无卤阻燃特殊结构高抗冲聚苯乙烯/氢氧化镁/微胶囊红磷复合材料研究

摘要

无卤阻燃是高分子材料阻燃领域的重要发展趋势。通常情况下，在聚合物基体中引入无卤阻燃剂后往往会降低材料的加工性能和力学性能。因此，研究不同阻燃剂之间的协同作用和提高阻燃剂的利用效率非常重要。本文选用氢氧化镁(MH)和微胶囊红磷(MRP)作为无卤阻燃剂，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)作为基体，首先制备出一系列阻燃剂在基体中均匀分布的均质复合材料，研究 MH和 MRP之间的协同阻燃效应以及 MRP用量对复合材料的热氧化降解行为和燃烧性能的影响，然后使阻燃剂在 HIPS基体中非均匀分布，制备一系列具有特殊结构的HIPS/MH/MRP复合材料，采用多种手段研究了复合材料的热分解和燃烧性能。论文的主要内容如下：
　　1.采用熔融共混方法制备一系列不同组成的 HIPS/MH/MRP均质结构复合材料。利用热分析(TA)、扫描电子显微镜(SEM)、极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧(UL-94)、锥形量热分析(CCT)、红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)等手段详细研究了复合材料的热分解行为和燃烧性能。结果表明：MRP的氧化反应对HIPS/MH/MRP复合材料的热分解行为有很大影响；HIPS/MH/MRP复合材料在空气中热分解和燃烧时能在材料表面生成一层光滑、致密、连续的残余物炭层；MH和 MRP对 HIPS具有显著的协同阻燃作用，两者以适当比例共用时能明显提高复合材料的阻燃性能，降低阻燃剂用量。随着 MRP用量增加， HIPS/MH/MRP复合材料的阻燃性能先增加达到峰值，然后下降。MRP用量过多时不仅阻燃性能降低，发烟量也会增加。
　　2.首先采用熔融共混方法制备一系列不同组成的均质结构 HIPS/MH/MRP复合材料薄片，然后利用层叠热压方法制备出3种不同类型的非均质结构复合材料:（1）阻燃剂含量从表层到芯层呈对称性梯度分布的梯度结构复合材料；（2）阻燃剂分别富集在复合材料的上下表面、中间为纯 HIPS的夹层结构复合材料；（3）阻燃剂沿着复合材料厚度方向呈交替层状分布的交替结构复合材料。采用多种手段对上述不同复合材料进行结构分析和性能表征。结果表明：采用层叠热压方法能够成功地制备出上述各种特殊结构的非均质复合材料，与对应的阻燃剂含量相同的均质结构复合材料相比，这些特殊结构复合材料中阻燃剂的利用效率更高，在热氧化降解和燃烧过程中，在特殊结构复合材料表面能够生成一层光滑、致密、连续的残余物炭层，起到防火屏障作用，阻止火焰区热量向材料内部传递和材料热分解产生的可燃性气体向外逸出。尤其是在燃烧初期，这些特殊结构复合材料的热释放速率、热释放量、烟释放速率和烟释放量都明显降低，这对于实际火灾中的人员疏散、逃生和救援等具有重要意义。

目录

声明

符号表

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 聚合物的燃烧

1.3 聚合物阻燃方法及阻燃机理

1.4 燃烧性能测试方法

1.5 高抗冲聚苯乙烯（HIPS）阻燃

1.6 本论文的研究目的和研究内容

第2章 MH与MRP在HIPS基体中的协同阻燃作用

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第3章 MRP用量对HIPS/MH复合材料燃烧性能的影响及其作用机制

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 梯度结构HIPS/MH/MRP复合材料的燃烧性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第5章 夹层结构HIPS/MH/MRP复合材料的燃烧性能

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 小结

第6章 交替结构HIPS/MH/MRP复合材料的燃烧性能

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 小结

第7章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果