阻燃聚苯乙烯復(fù)合材料的制備及性能研究

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)／。=i明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：盞魚一日期：＆(叢關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說(shuō)明本人完全了解太原理工大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：①學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；③學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；④學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和

2、交換學(xué)位論文；⑤學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容(保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定)。簽名：耋絲弋日期．k』絲導(dǎo)師簽名：萬(wàn)方數(shù)據(jù)太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文阻燃聚苯乙烯復(fù)合材料的制備及性能研究摘要聚苯乙烯(PS)是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物，是一種無(wú)色透明的熱塑性塑料。因其抗水性和透光度好、耐化學(xué)腐蝕且易加工、著色、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，聚苯乙烯被廣泛應(yīng)用在人們的日常生產(chǎn)生活中。但是，由于聚苯乙烯僅由碳、氫兩種元素構(gòu)成，造成其樹脂極易燃燒，并放出大量有害的煙氣；同時(shí)產(chǎn)生熔融現(xiàn)象，極易引發(fā)二次火災(zāi)。從而嚴(yán)重制約了PS樹脂在各行各業(yè)的推廣使用。如果要拓展PS樹脂的

3、應(yīng)用，就必須對(duì)PS樹脂進(jìn)行阻燃改性。在對(duì)聚合物進(jìn)行阻燃改性時(shí)所應(yīng)用到的阻燃劑中，鹵系阻燃劑及無(wú)機(jī)阻燃劑占到了80％以上。但是傳統(tǒng)鹵系阻燃劑可能會(huì)產(chǎn)生“二嗯英”等致癌物質(zhì)，對(duì)人類及環(huán)境造成了極大的威脅。因此歐盟早在2006年就已實(shí)施RollS禁令，禁止了能夠產(chǎn)生致癌物質(zhì)阻燃劑的應(yīng)用。而對(duì)于無(wú)機(jī)阻燃劑如果要達(dá)到一定的阻燃效果，其添加量要求很大，可是無(wú)機(jī)阻燃劑與聚合物的相容性差，而且無(wú)機(jī)填料對(duì)于聚合物的力學(xué)性能有很大負(fù)面影響。因此為了在不影響機(jī)械性能的基礎(chǔ)上得到一種阻燃性能優(yōu)異，價(jià)格低廉的阻燃PS復(fù)合材料。本實(shí)驗(yàn)選擇了目前發(fā)展迅猛的膨脹阻燃劑一聚磷酸銨(APP)和膨脹石墨(EG)

4、來(lái)對(duì)PS樹脂進(jìn)行阻燃改性。膨脹阻燃劑中比較有代表性的是聚磷酸銨(APP)，其在燃燒受熱后能夠放出氨氣及水蒸氣，形成有脫水性的磷酸等物質(zhì)，在后續(xù)的燃燒過(guò)程中，磷萬(wàn)方數(shù)據(jù)太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文酸會(huì)使聚合物酯化、脫水、炭化，形成有隔離氧氣及熱量的保護(hù)炭層。在阻燃的過(guò)程中，僅僅放出氨氣及水蒸氣，毒性大大的小于其他類別的阻燃劑。膨脹石墨(EG)是一種經(jīng)過(guò)特殊處理的碳素材料。受熱后(>230℃)會(huì)發(fā)生物理變化而使自身的體積成百倍的增加。膨脹倍率高，低熱量釋放，無(wú)污染，是一種優(yōu)良的阻燃劑。本課題利用APP及EG對(duì)PS樹脂進(jìn)行阻燃改性，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題利用碳酸鈣(CaC0

5、3)對(duì)該阻燃體系進(jìn)行了研究及修正。通過(guò)極限氧指數(shù)(LOI)測(cè)量、UL．94等級(jí)判別等方式檢測(cè)PS復(fù)合材料阻燃性能；利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)及傅里葉變換紅外光譜分析(Fzm)等表征方法，對(duì)其化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面微觀形貌等進(jìn)行分析，探索APP／EG／CaC03／PS復(fù)合材料阻燃炭層的形成機(jī)理。結(jié)果表明：在APP／EG體系中，當(dāng)APP／EG=3：I時(shí)，復(fù)合材料的極限氧指數(shù)(LOI)為27．2，UL．94阻燃等級(jí)評(píng)定為v．1，殘?zhí)柯蕿?7．48％，有少量煙氣產(chǎn)生；而當(dāng)該比例變化為l：l時(shí)，其LOI變化為28％，UL一94阻燃等級(jí)評(píng)定為v．0，殘?zhí)柯蕿?9．68％，熔滴

6、現(xiàn)象消失，沒(méi)有煙氣產(chǎn)生。不過(guò)由于EG的“爆米花效應(yīng)”，使得在燃燒過(guò)程中形成的炭層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度小，減弱了阻燃效果。添加碳酸鈣后(APP／EG／CaC03=20／10／10)，極大的提高了PS樹脂的阻燃效果，復(fù)合材料的LOI升為31．2％，沒(méi)有熔融滴落現(xiàn)象，UL．94阻燃等級(jí)評(píng)定為v一0，并且沒(méi)有煙霧的產(chǎn)生。殘?zhí)柯室草^APP／EG體系有明顯增加，達(dá)到28．85％。并且炭層更為致密，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加，更能發(fā)揮出保護(hù)與隔離的作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出APP／EG與APP／EG／CaC03阻燃體系是以凝聚相阻燃機(jī)理為主，氣相阻燃為輔的方式對(duì)PS樹脂進(jìn)行阻燃；利用TT萬(wàn)方數(shù)據(jù)太原理工大學(xué)碩士研

7、究生學(xué)位論文碳酸鈣(CaC03)的摻入有效的調(diào)整了APP的分解溫度，提高了炭層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抑制了EG的“爆米花效應(yīng)”。關(guān)鍵詞：聚苯乙烯，碳酸鈣，炭層，膨脹阻燃劑，阻燃機(jī)理ⅡI萬(wàn)方數(shù)據(jù)太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文IV萬(wàn)方數(shù)據(jù)太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文PREPARATIONANDCHARACTERIZATIONOFFLAMERET㈣ANTPOLySTYRENECoMPOSITE剮【ATERIALSABSTRACTPolystyreneisacolorlessandtransparentthermoplastic