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本文在大量文献调研的基础上,针对硅烷接枝水交联技术在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料这一领域中研究的不足,利用反应挤出法制备了硅烷接枝低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料(LLDPE-g-VTMS/OMT),研究了制备过程中的插层机理和材料的力学性能以及热稳定性;利用熔融共混法制备了硅烷交联低密度聚乙烯/氢氧化镁/蒙脱土(VTMS-c-LLDPE/MH/OMT)纳米复合材料,研究了氢氧化镁和蒙脱土对交联聚乙烯阻燃性能和热稳定性的影响;同时还着眼聚乙烯在阻燃性能方面存在的问题,从材料设计的理念出发,针对高密度聚乙烯/蒙脱土(HDPE/OMT)纳米复合材料使用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作为相容剂的基体,设计了有不同成炭剂的膨胀阻燃体系,包括聚磷酸铵/季戊四醇(APP/PER)、聚磷酸铵/尼龙(APP/PA)和聚磷酸铵/尼龙/蒙脱土(APP/nPA)对其阻燃性能和热稳定性进行了研究。运用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和差示扫描量热分析(DSC)等表征了材料的结构并通过极限氧指数(LOI)、热重分析(TGA)、锥形量热计、材料实验仪等对材料的热性能、燃烧性能和力学性能等进行了评价。本文得到以下有意义的研究结果:
1.采用反应挤出法制备了乙烯基三甲氧基硅烷接枝线性低密度聚乙烯(VTMS-g-LLDPE)/OMT纳米复合材料。X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)结果表明形成了典型的插层结构:红外光谱分析(FTIR)表明VTMS在蒙脱土片层上形成了化学键合,聚乙烯分子与蒙脱土片层通过化学键连接起来,形成LLDPE-VTMS-OMT一体结构,从而提高有机-无机组分之间的相容性,促进插层结构的形成;TGA结果证实LLDPE-VFMS-OMT一体结构的形成有助于提高材料热稳定性;力学性能测试结果证实在硅烷接枝聚乙烯体系中,蒙脱土具有更高的插层效率。
2. 采用熔融共混法制备了硅烷交联低密度聚乙烯/氢氧化镁/蒙脱土纳米复合材料(VTMS-c-LLDPE/MH/OMT),着重考察了MH和OMT对硅烷交联线性低密度聚乙烯体系阻燃和热解性能的影响,并对其相关作用机理进行了探讨。
交联结构的形成有助于LLDPE基体力学性能、阻燃性能和热稳定性的提高,而MH和OMT的加入会阻碍LLDPE交联;LOI、TGA、锥形量热计、DSC结果表明,当使用同等份数的OMT替代了MH形成纳米复合材料之后,交联LLDPE体系没有出现预期中更为显著的各项性能的提高,反而有所下降。这说明OMT的加入并不能与MH起到协效作用。 3.针对高密度聚乙烯/蒙脱土(HDPE/OMT)纳米复合材料使用乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作为相容剂的基体,设计了有不同成炭剂的膨胀阻燃体系。在添加量为35%时,只有APP/PER体系达到了V-0级别;TGA、锥形量热计结果表明APP/PER阻燃体系熔融过程较短且成炭较早;PER/nPA体系的样品相比使用PER/PA体系的氧指数有所提高,同时PHRR也有所降低,这可能是由于其中蒙脱土含量较高,覆盖层在材料表明堆积更均匀的原因。