无卤阻燃离子交联epdmpp热塑性弹性体及高填充复合材料形态结构研究

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1、上海交通大学博士学位论文无卤阻燃离子交联EPDM／PP热塑性弹性体及高填充复合材料形态结构研究摘要本论文研究了离聚物弹性体在聚合物和聚合物以及无机颗粒之间的特殊作用，分析无机颗粒高填充复合材料的力学性能变化规律以及形态结构变化规律。得到力学性能优良的无卤阻燃热塑性弹性体。探索高填充复合材料的理论模型和形态结构变化特征以及使用软件提取复合材料断顽灰度、相畴尺寸、分界线密度、分界面分形维数等数字特征的方法，得到了断面形貌数字特征和宏观力学性能之间的关系。合成了Zn2+中和低度磺化EPDM离聚物弹性体和PP共混体系，得到力学性能良好的热塑性弹性体材料。应力应变曲

2、线表明了共混体系具有明显的弹性体特征，其断裂伸长率达到627％，断裂强度也达到30MPa；动态力学热分析表明离子基团的引入提高了共混体系的低温拉伸模量，并且增加了共混物室温的韧性和弹性：离子交联键能够在一定程度上提高共混物的热稳定性能；电子扫描显微镜结果表明，两者各自形成尺寸很大的相畴区域，在Zn．SEPEM／PP共混材料中则发现橡胶相在PP相中均匀分散和较小的相畴区域大部分都小于5／an远远小于EPDM／PP复合体系的15／an相畴尺寸；背散射电子图像zn2+的分布表明离聚物具有均匀和贯穿整个网络的连续结构。SEM分析表明是由于AI(OH)3聚集集团引起

3、了PP／AI(OH)3复合材料力学性能的大幅下降。使用EPDM增韧的AI(OH)3颗粒高填充PP复合材料只能得到韧性很高但力学性能很低的复合材料。复合材料的断面SEM图像分析可以看出Al(OS)3颗粒均匀地分散在复合材料当中。EPDM形成了很大的相畴尺寸。而使用Zn-SEPDM离聚物弹性体得到的复合材料，其拉伸和强度则具有良好的综合性能，即使添加有大量的无机颗粒，材料仍然保持较高的伸长率(480％)和较大强度(14MPa)。动态力学性能分析可以看出离聚物和AI(OH)3颗粒结合紧密，上海交通大学博士学位论文动态力学性能的分析可以看到三相体系具有非常接近的玻

4、璃化温度。SEM分析看到AI(Om3颗粒在复合材料中的均匀分布和良好的相容性。使用Zn—SEPDM增韧PP高填充AI(OH)3和Mg(OH)2颗粒均可以得到综合性能良好的无卤阻燃热塑性弹性体，TGA表明复合材料具有良好的热稳定性能。在聚合物中PP中填充Mg(OH)2无机刚性颗粒，SEM图像表明填料会在复合材料中出现填料的逾渗集结。在Neilsen模型中引进逾渗因子，得到改进的Neilsen模型——我们称之为Neilsen-Pereolation模型，可以适用于高填充的复合材料。实验表明本文的系列高填充复合材料断裂伸长率，使用Neilsen—Percolat

5、ion模型分析PP／Mg(OH)2复合材料，实验值和理论值之间具有更好的一致性。SEM结果表明在高填充的LLDPE／AI(OH)3复合材料同样存在着填料的逾渗现象。使用我们提出的Neilsen-Percolation模型能够很好的预测高填充复合材料的拉伸性能。在LLDPE上接枝极性的MAA基团能够明显能改进高填充复合材料的力学性能和电气性能，应用本理论模型分析也表明填料和基体材料的相容性增加，在于提高了高填充复合材料的逾渗阈值。本文提出了利用复合材料断面灰度图像数字分布的标准方差和完全不相容体系的方差的比值称为相容性因子，使用相容性因子可以定量比较填料和基

6、体材料的相容性，并且使用相容性参数，对于两种同质的复合材料，无论填充量大小，都能够得到比较一致的结果。得到相容性较好的复合材料的相容性因子小于0．5。提出了使用SEM图像继以Ma廿ab软件进行共混材料相畴尺寸计算的方法。得到相容性较好的共混材料具有较小的分散相相畴尺寸。对复合材料的边界线分析可以发现相容性较好的复合材料就有较大的分界线密度。得到分界线密度大于0．1的断面具有良好的相容性。两相共混的复合材料，两相界面呈现互相交错的分形结构。分形维数介于1．6和1．7之间，并且随着材料相容性的提高，分形维数会有所增加。关键词：离聚物；聚丙烯；乙丙三元橡胶；无卤

7、阻燃；逾渗：形貌lI上海交通大学博士学位论文Studyofthepropertiesofion-crosslinkedEPDM／PPthermoplasticelastomersfilledwithnon·-halogenflame--retardantagentsandthemorphologiesofhighlyfilledcompositesAbstractInthispaper,thespecialinteractionofelastomericionomerinpolymerblendsandpolymer／particulatescomposi

8、teswasstudiedandthethermoplastice