聚丙烯-氫氧化鎂復(fù)合材料的改性、微結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、氫氧化鎂具有阻燃、消煙、填充三大功能，作為增強(qiáng)和阻燃聚丙烯的無機(jī)剛性粒子更是受到研究者的廣泛關(guān)注，而技術(shù)關(guān)鍵是氫氧化鎂填料粒子在聚丙烯基體中的分散性及其界面粘結(jié)狀況。本文分別以納米、微米和晶須氫氧化鎂（MH）為填料，通過添加SEBS-g-MA 相容劑和原位乳液共聚包覆對(duì)其進(jìn)行表面改性獲得改性MH（MMH），采用熔融復(fù)合方法制備了多種尺度的PP/MH復(fù)合材料和PP/MH/紅磷（P）復(fù)合材料，利用力學(xué)性能測(cè)試、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）、熱重分

2、析（TGA）、示差掃描量熱分析（DSC）、毛細(xì)管流變儀和錐形量熱器的燃燒實(shí)驗(yàn)（CCT）等測(cè)試對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，得到了如下結(jié)論：
　　 (1)以SEBS-g-MA為相容劑，采用熔融復(fù)合方法制備了PP/SEBS-g-MA/納米MH復(fù)合材料，系統(tǒng)地研究了相容劑對(duì)高填充量的PP/MH納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、結(jié)晶行為、形態(tài)結(jié)構(gòu)和流變性能等的影響。結(jié)果表明，SEBS-g-MA的加入，充當(dāng)了納米MH粒子與PP基體之間的界

3、面過渡層，提高了納米MH在PP基體中的均勻分散性，增強(qiáng)其與PP基體的界面粘結(jié)，使得PP/SEBS-g-MA/MH復(fù)合材料的沖擊性能較PP/MH復(fù)合材料有較大幅度的提高，起到有效的增韌作用。PP/SEBS-g-MA/MH 復(fù)合材料中納米MH的均勻分散和界面粘結(jié)的增強(qiáng)，提高了納米MH粒子異相成核的能力，使PP相的結(jié)晶速率和結(jié)晶度的增加，同時(shí)使復(fù)合材料中PP相的玻璃化溫度有所提高。此外，SEBS-g-MA的加入，減少納米MH粒子團(tuán)聚對(duì)復(fù)合材料

4、熔體流動(dòng)的阻礙，降低復(fù)合材料熔體的表觀黏度，并改善了復(fù)合材料的流動(dòng)性能。
　　 (2)在納米氫氧化鎂表面接枝γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPS）使其表面乙烯化，然后以苯乙烯（St）或甲基丙烯酸甲酯（MMA）為共聚單體采用原位乳液共聚合方法，制備了聚合物包覆納米MH 復(fù)合粒子。透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）和紅外光譜的結(jié)果表明，原位乳液共聚生成的聚合物接枝包覆于納米MH表面，制備的MH-聚合物復(fù)合粒子為核-殼結(jié)

5、構(gòu)。
　　 (3)采用原位共聚處理納米MH、微米MH和MH晶須，并與PP熔融復(fù)合，制備了不同尺度的PP/MH復(fù)合材料，考察了不同單體改性MH及其分散相的尺寸對(duì)PP/MH復(fù)合材料的力學(xué)性能、熔融和結(jié)晶行為及其形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)缺口沖擊實(shí)驗(yàn)及其沖擊破壞斷面的電鏡觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度與界面粘結(jié)狀況和填料分散相的尺寸有關(guān)。改性MH（MMH）制備的PP/MMH復(fù)合材料的與填充未改性MH的PP/MH復(fù)合材料相比，沖擊強(qiáng)度有較大

6、幅度的提高；與苯乙烯（St）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）原位共聚處理MH相比，MMA/丙烯酸丁酯（BA）單體改性MH的PP/MMH復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度最大。MMA/BA單體原位共聚改性微米MH粒子在PP基體中分散最均勻，沒有粒子的團(tuán)聚，PP/改性微米MH復(fù)合材料的沖擊斷面上呈現(xiàn)粒子-基體的脫粘與基體的韌性斷裂，因而具有相對(duì)高的沖擊強(qiáng)度。DMA和DSC測(cè)試結(jié)果表明，改性后MH粒子與PP基體界面相互作用的增強(qiáng)，導(dǎo)致PP/MMH復(fù)合材料中PP相T

7、g下降，并使MH粒子成為異相成核能力加強(qiáng)，提高了PP相的結(jié)晶溫度、結(jié)晶速率和結(jié)晶度。毛細(xì)管流變性能測(cè)試結(jié)果表明，PP/MH和PP/MMH復(fù)合材料均為剪切變稀的非牛頓流體，熔體的表觀黏度均隨填充量的增加而增大，PP/MMH復(fù)合材料的表觀黏度明顯低于PP/MH復(fù)合材料的的表觀黏度；MH粒子經(jīng)原位聚合改性后在PP基體的分散性提高、界面相互作用增加，降低了MH粒子對(duì)PP熔體的流動(dòng)阻礙，降低復(fù)合材料熔體的表觀黏度，改善了PP/MH復(fù)合材料的流動(dòng)性

8、。
　　 (4)將改性微米MH或改性納米MH和紅磷（P）與PP熔融復(fù)合制備了PP/MH/P復(fù)合材料，采用極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒試驗(yàn)(UL-94)、熱失重(TGA)、錐形量熱器的燃燒實(shí)驗(yàn)（CCT）以及阻燃材料的力學(xué)性能測(cè)試方法系統(tǒng)研究了改性MH對(duì)PP/MH/P復(fù)合材料力學(xué)性能、熱氧化降解和燃燒行為的影響。結(jié)果表明，改性MH粒子表面包覆的聚合物有助于提高其在基體中的分散均勻性，改善粒子與PP之間的相容性，提高阻燃復(fù)合材料的沖

9、擊韌性，其中PP/改性微米MH 具有相對(duì)較高的沖擊強(qiáng)度。
　　 雖然改性MH與P協(xié)同阻燃PP復(fù)合材料相對(duì)于填充未改性MH時(shí)的LOI值略有下降，但改性MH與P協(xié)同阻燃PP使阻燃復(fù)合材料的殘?jiān)窟M(jìn)一步增加，而微米MH 相對(duì)于納米MH阻燃PP具有更高的殘?jiān)?，表明其熱穩(wěn)定性的提高。改性納米MH 或改性微米MH與P協(xié)同阻燃PP使阻燃復(fù)合材料UL-94 性能提高，并通過UL-94V-0級(jí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。改性MH或未改性MH與紅磷的協(xié)同阻燃PP復(fù)