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汉麻秆粉/聚乳酸木塑复合材料作为一种完全可降解、绿色环保的木塑复合材料,应用前景广阔。但是由于其在高温热辐射下极易燃烧,并且还存在熔滴现象,因此需要对其进行阻燃处理。本文以汉麻秆粉为增强体,以聚乳酸为基体,采用模压成型工艺制备了汉麻秆粉/聚乳酸木塑复合材料,对其进行了单独阻燃改性和复配阻燃改性,探讨了因阻燃改性导致汉麻秆粉/聚乳酸木塑复合材料力学性能下降的问题。主要研究内容如下:
(1)针对汉麻杆粉木塑复合材料的阻燃问题,本文利用聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)和氢氧化铝(ATH)对汉麻秆粉/聚乳酸复合材料进行阻燃。结果表明当APP、MEL、ATH的含量分别为20wt%、30wt%和40wt%时,阻燃效果良好,其中APP阻燃效果最好,在垂直燃烧测试中无液滴滴落,续燃时间为4s,损毁长度为8mm,极限氧指数为28.2%,达到难燃级别;复合材料的热稳定性得到提高,运用热动力学模型Coats-Redfern法对阻燃材料的热降解机理进行研究,得出三种阻燃改性复合材料的表观活化能分别为370.74KJ/mol、213.03KJ/mol和404.25KJ/mol,较未阻燃复合材料分别提高了100.77%、15.36%和118.92%。
(2)为减少阻燃剂用量,提高阻燃性能,本文利用APP和MEL对汉麻秆粉/聚乳酸复合材料进行复配阻燃,构建APP-MEL-汉麻秆粉膨胀阻燃体系,发现当APP/MEL的比例为7∶3时,复合材料的性能最优。垂直燃烧测试其续燃时间为0s,损毁长度为9mm,而且无液滴滴落现象,极限氧指数为29%,复合材料表观活化能为677.71KJ/mol,是未阻燃复合材料的表观活化能(184.66KJ/mol)的2.67倍;其拉伸强度、拉伸模量分别为6.91MPa、1.63GPa;弯曲强度、弯曲模量分别达到了14.62MPa、3.56GPa。
(3)为解决复合材料阻燃后力学性能下降问题,本文利用碱+偶联剂+纳米蒙脱土对阻燃后复合材料进行联合改性,复合材料的弯曲强度为22.20MPa,弯曲模量为5.84GPa,比未改性阻燃复合材料分别提高了50.71%和64.04%;复合材料在垂直燃烧测试中无液滴滴落,续燃时间为0s,损毁长度仅为2mm,极限氧指数达到了30.4%;复合材料的吸水率显著减小,为1.98%,比未改性阻燃复合材料减小了65.66%。利用联合改性工艺制备的复合材料的密度、含水率、吸水率、吸水厚度膨胀率、弯曲强度、弯曲模量以及阻燃性能均能满足相关标准要求。
(1)针对汉麻杆粉木塑复合材料的阻燃问题,本文利用聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)和氢氧化铝(ATH)对汉麻秆粉/聚乳酸复合材料进行阻燃。结果表明当APP、MEL、ATH的含量分别为20wt%、30wt%和40wt%时,阻燃效果良好,其中APP阻燃效果最好,在垂直燃烧测试中无液滴滴落,续燃时间为4s,损毁长度为8mm,极限氧指数为28.2%,达到难燃级别;复合材料的热稳定性得到提高,运用热动力学模型Coats-Redfern法对阻燃材料的热降解机理进行研究,得出三种阻燃改性复合材料的表观活化能分别为370.74KJ/mol、213.03KJ/mol和404.25KJ/mol,较未阻燃复合材料分别提高了100.77%、15.36%和118.92%。
(2)为减少阻燃剂用量,提高阻燃性能,本文利用APP和MEL对汉麻秆粉/聚乳酸复合材料进行复配阻燃,构建APP-MEL-汉麻秆粉膨胀阻燃体系,发现当APP/MEL的比例为7∶3时,复合材料的性能最优。垂直燃烧测试其续燃时间为0s,损毁长度为9mm,而且无液滴滴落现象,极限氧指数为29%,复合材料表观活化能为677.71KJ/mol,是未阻燃复合材料的表观活化能(184.66KJ/mol)的2.67倍;其拉伸强度、拉伸模量分别为6.91MPa、1.63GPa;弯曲强度、弯曲模量分别达到了14.62MPa、3.56GPa。
(3)为解决复合材料阻燃后力学性能下降问题,本文利用碱+偶联剂+纳米蒙脱土对阻燃后复合材料进行联合改性,复合材料的弯曲强度为22.20MPa,弯曲模量为5.84GPa,比未改性阻燃复合材料分别提高了50.71%和64.04%;复合材料在垂直燃烧测试中无液滴滴落,续燃时间为0s,损毁长度仅为2mm,极限氧指数达到了30.4%;复合材料的吸水率显著减小,为1.98%,比未改性阻燃复合材料减小了65.66%。利用联合改性工艺制备的复合材料的密度、含水率、吸水率、吸水厚度膨胀率、弯曲强度、弯曲模量以及阻燃性能均能满足相关标准要求。