阻燃聚苯乙烯复合材料的制备及性能研究

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1、万方数据／。=i明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：盏鱼一日期：＆(丛关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和

2、交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：耋丝弋日期．k』丝导师签名：万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文阻燃聚苯乙烯复合材料的制备及性能研究摘要聚苯乙烯(PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，是一种无色透明的热塑性塑料。因其抗水性和透光度好、耐化学腐蚀且易加工、着色、价格低廉等优点，聚苯乙烯被广泛应用在人们的日常生产生活中。但是，由于聚苯乙烯仅由碳、氢两种元素构成，造成其树脂极易燃烧，并放出大量有害的烟气；同时产生熔融现象，极易引发二次火灾。从而严重制约了PS树脂在各行各业的推广使用。如果要拓展PS树脂的

3、应用，就必须对PS树脂进行阻燃改性。在对聚合物进行阻燃改性时所应用到的阻燃剂中，卤系阻燃剂及无机阻燃剂占到了80％以上。但是传统卤系阻燃剂可能会产生“二嗯英”等致癌物质，对人类及环境造成了极大的威胁。因此欧盟早在2006年就已实施RollS禁令，禁止了能够产生致癌物质阻燃剂的应用。而对于无机阻燃剂如果要达到一定的阻燃效果，其添加量要求很大，可是无机阻燃剂与聚合物的相容性差，而且无机填料对于聚合物的力学性能有很大负面影响。因此为了在不影响机械性能的基础上得到一种阻燃性能优异，价格低廉的阻燃PS复合材料。本实验选择了目前发展迅猛的膨胀阻燃剂一聚磷酸铵(APP)和膨胀石墨(EG)

4、来对PS树脂进行阻燃改性。膨胀阻燃剂中比较有代表性的是聚磷酸铵(APP)，其在燃烧受热后能够放出氨气及水蒸气，形成有脱水性的磷酸等物质，在后续的燃烧过程中，磷万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文酸会使聚合物酯化、脱水、炭化，形成有隔离氧气及热量的保护炭层。在阻燃的过程中，仅仅放出氨气及水蒸气，毒性大大的小于其他类别的阻燃剂。膨胀石墨(EG)是一种经过特殊处理的碳素材料。受热后(>230℃)会发生物理变化而使自身的体积成百倍的增加。膨胀倍率高，低热量释放，无污染，是一种优良的阻燃剂。本课题利用APP及EG对PS树脂进行阻燃改性，并根据实验过程中遇到的问题利用碳酸钙(CaC0

5、3)对该阻燃体系进行了研究及修正。通过极限氧指数(LOI)测量、UL．94等级判别等方式检测PS复合材料阻燃性能；利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱分析(Fzm)等表征方法，对其化学结构、表面微观形貌等进行分析，探索APP／EG／CaC03／PS复合材料阻燃炭层的形成机理。结果表明：在APP／EG体系中，当APP／EG=3：I时，复合材料的极限氧指数(LOI)为27．2，UL．94阻燃等级评定为v．1，残炭率为17．48％，有少量烟气产生；而当该比例变化为l：l时，其LOI变化为28％，UL一94阻燃等级评定为v．0，残炭率为19．68％，熔滴

6、现象消失，没有烟气产生。不过由于EG的“爆米花效应”，使得在燃烧过程中形成的炭层结构强度小，减弱了阻燃效果。添加碳酸钙后(APP／EG／CaC03=20／10／10)，极大的提高了PS树脂的阻燃效果，复合材料的LOI升为31．2％，没有熔融滴落现象，UL．94阻燃等级评定为v一0，并且没有烟雾的产生。残炭率也较APP／EG体系有明显增加，达到28．85％。并且炭层更为致密，结构强度增加，更能发挥出保护与隔离的作用。根据实验结果分析得出APP／EG与APP／EG／CaC03阻燃体系是以凝聚相阻燃机理为主，气相阻燃为辅的方式对PS树脂进行阻燃；利用TT万方数据太原理工大学硕士研

7、究生学位论文碳酸钙(CaC03)的掺入有效的调整了APP的分解温度，提高了炭层的结构强度以及抑制了EG的“爆米花效应”。关键词：聚苯乙烯，碳酸钙，炭层，膨胀阻燃剂，阻燃机理ⅡI万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文IV万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文PREPARATIONANDCHARACTERIZATIONOFFLAMERET㈣ANTPOLySTYRENECoMPOSITE剐【ATERIALSABSTRACTPolystyreneisacolorlessandtransparentthermoplastic