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本文以河北保定天然钙基蒙脱土为原料,经过提纯、钠化,再利用十六烷基三甲基溴化胺进行有机化插层处理,制备了有机化蒙脱石(OMMT),然后再以聚丙烯(PP)为主料,尼龙6(PA6)为辅料,添加一定量的脱水剂(多聚磷酸铵,APP)和发泡剂(三聚氰胺,MA),采用熔融插层法制备了PP/PA6/OMMT纳米复合材料,探索了OMMT的含量对PP/PA6/OMMT纳米复合材料综合性能的影响。通过对其结构、力学性能、阻燃性能的研究,得到以下的结论:
1.天然钙基膨润土有机化研究结果表明,季铵盐长分子链成功进入了蒙脱石的层间,层间距由1.362nm扩大到2.200nm,有机长分子链与蒙脱石片层间成31.85°的夹角排列,改变了蒙脱石层间距,降低了结晶有序度。
2.制备了PP/PA6/OMMT纳米复合材料,纳米复合材料有机化蒙脱石层间距由2.200nm增大到2.800nm,聚合物高分子链进入了蒙脱石的层间,并以插层一剥离型结构形式存在。
3.随着有机蒙脱石含量从2%增加到12%,PP/PA6/OMMT纳米复合材料的拉伸强度先升高后降低,当OMMT含量为4%时,其拉伸强度最大,从33.1MPa升高到38.0MPa,比纯PP材料提高了约15%;当OMMT含量在2~6%时冲击强度明显提高,当OMMT含量为6%时,其冲击强度最大,从3.6KJ/m<'2>提高到6.1KJ/m<'2>,比纯PP材料提高了69.5%。
4.纳米复合材料的热分解温度随着OMMT含量的增加逐渐升高,从323.7℃升高到350.4℃,温度升高最大达27℃:随着纳米复合材料中OMMT含量的逐渐增大,剩炭率也逐渐从1.84%升高到16.2%。
5.纳米复合材料的氧指数(LOI)随着OMMT含量的增加逐渐增大,从18增大到22,当OMMT的含量超过6%时,其氧指数增幅不大。
6.当OMMT含量达到4%时,其纳米复合材料的水平垂直燃烧测试可达HB级(UL-94);锥形量热仪测试结果显示其热释放速率峰值(PHHR)随着OMMT含量的增加从1750.5 KW·M<'-2>缩减到180.5 KW·M<'-2>缩减了89.6%,质量损失速率的平均值也降低了50~60%,阻燃性能好。