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述

学院：三院

班级：12030441

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综述题目：聚乙烯/蒙脱土阻燃复合材料的研究及制备

聚乙烯/蒙脱土阻燃复合材料的研究及制备

摘要：聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，其具有良好的灵活性，在较低的温度下，化学稳定性，电性能，是一种理想的绝缘材料，电线电缆，但具有较低的熔点，可燃性极大，在研究中发现，在其中添加其他一些化合物组成复合材料后，不仅能保持其原本的优良性能，还能在很大程度上提高其他方面的性能。比如：添加层状硅酸盐，以期获得分散性良好、具有较高相容性的复合材料；添加不同种类的蒙脱土层状硅酸盐，制备出分散性良好的HDPE/PC/接枝物/蒙脱土复合材料；研究接枝物和蒙脱土的加入对体系性能(力学性能、流变性能、阻

隔性能、热性能、相容性、纳米粒子的分散性)的影响。

引言：复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。在近几年材料学的发展中，复合材料以它堪称完美的性能，在很多的领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。本文中将着重介绍的由聚乙烯和蒙脱土为主要成分的阻燃复合材料。火灾是我国频发的重大灾害之一，而全球阻燃标准、阻燃法规日益完善和严格，因此阻燃工业已成为影响我国经济发展和人民生命财产安全的战略性产业。阻燃剂作为易燃材料阻燃的功能助剂，在过去的10余年获得了长足的发展。本文中介绍的蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25nm，是最有商业用途的无机高分子类增稠剂。天然蒙脱土是一种层状结构，片状结晶的含水铝硅酸盐的土矿状物，其具有较大的表面活性，较高的阳离子交换能力异常含水特征的层间表面，强烈的改变液体流动特性的能力和亲水疏油性等。但通常与聚合物的相容性较差，因此需要对其改性提高其性能，然后加入其他的基体中，制备出具有阻燃效应的高性

能复合材料。

关键词：聚乙烯蒙脱土复合材料阻燃

正文

目前阻燃型聚乙烯主要有填料型复合阻燃体系和膨胀型阻燃型体系两种类型。其中膨胀型阻燃型体系因为阻燃剂添加量相对较少和基体性能基本不变而更为人们看好，在膨胀型体系中，包括酸源，炭源气源三个部分。在燃烧的过程中，由酸源的热分解，炭源的脱水成炭和气源分解释放出气体使炭层等因素的协同作用，形成了蓬松的多孔炭层，它作为一种物理屏障阻碍了热传递及氧气的扩散，能有效地延缓并阻止聚合物的热降解，抑制挥发性可燃组分的产生，从而达到阻燃的目的。

在实际中发现不同的成型方法，聚乙烯的密度，还有蒙脱土的种类（有机，无机）和添加量的不同以及其他的一些添加剂，辅助剂的种类含量的不同，都会导致制备出的聚乙烯/蒙脱土阻燃复合材料的阻燃系数和材料氧系数也不一样。

在低密度聚乙烯中就有不同的制备方法。通过熔融共混法制备了线性低密度聚乙烯／有机蒙脱土（LLDPEtOMMT）纳米复合材料，采用X-射线衍射分析（XRD）和透射电镜（TEM对材料的结构进行表征，研究了OMMT的用量对LLDPE／OMMT纳米复合材料力学性能及阻燃性能的影响。结果表明，当OMMT的用量为30％（重量百分比）8寸，材料的极限氧指数（LOI）从180％提高到23．8％，热释放速率峰值（PHRR）从LLDPE的771．9kW／m2下降到5113kW／m2，下降幅度高达33．8％，表现出较好的阻燃性能；同时材料也呈现出良好的力学性能。

采用有机蒙脱土（OMMT）和碳酸镍（NC）为阻燃协效剂，与膨胀型阻燃剂（IFR）三元体系协同阻燃线性低密度聚乙烯（LLDPE）。采用热重分析（TGA）、氧指数（LOI）测试、UL-94燃烧测试和锥形量热测试（CONE）研究了LLDPE

阻燃体系的热稳定性和燃烧性能；采用红外光谱分析（FT-IR）、数码相机和扫描电子显微镜（SEM）对燃烧残余物的结构和形貌进行了分析。结果表明：固定m_LLDPE／m_IFR=7／3，当m_OMMT／m_（LLDPE＋IFR）=0．04时，阻燃体系的LOI为31．5％，通过UL-94V-0级测试，LLDPE-IFR-OMMT的残炭率为15．09％，最大热释放速率（PHRR）相比于纯LLDPE降低了50％；向

LLDPE-IFR-OMMT体系中添加NC，少量的NC就能显著增加体系的阻燃性能，当m_NC／m_（LLDPE＋IFR）=0．02时，阻燃体系的LOI为32．7％，LLDPE-IFR-OMMT-NC的残炭率达到19．04％，PHRR相比于纯LLDPE降低了57％。OMMT和NC的加入能催化LLDPE-IFR成炭，形成致密的炭层，增加炭层的强度，从而提高复合材料的阻燃性能。

以膨胀型阻燃剂（IFR）和自制的有机蒙脱土（OMMT）协同阻燃荆对线型低密度聚乙烯（LLDPE）进行阻燃改性，研究了阻燃剂和协同阻燃剂对LLDPE

燃烧性能、力学性能的影响。运用极限氧指数（LOI）和热重分析（TGA）表征了LLDPE的阻燃性能，通过扫描电子显微镜（SEM）观察燃烧残余物的炭层形貌。结果表明，0MMT的加入增强了LLDPE／IFR体系的阻燃性能和力学性能，且在一定程度上解决了体系燃烧时的熔滴和浓烟现象；当IFR用量为30份，有机蒙脱土用量为2％时，体系的极限氧指数达到25．2％，燃烧残余物形成致密的炭层。再则以聚磷酸三聚氰胺（MPP）／有机蒙脱土（OMMT）为阻燃体系对低密度聚乙烯（LDPE）进行阻燃改性。结果表明，当LDPE，MPP，OMMT的质量比为100／25／5时，所得的LDPE／MPP／OMMT复合材料阻燃级别可达到UL94V-1，氧指数达28．2％，LDPE／MPP／OMMT的阻燃性能优于LDPE／MPP 和LDPE／OMMT的，MPP与OMMT协同效应提高了LDPE的阻燃性能。

再例如，添加了氢氧化镁以后，又有不同的性能特点。采用氢氧化镁（MH）、膨胀石墨（EG）和有机蒙脱土（OMMT）为阻燃剂制备了无卤阻燃线性低密度聚乙烯（LL—DPE），研究了OMMT对LLDPE／EG／MH阻燃性能和力学性能的影响。结果表明：少量OMMT的加入，可以有效改善LLDPE／EG／MH的力学性能、阻燃性能和热稳定性。当OMMT质量分数为3．0％时，LLDPE／EG／MH ／OMMT的拉伸强度和冲击强度分别为1．4MPa和26．5kJ／m^2；极限氧指数为35．0％，符合UL-94V-0级；其热释放速率峰值、平均热释放速度、生烟速率和总生烟量比LLDPE／EG／MH的低。

相对在高密度聚乙烯中，我查到的资料不如在低密度中的多。针对高密度聚乙烯（HDPE）的易燃性，以高密度聚乙烯与有机蒙脱土（OMMT）、卤锑阻燃剂（DBDPE／Sb2O3）熔融共混制成HDPE／有机蒙脱土阻燃复合材料，研究了有机蒙脱土（OMMT）与卤锑阻燃剂在复合材料中的阻燃协效性，并对复合