无卤阻燃抗静电木塑复合材料的制备与性能研究.doc

无卤阻燃抗静电木塑复合材料的制备与性能研究木塑复合材料(WoodPlasticComposite,WPC)作为新型绿色环保材料受到越来越多人的欢迎,被广泛应用于庭院园林和室内装修。由于木塑的主要成分是木粉和高分子聚合物,遇高温易燃烧、会产生大量挥发性气体,并且着火后很难自熄,具有较大的安全隐患。此外,由于木质纤维和高分子聚合物均为良好的电绝缘体,二者复合后仍然属于电绝缘体,在使用过程中会积累大量的静电荷,静电不仅会导致精密仪器失真,电子元件报废,更有甚者,静电还会引起火灾、爆炸、电击等事故。所以木塑复合材料的阻燃和抗静电性能就变得尤为重要。本文主要对木塑复合材料的阻燃和抗静电性能进行研究,主要研究内容包括以下几个方面:首先,用溶液法制备了PP/WF复合材料,研究阻燃剂APP和导电填料Fe粉不同比例对PP/WF复合材料的力学性能、导电导热性能、热稳定性、阻燃性能和结晶行为的影响。结果表明:由于Fe粉的团聚作用和刚性粒子增韧作用,过多的Fe粉会导致木塑复合材料的拉伸强度降低和冲击强度增大。通过对复合材料的导电导热性能测试,得出低含量的Fe粉无法在复合材料中形成有效的导热导电网络,导电导热能力并不强;随着Fe粉含量的增大,复合材料的导热导电能力会有所增大。热稳定测试和燃烧测试结果表明,APP的加入可以促进复合材料中木粉的热分解形成致密的炭层,从而保护PP基体;APP的加入可以显著降低PP/WF复合材料的HRR和THR值,能够有效地阻止复合材料燃烧;少量的Fe粉颗粒可以充当阻燃剂。在结晶方面,快速降温会加快PP材料的结晶过程;Fe粉的加入会阻碍PP链段的运动,使基体结晶受到抑制。其次,研究了PS/WF复合材料的力学性能、导电导热性能、热稳定性和阻燃性能。结果表明:随着刚性粒子Fe粉含量的减小,APP含量的增大,木塑复合材料的拉伸强度呈现出增大的趋势,最大增幅达到34.0%,而复合材料的冲击强度呈现出现一定的下降趋势。此外,随着Fe粉含量的增多,使得导电填料在木塑基体中分布更均匀,导电导热通路更加完善,从而具有更强的导电导热能力。由于PS本身的绝缘性优于PP,相同组分含量的PS/WF木塑要比PP/WF电阻率要高。燃烧测试数据表明:添加APP后,复合材料的HRR和THR值均显著降低,LOI值达到39%,且通过V-0等级,表明APP能够有效地提高复合材料的阻燃性能。此外,采用溶液法制备了PS/WF复合材料,并在其液固转化阶段施加磁场作用,通过改变Fe粉在复合材料中的分布探索了力学性能、导电导热性能、热稳定性和阻燃性能的变化规律。结果表明:磁场取向对PS/WF木塑复合材料的拉伸冲击性能、阻燃性能和热稳定性未产生显著影响。但由于磁场作用导致木塑复合材料中的Fe粉沿着磁场线方向定向排列,表现出更高的导热导电性能。将本实验测得的热导率与经典导热方程预测的热导率数值进行比较,结果发现:Agari模型可以很好地拟合实验数据,经磁场取向后的PS木塑复合材料较未经磁场取向PS木塑复合材料更容易形成导热网链结构。