况和填料分散相的尺寸有关。改性MH(MMH)制备的PP/MMH复合材料的与填充未改性MH的PP/MH复合材料相比,冲击强度有较大幅度的提高;与苯乙烯(St)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)原位共聚处理MH相比,MMA/丙烯酸丁酯(BA)单体改性MH的PP/MMH复合材料的冲击强度最大。MMA/BA单体原位共聚改性微米MH粒子在PP基体中分散最均匀,没有粒子的团聚,PP/改性微米MH复合材料的冲击断面上呈现粒子-基体的脱粘与基体的韧性断裂,因而具有相对高的冲击强度。DMA和DSC测试结果表明,改性后MH粒子与PP基体界面相互作用的增强,导致PP/MMH复合材料中PP相T_g下降,并使MH粒子成为异相成核能力加强,提高了PP相的结晶温度、结晶速率和结晶度。毛细管流变性能测试结果表明,PP/MH和PP/MMH复合材料均为剪切变稀的非牛顿流体,熔体的表观黏度均随填充量的增加而增大,PP/MMH复合材料的表观黏度明显低于PP/MH复合材料的的表观黏度;MH粒子经原位聚合改性后在PP基体的分散性提高、界面相互作用增加,降低了MH粒子对PP熔体的流动阻碍,降低复合材料熔体的表观黏度,改善了PP/MH复合材料的流动性。 (4)将改性微米MH或改性纳米MH和红磷(P)与PP熔融复合制备了PP/MH/P复合材料,采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧试验(UL-94)、热失重(TGA)、锥形量热器的燃烧实验(CCT)以及阻燃材料的力学性能测试方法系统研究了改性MH对PP/MH/P复合材料力学性能、热氧化降解和燃烧行为的影响。结果表明,改性MH粒子表面包覆的聚合物有助于提高其在基体中的分散均匀性,改善粒子与PP之间的相容性,提高阻燃复合材料的冲击韧性,其中PP/改性微米MH具有相对较高的冲击强度。虽然改性MH与P协同阻燃PP复合材料相对于填充未改性MH时的LOI值略有下降,但改性MH与P协同阻燃PP使阻燃复合材料的残渣量进一步增加,而微米MH相对于纳米MH阻燃PP具有更高的残渣量,表明其热稳定性的提高。改性纳米MH或改性微米MH与P协同阻燃PP使阻燃复合材料UL-94性能提高,并通过UL-94 V-0级测试标准。改性MH或未改性MH与红磷的协同阻燃PP复合材料的热释放速率的峰值、平均热释放速率和平均质量损失速率对比纯PP大幅下降,而火灾性能指数(FPI)提高了3-4倍,显著提高了复合阻燃体系的阻燃性。


知网文化
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978