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土耳其學者Metin Yurddaskal研究無鹵阻燃劑對PP材料機械、結構、熱學和阻燃性能的影響取得階段成果

發布時間:2019-05-24 05-24 16:38 作者:康阜新材料

聚丙烯(PP)以優越的力學性能,加工性能和化學穩定性著稱,是世界上應用領域最廣泛材料之一。缺點主要為烯烴類材料的通病,即高度易燃性。



針對鹵系添加可能造成的環保環境問題,土耳其科研工作者Metin Yurddaskal通過研究金屬氫氧化物、硼化合物類、無機黏土類等無鹵阻燃添加劑對PP材料阻燃性能的影響,進行改善與提升。


1 四種礦物原料加工處理后的粒徑分布圖


研究者選用價格低廉,來源廣泛的碳酸鈣/水菱鎂礦,膨潤土,三氧化二銻和硼酸鋅為原料,對原料進行極細研磨至納米尺寸,并對粒徑進行表征測試后,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研究了對拉伸性能等的影響,力圖對力學性能損失最小。


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行表征:PPT5(質量損失5%時的溫度)和T50(質量損失50%時的溫度)276℃356℃,且沒有殘碳生成。四種無鹵阻燃劑添加后,復合材料的T50均有提升,其中PP / 30APP / 30H的殘炭量和熱穩定性提升更明顯,T50提升超過30℃PP/30A殘炭量達到28.2%,且進一步提升添加量,熱穩定性可進一步提升。(一點點想法:筆者認為此處TGA測試,熱分解后產生的殘余物可能是無機物,或者無機物的成分可能更多一些。純屬個人見解,如理解有偏差,望見諒,歡迎大家一起交流探討)


2. PP及其復合材料的TGA曲線


3. PP及其復合材料的DTG曲線


UL94LOI測試對復合材料進行阻燃分析測試,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,無滴落,LOI17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。一個有趣現象:復合材料在低氧測試時火焰逐漸熄滅,高氧條件下產生淬滅現象。(當然,鑒于之前分析,筆者認為此處阻燃機理可能是由于類似于氫氧化物類阻燃劑,燃燒過程中,受熱降解,產生水蒸氣等吸收大量的熱,并對燃燒氣體起到稀釋作用。個人想法,僅作交流探討)

2  PP及其復合材料的UL94LOI測試結果


研究者對復合材料拉伸性能進行測試,結果表明復合材料儲能模量上升明顯,拉伸強度雖有下降,但仍可達到工業領域應用要求,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。


4  PP及其復合材料的拉伸強度和儲能模量測試


整體來說,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機阻燃添加劑在PP中的阻燃應用進行探索,得出碳酸鈣/水菱鎂礦阻燃、力學綜合性能最好的結論。該材料來源非常廣泛,價格特別低廉,綜合性能好,可考慮推廣應用。


內容來源:

《Composite Structures》(183卷,2018年1月1日,381-388頁)


原文鏈接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822317302593




關鍵詞

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