土耳其學(xué)者M(jìn)etin Yurddaskal研究無(wú)鹵阻燃劑對PP材料機械、結構、熱學(xué)和阻燃性能的影響取得階段成果
- 發(fā)布時(shí)間：2019-05-24 05-24 16:38 作者：康阜新材料
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聚丙烯（PP）以?xún)?yōu)越的力學(xué)性能，加工性能和化學(xué)穩定性著(zhù)稱(chēng)，是世界上應用領(lǐng)域最廣泛材料之一。缺點(diǎn)主要為烯烴類(lèi)材料的通病，即高度易燃性。
針對鹵系添加可能造成的環(huán)保環(huán)境問(wèn)題，土耳其科研工作者Metin Yurddaskal通過(guò)研究金屬氫氧化物、硼化合物類(lèi)、無(wú)機黏土類(lèi)等無(wú)鹵阻燃添加劑對PP材料阻燃性能的影響，進(jìn)行改善與提升。
圖1 四種礦物原料加工處理后的粒徑分布圖
研究者選用價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛的碳酸鈣/水菱鎂礦，膨潤土，三氧化二銻和硼酸鋅為原料，對原料進(jìn)行極細研磨至納米尺寸，并對粒徑進(jìn)行表征測試后，按比例共混添加入PP，制備復合材料，提升熱性能與阻燃性能的同時(shí)研究了對拉伸性能等的影響，力圖對力學(xué)性能損失最小。
表1 PP及其復合材料的組成配比
采用XRD,FTIR,SEM等對復合材料的結構形貌進(jìn)行表征，表明了納米粒子的均勻分布；隨后用TGA測試對復合材料熱性能進(jìn)行表征：PP的T5（質(zhì)量損失5%時(shí)的溫度）和T50（質(zhì)量損失50%時(shí)的溫度）276℃和356℃，且沒(méi)有殘碳生成。四種無(wú)鹵阻燃劑添加后，復合材料的T50均有提升，其中PP / 30A和PP / 30H的殘炭量和熱穩定性提升更明顯，T50提升超過(guò)30℃，PP/30A殘炭量達到28.2%，且進(jìn)一步提升添加量，熱穩定性可進(jìn)一步提升。(一點(diǎn)點(diǎn)想法：筆者認為此處TGA測試，熱分解后產(chǎn)生的殘余物可能是無(wú)機物，或者無(wú)機物的成分可能更多一些。純屬個(gè)人見(jiàn)解，如理解有偏差，望見(jiàn)諒，歡迎大家一起交流探討)
圖2. PP及其復合材料的TGA曲線(xiàn)
圖3. PP及其復合材料的DTG曲線(xiàn)
用UL94和LOI測試對復合材料進(jìn)行阻燃分析測試，結果表明純PP易燃，易滴落，而PP/A,Z,H 30%添加量可達V-1級別，無(wú)滴落，LOI由17上升至21左右，，50%添加量達到V-0級別；分析其阻燃機理主要體現在凝聚相，成炭屏障保護作用。一個(gè)有趣現象：復合材料在低氧測試時(shí)火焰逐漸熄滅，高氧條件下產(chǎn)生淬滅現象。（當然，鑒于之前分析，筆者認為此處阻燃機理可能是由于類(lèi)似于氫氧化物類(lèi)阻燃劑，燃燒過(guò)程中，受熱降解，產(chǎn)生水蒸氣等吸收大量的熱，并對燃燒氣體起到稀釋作用。個(gè)人想法，僅作交流探討）
表2 PP及其復合材料的UL94與LOI測試結果
研究者對復合材料拉伸性能進(jìn)行測試，結果表明復合材料儲能模量上升明顯，拉伸強度雖有下降，但仍可達到工業(yè)領(lǐng)域應用要求，其中，結合儲能模量的提升與拉伸強度的下降，碳酸鈣/水菱鎂礦綜合性能最好。
圖4 PP及其復合材料的拉伸強度和儲能模量測試
整體來(lái)說(shuō)，研究者主要對碳酸鈣/水菱鎂礦，三氧化二銻，膨潤土和硼酸鋅四種無(wú)機阻燃添加劑在PP中的阻燃應用進(jìn)行探索，得出碳酸鈣/水菱鎂礦阻燃、力學(xué)綜合性能最好的結論。該材料來(lái)源非常廣泛，價(jià)格特別低廉，綜合性能好，可考慮推廣應用。
內容來(lái)源：
《Composite Structures》（183卷，2018年1月1日，381-388頁(yè)）
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822317302593
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