PP_OMMT纳米复合材料炭层结构的热失重分析

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M O DERN
现 代 塑 料 加 工 应 用
P L A S T IC S P R O C E S S IN G A N D A P P L IC A T IO N S
2 0 1 1 年 第 2 3 卷 第 2 期
p p/O M M 下纳米复合材料炭层结构的热失重分析
孙佩佩 张军 (青岛科技大学教育部橡塑材料与工程重点实验室 , 山东 青岛 , 266042 )
T h e rm o g ra v im e tr ic A n a ly sis o n C h a r L a y e r S tr u ctu r e o f
P P /O M M T N an ocom Posites
S u n P ei P ei Z h an g Ju n
( K e y L a b o ra to ry o f R u b b e r一 P las tie , M in istry o f E d u ea ti on ,
的炭渣样 品 , 并 对其 炭层 结构 进行 研究 "本研 究 以聚丙 烯 (P P ) / 有 机 蒙 脱 土 (O M M T ) ( 质量 比 90 / 10 ) 纳 米复 合材料 为对 象 , 对其 在锥形 量热 仪
燃烧 环境 中生 成 炭 层 结 构 的皮 层 和 蜂 窝层 进 行 初 步研究 , 重点 是讨 论皮 层 和蜂窝 层 的热稳 定性 和热 分解性 " 2 .1 试 验 部分
摘 要:采用扫描 电镜 观察聚丙烯(P P ) /有机蒙脱土(O M M T )纳米复合材 料不同燃烧时间燃烧 残余 物断 面的微观 形貌 , 利用热 失重分析 方法对不 同燃烧时间形成的皮层 和蜂窝层 的热稳定性 和热分解特性进行 分析研究并 与炭 渣结构特征 相关
联 " 结果 表明 , 在燃烧 5 5 后开始形成表面层 , 至 19 0 5 时形成皮 层和蜂窝层结构 , 而 且随燃烧的进行 P P 不 断分解 , 皮 层
中 P P 含量不断减少 , 形成 的含碳蒙脱土片层增加 , 有较 好的保护作用 , 起到 了阻燃 作用 " 蜂 窝层 中蒙脱土 含量相 比有 机物 的较少 , 热稳定性较皮层差 , 但它扩充了炭层的体积 , 也有一定的阻燃作用 , 正是皮层和蜂窝层 的组 合对复合材 料起到 阻燃 作用 "
关键词 : 聚丙烯 有机蒙脱土 纳 米 复 合材 料 阻燃 炭 层 结构 热 失重 分 析
m o n tm o rillo n ite eo n te n t in th e ee llu lar la y er s 15 l e s s th a n th e o rg a n ie eo n ten t , a n d th er m a l sta b ility o f th e ee llu la r e h a r la y e r 15 le ss th an th a t o f th e sk in eh a r lay er. B u t it e x p a n d s th e v o lu m e o f eh a r la y e r , a ls o h av e e er ta in fla m e re ta rd a n t ro le. It 15 th e eo m b i n a ti o n o f th e s k in a n d ee llu la r lay er s th a t im p a rts fla m e re ta rd a n e y to th e n a n o eo m P o site s. K ey w o r d s : p o ly p ro p y le n e ; o rg a n ie m o n tm o rillo n ite ; n an o e o m p o s ite s ; fla m e re ta rd an e y ; eh a r la y e r s tru e tu re ; th e rm a l g ra v im e trie an a ly sis
1 9 0 5 th e sk in a n d e ellu la r la y e rs s tr u e tu re fo rm s , th e eo n te n t o f P P d ee re as e s a n d m o n tm o rillo n ite w ith eh a r e o n te n t in ere a se s in th e sk in la y e r b e ea u se o f th e d e eo m p o s i tio n o f P P d u rin g b u rn in g , w h i eh h ave g ood p ro te e tio n an d p la y e s a fla m e re ta rd a n t ro le . T he
@ 163.eom "
基 金项 目:国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 (508 76048 ) 和 青岛 市计 划基 础研 究 项 目 (09一 1一 3一 26一 jch ) " , 通 讯 联 系人 , E 一 m ai l:safetyqusr@ 163. " om "
孙佩佩等 . PP /O M M T 纳米 复合 材料炭层结构 的热失重分析
1.1
主 要原料 及设 备
是第 1 个峰值时间点 , 峰值所对应的剩余残余物
的结 构 具 有代 表 性 , b 处 燃烧 时 间为 5 5 ; " 点 代表 纳米 复合 材料 热 释 放 速率 曲线 的相对 平 稳 阶段 , 应该 是 1 种具 有 比较 稳定 的阻 燃炭结 构代
表性 阶段 , 此后燃 烧 一定 的时 间热释 放速率 开始 上 升 , 达 到第 2 个 峰值 段 , 说 明此 时 炭渣 结 构发 生 了一定 的变化 , 此 时燃烧 时 间为 19 0 5 ;随之 热
Q in gd ao U n iversity o f Seien ee an d T eeh no log y , Q i n gd ao , S h and ong , 266 042 )
A bstraet:T h e eross一 seetion al m iero stru etures o f b urnin g residu e o f P P /O M M T n anoeo m p o s ite s in d i ffer en t ti m e s o f b u r n in g p ro ee ss w ere o b s erv ed b y S E M , th e th e rm a l sta b ili ty an d p y ro ly sis eh a ra ete risti e s o f th e sk in a n d e e llu la r la y e rs in d iffe re n t tim es o f b u rn i ng p ro ee s s w e re s tu d ied b y T G A . T h e re s u lts w er e eo r rela te d to th e stru e tu r e eh a ra ete risties o f eh a r re s id u e. T h e re su lts sh o w th a t su rfa e e la y e r b eg in s to fo r m a fte r eo m b u stin g 5 5 5 , to
聚合物 /层 状硅 酸盐 纳 米复 合 (P L S ) 阻燃 材 料 的阻燃 性 与 生 成 的 特 殊 的炭 层 结 构 有关 " 然 而这 些研 究 大多 不是 在 真 实 的 燃烧 状 态 下 进 行 的 , 目前 还缺 乏 在实 际燃烧 条件 下形 成炭 渣结 构 的研 究结 果 "锥 形 量 热 仪 是 比较 广 泛 使 用 的 表 征材 料燃 烧性 能 的试 验仪 器 , 具 有 真实 的燃烧 环
释放 速率下 降直 至纳米 复 合材料 燃烧 终止 , 得 到 最终 的炭渣 , 即 d 段代 表 的燃烧 结束 " 经过 研究 证 明 , 第 2 个峰 值 处 的残 留物 已基 本 燃烧 完 全 ,
公 司 ;JE M 一 2000 E X 型 扫描 电镜 (S E M ) 旧 本 电 子 (JE O L )公 司 ;P yri sl 型热 重分 析仪 , 美 国 P er-
1.3 样 品截取 方法
析 P P / O M M T 纳米 复合 材料不 同燃 烧 时间残余
物 断面放 大 2 5 倍后 的 SE M 照片发现 ,残 留物
在燃 烧 3 5 时表 面 界 面表 面处 形 成 少 量 气 泡 ;在 燃 烧 5 泡 ;燃烧 19 0
验所 需标 准 样 条 , 注 塑 机 各段 温度 为 19 0 一 21 0
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二 2( ) X
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时 间/ s
图1
尸 p/ O M M 下纳米复合材料燃烧过程
2 .2
炭 渣结 构的特 征 根据 图 1 所示 取样时 间点 获得 4 个样 品 , 分
C , 注射 压力 为 75 M P a " o
境 , 可 以用来 获 得 P L S 材 料 在 燃 烧 过程 中 生成
收稿 日期 :20 10一 11一 09 ;修 改 稿 收 到 日期 :20 11一 0 1一 30 " 作 者 简 介 :孙 佩 佩 , 硕 士 研 究 生 , 研 究 方 向 为 P P 基 P L S 纳 米 复 合材 料 炭层 结 构 与 阻燃 机 理 研 究 " E 一 ma l :q i u s ts u np e i