无卤阻燃木塑复合材料的制备及性能研究

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木塑复合材料(WPC)是当前实现提高生物质资源利用率、解决白色污染等环境问题研究中的重要方向之一。但由于木塑复合材料属易燃材料,存在着消防安全隐患,这在一定程度上限制了其应用范围的扩展。本研究围绕着木塑复合材料的阻燃进行了一系列的探索,得到了一些具有实际应用价值的数据,为拓展木塑复合材料的应用范围提供了很好的理论基础。   本文以回收聚丙烯(PP)作为基体材料,不同目数的稻糠纤维(Rice bran fiber,RF)、小麦秸秆纤维(Wheat straws,WS)和木纤维(Wood fiber,WF)作为增强纤维,通过前期试验和方差分析确立了以WF/PP复合材料为阻燃研究对象,以提高试样的综合性能。接着通过分析比较,确定了适合于WPC的阻燃体系,并着重分析了膨胀型阻燃剂的阻燃机理以及与阻燃助剂间的阻燃协效性。主要的研究结论如下:⑴由不同植物纤维制成的WPC,各项物理机械性能存在较大差异。通过对RF、WS和WF三种纤维的化学成分分析发现,化学成分百分含量的差异是导致产品性能差别的根本原因。如在木质素含量方面的差别,RF的为8.28%、WS的为14.31%、WF的为26.23%,使三种WPC在冲击强度方面差异显著。⑵通过比较分析,选用马来酸酐接枝聚丙烯(MPP)作为界面相容剂。MPP的添加显著的改善了WPC的力学性能,当添加量为3.6%时,材料的拉伸强度提高了118.37%、弯曲强度提高了57.32%、冲击强度提高了29.41%。⑶所采用的阻燃体系是由聚磷酸铵(APP)、双季戊四醇(DPER)和三聚氰胺(MEL)组成的新型无卤膨胀型阻燃体系(IFRs)。IFRs非常适合于木纤维/聚丙烯复合材料阻燃,所制备的阻燃型WPC综合性能更加优异。⑷由APP、DPER和MEL组成的膨胀型阻燃体系的阻燃机理主要是,APP分解产生的酸源催化DPER及木纤维等成炭剂提前脱水成炭,并在气源(MEL)的作用下形成膨胀型的保护层,从而达到阻燃/抑燃的目的。而添加的阻燃协效剂则通过本身的阻燃性能与膨胀型阻燃剂互补或通过本身的催化性能提高阻燃效率;具体来看,主要以气相阻燃和凝聚相阻燃为主。
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