利乐粉/高密度聚乙烯阻燃木塑复合材料性能的研究

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为了增加利乐包装废弃物回收新用途以及扩大木塑复合材料的使用范围,本文以利乐包装废弃物为主要原料,添加膨胀阻燃剂和玄武岩纤维通过不同的方式制备阻燃木塑复合材料。考察利乐粉的含量、阻燃剂的配比、阻燃剂含量及玄武岩纤维的含量对复合材料性能的影响;对比不同的加工制备工艺,确定热压法制备复合材料的最佳工艺条件;分析阻燃木塑复合材料的热降解动力学,探讨了木塑复合材料的阻燃机理。本论文的主要研究结果如下:1).利乐包装废弃物用作木塑复合材料的原料具有可行性。在给定的利乐粉添加范围内,随着利乐粉含量的增加,木塑复合材料的弯曲强度先增大后减小,当利乐粉添加量为60%达到最大为38.07MPa,而拉伸强度、断裂弯曲应变和断裂伸长率都随着利乐粉的增加而降低。2).聚磷酸铵(APP)与三聚氰胺(MEL)具有很好的协同阻燃作用,APP与MEL的配比为3:1阻燃效果最佳。在试验范围内,随着阻燃剂含量的增加,材料燃烧后表面膨胀越大,炭层和膨胀度趋向致密和稳定,从而使阻燃作用更强,氧指数值更高。随着阻燃剂含量的增加,木塑复合材料的弯曲强度先增大后减小,当阻燃剂含量为20份时,氧指数为25.1,垂直燃烧达FV-2级,弯曲强度达到最大值48.75MPa;拉伸强度逐渐减小,至阻燃剂含量为50份时,拉伸强度为最小值17.38MPa,氧指数为29.2,垂直燃烧可达FV-0级。3).加入武岩纤维能提高木塑复合材料的力学性能和阻燃性能。在试验范围内,添加了玄武岩纤维的阻燃木塑复合材料的氧指数均可达30以上,当玄武岩纤维含量达到2%时弯曲强度呈现最大值59.21MPa,玄武岩纤维的含量为0.5%时拉伸强度呈现最大值26.5MPa。4).通过正交试验得出热压法制备利乐粉/HDPE阻燃木塑复合材料的最佳工艺条件:加压时间15min,温度为160℃,压力为10MPa。利用最佳工艺条件制成的样品,氧指数可达28.31,弯曲强度为44.17MPa,拉伸强度为16.98MPa。对比热压法和注塑法制备,注塑法制备的阻燃木塑复合材料具有更良好的力学性能和阻燃性能,且注塑法制备的复合材料燃烧残余物的炭层和膨胀更致密和稳定。5). APP/MEL/玄武岩纤维阻燃体系木塑复合材料比APP/MEL阻燃体系的活化能高。APP/MEL/玄武岩纤维阻燃体系木塑复合材料的热解大致分为两个阶段,利用Coats-Redfern法,求解出热解各个阶段的动力学参数及方程,得出各阶段的的反应机理:第一阶段的热解反应模型为(da)/(dt)=(1-α)~2×2.87×exp(-4.24×10~3/T),表观活化能为35.26KJ/mol;第二阶段的热解反应模型为(da)/(dt)=(1-α)×27.77×exp(-20.64×10~3/T),表观活化能为171.16KJ/mol。
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