无卤低烟阻燃EPDM/PP复合材料的制备及性能研究

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EPDM/PP是一种具有优异的耐候性、抗高温性、抗紫外线性能,良好的耐臭氧性能、电性能和抗冲击性能的复合材料,并且具有加工简便、成本低、可连续生产等优点,在汽车、电线电缆、室内装修和绝缘材料等领域得到广泛应用。但是其致命的缺点是容易燃烧,氧指数仅有17.5%,限制了该材料的应用领域,因此提高其阻燃性能有很大的必要性。随着环保意识的不断增强,无卤阻燃剂的研究越来越受到人们的关注,其中膨胀型阻燃剂是无卤阻燃剂重要的一类。本论文研究了不同膨胀型阻燃剂对EPDM/PP阻燃性能的改性,通过氧指数法、锥形量热试验、热重分析、扫描电镜分析及力学性能测试研究了阻燃剂配比、添加量、混炼时间及混炼温度对阻燃EPDM/PP复合材料的阻燃性能、机械性能及热稳定性能的影响。主要内容:第一部分:密胺焦磷酸盐/季戊四醇阻燃EPDM/PP复合材料的制备及性能研究以密胺焦磷酸盐(MPP)为酸源和气源、季戊四醇(PER)为碳源组成膨胀型阻燃剂,坡缕石黏土(PGS)为力学性能改性剂,填充到三元乙丙橡胶/聚丙烯(EPDM/PP)复合材料中,制备了EPDM/PP/MPP/PER/PGS复合材料。通过极限氧指数法(LOI)、锥形量热(CONE)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)分析及力学性能测试研究了阻燃剂复配比例、总添加量、混炼时间及混炼温度对EPDM/PP复合材料阻燃性能、热稳定性能及力学性能的影响。同时通过扫描电镜分析研究了阻燃剂在基体中的分布及材料燃烧后生成炭层的形貌。结果表明密胺焦磷酸盐与季戊四醇在阻燃过程中具有协同效应,最佳添加比例为3:2;当混炼时间为30min,混炼温度为170℃,阻燃剂添加量为80份时,复合材料的极限氧指数可达到31以上;坡缕石黏土的添加对材料力学性能有较好的改善,添加2份坡缕石黏土时,复合材料的抗拉强度可达到10.33Mpa,断裂伸长率可达到273.2%。所制备EPDM/PP/MPP/PER/PGS复合材料各项性能均满足国家标准,可以广泛应用于汽车、电线电缆、室内装修和绝缘材料等领域。第二部分:多聚磷酸铵/马铃薯废渣/可膨胀石墨阻燃EPDM/PP复合材料的制备及性能研究以一种新型生物质成炭剂-马铃薯废渣为碳源,多聚磷酸铵(APP)为酸源,添加少量可膨胀石墨组成膨胀型阻燃体系,制备了EPDM/PP/APP/PER/EG复合材料。通过氧指数法(LOI)、锥形量热(CONE)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)分析及力学性能测试研究了阻燃剂复配比例、总添加量、混炼时间及混炼温度对复合材料的阻燃性能、热稳定性能及机械性能的影响。同时分析了燃烧后残余炭层的形貌特征及阻燃剂在基体中的分散状况。通过研究我们发现,多聚磷酸铵与马铃薯废渣、可膨胀石墨在EPDM/PP阻燃过程中有很好的协同作用,当多聚磷酸铵添加量为34.5%、马铃薯废渣添加量为11.5%、可膨胀石墨添加量为4%,混炼时间为30min,混炼温度为170℃时,制备的复合材料氧指数可达到28.9,抗拉强度可达到8.24Mpa,断裂伸长率为205.02%,可以得到性能良好的复合材料。将坡缕石黏土作为力学改性剂在最佳配比基础上添加一份坡缕石黏土,复合材料的抗拉强度可以达到10.21Mpa,断裂伸长率为160.99%,与不含坡缕石黏土复合材料的力学性能相比抗拉强度提高10.45%,可以满足电线电缆领域的应用要求。第三部分:多聚磷酸铵/香蕉秸秆/可膨胀石墨阻燃EPDM/PP复合材料的制备及性能研究本章以香蕉秸秆(BF)作为碳源,将其与多聚磷酸铵(APP)、可膨胀石墨(EG)复配组成膨胀型阻燃体系,添加到EPDM/PP基体中制备了阻燃EPDM/PP/BF/APP/EG复合材料,通过氧指数(LOI)测试、锥形量热(CONE)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)分析及力学性能测试研究了阻燃剂复配比例、总添加量、混炼时间及混炼温度对复合材料阻燃性能、热稳定性能、力学性能的影响及燃烧后材料残炭表面的形貌和阻燃剂在基体中的分散情况。研究结果表明:香蕉秸秆是一种很好的碳源,多聚磷酸铵、香蕉秸秆、可膨胀石墨在EPDM/PP阻燃过程中有协同作用,当多聚磷酸铵与香蕉秸秆的添加比例为2:1,同时添加2份可膨胀石墨,总添加量为50份时复合材料氧指数可达到29以上。当混炼温度为170℃,混炼时间为30min时,抗拉强度为10.5Mpa,断裂伸长率为188.6%,可以达到应用要求。
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