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木塑复合材料是以木材或各种木质纤维素纤维材料为基本体,通过与塑料以不同复合途径形成的一种新型材料。由于该种材料综合了木材与塑料的性能特点,因而具有非常广泛的用途。但是木塑复合材料因其有热稳定性差、易燃烧、发烟量大等缺点而限制了在许多领域上的应用。因此木塑复合材料的阻燃成为阻燃科学领域的关键问题之一。本论文采用了纳米级与非纳米级阻燃剂、通过热压成型的方法制备阻燃性的木塑复合材料。通过氧指数测试、锥形量热测试和力学性能测试研究了各种材料对木塑复合材料燃烧性能和力学性能的影响。主要研究结果如下:
(1)基质种类对材料的力学性能的影响十分明显,其中HDPE/木刨花复合材料的力学性能最高,PP的次之,LLDPE/木刨花复合材料的力学性能最低,其中HDPE/木刨花复合材料的内结合强度、静曲强度和弹性模量比LLDPE/木刨花复合材料分别高出39.4%、32.6%和19.8%;就所选用的三种塑料而言,它们对复合材料的阻燃性能的影响并不明显,无论是氧指数还是HRR、EHC等指标参数,相差都不大。
(2)木刨花的含量对木塑复合材料的力学性能有重大影响,随着木刨花含量的增加,复合材料的内结合强度呈明显下降的趋势,刨花含量为50%B寸复合材料的内结合强度为1.1MPa,当刨花含量增加到70%时,内结合强度为0.86 MPa,下降了21.8%;当木刨花含量为5096和60%时,材料的静曲强度分别是18.75 MPa和18.37 MPa,相差不大,当刨花含量增加到7096时,静曲强度明显增大,为22.56MPa;随着刨花含量的增加,材料的弹性模量明显增大。刨花含量的越大,木塑复合材料的阻燃性越好,随着刨花含量的增加,氧指数有所增大,而HRR和EHC等有所下降。
(3)偶联剂对改善复合材料的力学性能有很大的影响,各偶联剂均能提高材料力学性能,但硅烷偶联剂的效果明显好于铝酸酯,而硅烷KH550略好于硅烷KH560,使用硅烷偶联剂的复合材料的内结合强度、静曲强度和弹性模量要比使用铝酸酯的高出30%以上:偶联剂对复合材料的阻燃性能影响不大。
(4)阻燃剂的加入方法和顺序对复合材料力学性能有一定的影响,就内结合强度、静曲强度和弹性模量而言,最大值与最小值分别相差26.5%、10.2%和27.4%,综合起来看,塑料与刨花先混合,然后再加入阻燃剂充分混合所制得的复合材料的力学性能最好;阻燃剂的加入方式对复合材料的氧指数的影响不大,相差不到0.4。
(5)阻燃剂的类型对复合材料力学性能相当明显,采用纳米ATH与纳米MH混合处理的复合材料的各力学性能指标都是最低的,而直接采用非纳米ATH和采用非纳米ATH与纳米ATH混用的复合材料的力学性能较好;就氧指数而言,影响不是很大,最高的是采用纳米ATH与非纳米ATH混用的(氧指数为23.7),而采用纳米ATH与纳米MH混用的最低(23.1);从锥形量热表征的各指标来看,阻燃剂的类型对复合材料的阻燃性能的有一定的影响,但不明显,其中非纳米ATH、非纳米ATH与纳米ATH混用的阻燃性稍好,纳米MH阻燃效果相对较差。
(6)阻燃剂的加入量对复合材料的力学性能和阻燃性能都有很大的影响,取纳米MH的量分别为0、6%、9%、12%、15%,分别检测其力学性能和阻燃性能,结果发现随着纳米MH阻燃剂的量的增加,复合材料的力学性能明显下降,当阻燃剂的量从零增加到15%时,复合材料的内结合强度、静曲强度和弹性模量分别下降了58.2%、56.2%和35.6%;而氧指数逐渐增大,当阻燃剂的用量为零时,复合材料的氧指数为21.3,当阻燃剂的用量增加到15%时,复合材料的氧指数增加到23.9,氧指数提高了12.2%;随着阻燃剂用量的增加,复合材料的阻燃性能有明显的提高。