土耳其学者Metin Yurddaskal研究无卤阻燃剂对PP材料机械、结构、热学和阻燃性能的影响取得阶段成果
- 发布时间：2019-05-24 05-24 16:38 作者：康阜新材料
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聚丙烯（PP）以优越的力学性能，加工性能和化学稳定性著称，是世界上应用领域最广泛材料之一。缺点主要为烯烃类材料的通病，即高度易燃性。
针对卤系添加可能造成的环保环境问题，土耳其科研工作者Metin Yurddaskal通过研究金属氢氧化物、硼化合物类、无机黏土类等无卤阻燃添加剂对PP材料阻燃性能的影响，进行改善与提升。
图1 四种矿物原料加工处理后的粒径分布图
研究者选用价格低廉，来源广泛的碳酸钙/水菱镁矿，膨润土，三氧化二锑和硼酸锌为原料，对原料进行极细研磨至纳米尺寸，并对粒径进行表征测试后，按比例共混添加入PP，制备复合材料，提升热性能与阻燃性能的同时研究了对拉伸性能等的影响，力图对力学性能损失最小。
表1 PP及其复合材料的组成配比
采用XRD,FTIR,SEM等对复合材料的结构形貌进行表征，表明了纳米粒子的均匀分布；随后用TGA测试对复合材料热性能进行表征：PP的T5（质量损失5%时的温度）和T50（质量损失50%时的温度）276℃和356℃，且没有残碳生成。四种无卤阻燃剂添加后，复合材料的T50均有提升，其中PP / 30A和PP / 30H的残炭量和热稳定性提升更明显，T50提升超过30℃，PP/30A残炭量达到28.2%，且进一步提升添加量，热稳定性可进一步提升。(一点点想法：笔者认为此处TGA测试，热分解后产生的残余物可能是无机物，或者无机物的成分可能更多一些。纯属个人见解，如理解有偏差，望见谅，欢迎大家一起交流探讨)
图2. PP及其复合材料的TGA曲线
图3. PP及其复合材料的DTG曲线
用UL94和LOI测试对复合材料进行阻燃分析测试，结果表明纯PP易燃，易滴落，而PP/A,Z,H 30%添加量可达V-1级别，无滴落，LOI由17上升至21左右，，50%添加量达到V-0级别；分析其阻燃机理主要体现在凝聚相，成炭屏障保护作用。一个有趣现象：复合材料在低氧测试时火焰逐渐熄灭，高氧条件下产生淬灭现象。（当然，鉴于之前分析，笔者认为此处阻燃机理可能是由于类似于氢氧化物类阻燃剂，燃烧过程中，受热降解，产生水蒸气等吸收大量的热，并对燃烧气体起到稀释作用。个人想法，仅作交流探讨）
表2 PP及其复合材料的UL94与LOI测试结果
研究者对复合材料拉伸性能进行测试，结果表明复合材料储能模量上升明显，拉伸强度虽有下降，但仍可达到工业领域应用要求，其中，结合储能模量的提升与拉伸强度的下降，碳酸钙/水菱镁矿综合性能最好。
图4 PP及其复合材料的拉伸强度和储能模量测试
整体来说，研究者主要对碳酸钙/水菱镁矿，三氧化二锑，膨润土和硼酸锌四种无机阻燃添加剂在PP中的阻燃应用进行探索，得出碳酸钙/水菱镁矿阻燃、力学综合性能最好的结论。该材料来源非常广泛，价格特别低廉，综合性能好，可考虑推广应用。
内容来源：
《Composite Structures》（183卷，2018年1月1日，381-388页）
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822317302593
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