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聚合物/全硫化橡膠粒子/納米氫氧化鎂三元復合材料的微觀結構與性能關系研究

  為了研究納米氫氧化鎂(NMH)的分散性及其復合材料的形態結構對無鹵阻燃復合材料性能的影響,本文采用了一種制備聚合物/NMH無鹵阻燃復合材料的新方法,制備了多種具有不同微觀結構的聚合物/NMH無鹵阻燃復合材料,包括全分離型、包藏型等結構,并對相態結構與性能的關系進行了較系統的研究。所采用的新型制備方法是先將橡膠膠乳經輻照硫化后與NMH漿液混合均勻,經噴霧干燥得到復合阻燃劑(CFR),然后將這種CFR與乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或尼龍6(PA6)熔融共混得到EVA/CFR和PA6/CFR等三元復合材料。
  用透射電鏡(TEM)觀察EVA/CFR和PA6/CFR三元復合材料,我們發現新的制備方法更有利于NMH的分散。錐形量熱儀實驗(CCT)結果表明,與傳統方法(直接共混法)制備的EVA/超細全硫化橡膠粒子(UFRP)/NMH和PA6/UFRP/NMH三元復合材料相比,EVA/CFR和PA6/CFR三元復合材料的點燃時間明顯延長,且在點燃初期的熱釋放速率更低,其它燃燒數據也明顯好于EVA/UFRP/NMH和PA6/UFRP/NMH,從而證實了阻燃劑在復合材料中分散得越好越有助于阻燃效率的提高。
  我們還發現在EVA/丁腈-復合阻燃劑(NB-CFR)三元復合材料中全硫化丁腈橡膠粒子(NB-UFRP)與NMH之間產生了阻燃協效性。錐形量熱儀實驗結果表明,NB-UFRP的引入使EVA/NB-CFR三元復合材料在NMH含量相同的情況下比EVA/NMH二元復合材料有更長的點燃時間和更低的熱釋放速率。對復合材料進行熱失重分析(TGA)以及紅外分析(FT-IR)發現NB-UFRP與EVA之間存在著某種相互作用,使EVA復合材料的熱穩定性提高,從而提高了EVA/NB-CFR三元復合材料的阻燃性能;另外,NB-UFRP的存在有利于NMH在基體中的分散,這也是與NMH產生阻燃協效性的另一個原因。
  研究了EVA/NB-CFR和EVA/羧基丁腈(CNB)-CFR兩種三元復合材料微觀結構與燃燒行為的關系,發現NB-UFRP和CNB-UFRP使兩種三元復合材料形成不同的微觀結構:EVA/NB-CFR形成全分離結構,而EVA/CNB-CFR則形成部分包藏結構。不同微觀結構使三元復合材料具有不同的阻燃性能,具有全分離結構的EVA/NB-CFR復合材料的耐點燃性更好,而具有包藏結構的EVA/CNB-CFR復合材料具有更低的熱釋放速率。對EVA/有機硅(Si)-CFR三元復合材料的研究結果表明,Si-UFRP的加入不僅可以有效地改善復合材料的力學性能,同時Si-UFRP和NMH對EVA也產生了協同阻燃的作用,即EVA/Si-CFR三元復合材料比EVA/Si-UFRP和EVA/NMH二元復合材料的阻燃性要好,本論文對產生這種協效性的原因進行了分析探討。
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