敬告：本文章僅供設(shè)備用戶及相關(guān)行業(yè)人員交流學(xué)習(xí)使用，嚴(yán)禁用于商業(yè)用途！轉(zhuǎn)載需經(jīng)得我公司同意！如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)登錄以下網(wǎng)址申請(qǐng)轉(zhuǎn)載：
第４０卷第１１期 塑料工業(yè)
２０１２年１１月 ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
ＰＰ納米復(fù)合材料阻燃性研究*
——結(jié)果與討論
２．１紅外光譜分析
．
圖１ 處理前后ＭＷＣＮＴｓ的紅外光譜圖
為了使ＭＷＣＮＴｓ更好地分散在ＰＰ中，本研究將ＭＷＣＮＴｓ進(jìn)行了表面處理，處理后的譜圖如圖ｌ所示。在純化碳納米管的譜圖中，沒有比較明顯的吸收峰，只有在１０６０cm-1處有著很微弱的吸收峰，這是ＭＷＣＮＴｓ自身ｃ—ｃ的骨架振動(dòng)峰。相比之下，正硅酸乙酯處理的ＭＷＣＮＴｓ的紅外光譜圖在４６４．７６、７９８．３９、１ ６３７．２７、１ ０９９．２３和８ ４５０ ｃｍ-１處得吸收峰顯得相當(dāng)明顯。３ ４５０、１ 和６３７．２７ ｃｍ-1 處的吸收峰變大說(shuō)明，在正硅酸乙酯水解分散下，ＭＷＣＮＴｓ表面成功接枝上大量的羥基。１ ０９９．２３、７９８．３９和４６４．７６cm-1處的吸收峰加大說(shuō)明，此時(shí)的ＭＷＣＮＴｓ表面吸附有大量由于硅醇相互縮聚而形成的Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ結(jié)構(gòu)，從而說(shuō)明在加入正硅酸乙酯后，ＭＷＣＮＴｓ表面吸附了大量的硅醇，引進(jìn)了大量的羥基。再加入硅烷偶聯(lián)劑ＫＨ５５０處理之后，７９８．３９、４６４．７６cm-1處的吸收峰更進(jìn)一步的增強(qiáng)，說(shuō)明在偶聯(lián)劑水解偶聯(lián)的作用下，與ＭＷＣＮＴｓ表面的羥基結(jié)構(gòu)反應(yīng)，形成了更多的Ｓｉ一０一Ｓｉ結(jié)構(gòu)。３４５０、１６３７．２７ ｃｍ-1處的吸收峰并沒有發(fā)生太大變化，有可能是加入的硅烷偶聯(lián)劑量較少，或者其本身在ＭＷＣＮＴｓ表面吸附，形成了含有大量羥基結(jié)構(gòu)的碳納米管，但是總的來(lái)說(shuō)，ＭＷＣＮＴｓ表面成功地被包覆。通過(guò)三條曲線的對(duì)比，可以看出經(jīng)過(guò)正硅酸乙酯和硅烷偶聯(lián)劑的綜合處理，在ＭＷＣＮＴｓ表面上成功地接枝了大量的官能團(tuán)，并且表面被包覆了有效的附著基團(tuán)，以期望降低ＭＷＣＮＴｓ的團(tuán)聚，提高ＭＷＣＮＴｓ在聚合物基體中的分散性。
２．２復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度
圖２復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度
Ｆｉｇ２ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｎａｎｏ—ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
磷酸三苯酯（ＴＰＰ）主要作為增塑性阻燃劑。由于增塑性阻燃劑的加人，復(fù)合材料的拉伸性能會(huì)有所下降，為了在提高阻燃性能的同時(shí)又不降低材料的力學(xué)性能，需要在材料中加入一定量的碳納米管，以提高材料的力學(xué)強(qiáng)度。由圖２中可以看出，當(dāng)在ＭＷＣ-ＮＴｓ／ＰＰ體系中加入１０％ＴＰＰ時(shí)，聚合物復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度相對(duì)純聚丙烯并沒有顯著下降，并且當(dāng)ＭＷＣＮＴｓ的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為０．５％時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度為３６．６２ ＭＰａ，反而高于純聚丙烯的拉伸強(qiáng)度。主要是由于碳納米管本身所具有良好的力學(xué)性能，這就說(shuō)明一定量的碳納米管和適量的阻燃劑與聚丙烯共混能夠同時(shí)提高復(fù)合材料的阻燃性和力學(xué)強(qiáng)度。
１．３極限氧指數(shù)分析
ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ、１ＰＰ／ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ和ＡＰＰ／ＭＷＣＮＴｓ／ ＰＰ體系的極限氧指數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖３所示。從圖中可以看出，隨著復(fù)合材料中ＭＷＣＮＴｓ含量的逐漸增加，材料的氧指數(shù)得到提高，盡管只上升了１％一２％，但已經(jīng)能夠說(shuō)明碳納米管在一定程度上能夠提高材料的氧指數(shù)。加入阻燃劑磷酸三苯酯后，氧指數(shù)有些許提高，但提高不明顯，原因可能是添加量不夠。這說(shuō)明阻燃劑磷酸三苯酯和碳納米管間有一定的阻燃協(xié)效作用。阻燃效果最好的樣品的氧指數(shù)只有２３％，不能達(dá)到阻燃要求。而加入２５％聚磷酸銨的８#樣品，氧指數(shù)為３５％，達(dá)到了阻燃的效果。
圖３復(fù)合材料的極限氧指數(shù)
Ｆｉｇ３ ＬＯＩ ｏｆ ｎａｎｏ—ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２．４熱釋放速率分析
圖４熱釋放曲線
Ｆｉg４ ＨＲＲ Ｃurve
熱釋放速率（ＨＲＲ）是指試樣釋放熱量的速率，ＨＲＲ越大，燃燒反饋給材料表面的熱量就越多，結(jié)果造成材料熱解速度加快和揮發(fā)性可燃物生成量增多，從而加速了火焰的傳播。圖４為樣品熱釋放全過(guò) 程的速率曲線和樣品在４００—４５０Ｓ區(qū)間內(nèi)的熱釋放 速率圖，三組樣品的最大熱釋放速率依次為１ ２１９、１１４６、和１０５９Ｗ／ｇ。當(dāng)ＰＰ中添加０．５％ＭＷＣＮＴｓ時(shí)，材料的最大ＨＲＲ明顯下降，在４００～４２０ｓ這段時(shí)間可以看出，４#樣品的熱釋放速率低于１#樣品。當(dāng)在ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ體系中加入１０％磷酸三苯酯時(shí)，由于其阻燃作用，使得材料的最大熱釋放速率相對(duì)純ＰＰ大幅下降。
３結(jié) 論
１）未經(jīng)處理的碳納米管很容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)處理后可的碳納米管表面接枝上一定的官能團(tuán)，在復(fù)合材料中分散性得到改善。
２）當(dāng)ＭＷＣＮＴｓ質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到０．５％時(shí)，ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度相對(duì)最高。一定量的ＭＷＣＮＴｓ和適量的阻燃劑與ＰＰ共混，不會(huì)降低復(fù)合材料的拉伸性能。
３）碳納米管能在一定程度上提高聚丙烯復(fù)合材料的氧指數(shù)同時(shí)又會(huì)提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，加入１０％磷酸三苯酯阻燃劑對(duì)于ＰＰ氧指數(shù)的提高不明顯，加入聚磷酸銨阻燃劑可以大幅度提高聚丙烯復(fù)合材料的氧指數(shù)。
４）加入阻燃劑和碳納米管能夠降低復(fù)合材料的多熱釋放速率。
參 考 文 獻(xiàn)
［１］彭治漢．材料阻燃新技術(shù)新品種［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２００４：７８—７９．
［２］蔡永源．現(xiàn)代阻燃技術(shù)手冊(cè)［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．２００８：３２３—３２４．
［３］許普，李志強(qiáng)，劉慧杰．聚丙烯阻燃化研究進(jìn)展［Ｊ］．當(dāng)代化工，２００４，３３（６）：３２９—３３３．
［４］張軍，紀(jì)奎江，夏延致．聚合物燃燒與阻燃技術(shù)［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２００５．