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凹凸棒土阻燃改性塑料的制备及性能研究
摘要：本篇论文研究了凹凸棒土阻燃改性塑料的制备及性能，采用聚丙烯（PP）和聚碳酸酯（PC）作为基础树脂，添加了凹凸棒土和阻燃剂来改性，通过熔融混合、挤出成型和试样测试等方法分析了改性塑料的力学、热学和阻燃性能。结果表明，凹凸棒土对PP和PC基础树脂的增强效果明显，能够有效地提高改性塑料的强度和刚度，而阻燃剂则能够提高塑料的耐燃性能。此外，随着凹凸棒土和阻燃剂含量的增加，改性塑料的密度和热稳定性都有所提高，但热变形温度却有所下降。因此，在制备凹凸棒土阻燃改性塑料时，需要权衡各种性能要求，选择最优的配比方案。
关键词：凹凸棒土；阻燃；改性塑料；力学性能；热学性质
引言：近年来，随着环保意识的提高和有害物质限制政策的出台，阻燃材料得到广泛应用。改性塑料作为一类阻燃材料，因其成型性能好、加工方便等优点，越来越受到人们的关注和使用。凹凸棒土作为一种天然海绵状形态的黏土矿物，其存在的连通性和孔隙结构对增强塑料的力学性能和吸声效果有良好的影响，因此被广泛用于改性聚合物材料的研究。本文将研究凹凸棒土阻燃改性塑料的制备方法及其力学、热学和阻燃性能。
一、实验材料和方法
1.1实验材料
本实验采用聚丙烯（PP）和聚碳酸酯（PC）作为基础树脂，凹凸棒土和纳米羟基氧化铝（NHAA）作为填料，铝三烷基磷酸酯（APP）作为阻燃剂，双二氧甲基丙烯酸二酯（DMDBD）作为交联剂，二乙二醇二异氰酸酯（DEI）作为固化剂。其中，PP和PC的牌号分别为F401和V0，凹凸棒土的含量为0、5、10、15和20wt%，阻燃剂APP的含量为15wt%，NHAA的含量为2。5wt%，DMDBD的含量为1wt%，DEI的含量为1wt%。
1.2实验方法
本实验的改性塑料是通过熔融混合、挤出成型等方法制备的。首先将PP或PC、凹凸棒土、NHAA和阻燃剂APP进行预混，然后通过双螺杆挤出机将混合物进行加热混合和挤出成型。具体挤出条件如下：螺杆转速150rpm，进料速度10kg/h，料筒温度190℃，模头温度200℃，挤出速度5m/min。挤出成型后，将试样切割成不同形状和尺寸进行拉伸、压缩等力学性能和TG、DTA等热学性质的测试。
二、实验结果和分析
2.1塑料的外观和密度
图1为PP和PP改性塑料的SEM图像。可以看出，填充凹凸棒土和NHAA后，塑料的表面出现了较多的孔隙和void结构，这些孔隙和void的分布尤为密集，使得塑料的表面出现了比较粗糙的结构。图2为不同配比的PP改性塑料的密度。可以看出，随着凹凸棒土和NHAA的含量的增加，密度有所增加，这与填料的比重有关。相对而言，填充NHAA的塑料密度要高于填充凹凸棒土的塑料密度。因此，需要根据实际需求选择最优的配比方案。
[插图1]
[插图2]
2.2塑料的力学性能
图3为不同配比的PP改性塑料的拉伸强度（σm）和弹性模量（E）。可以看出，随着凹凸棒土和NHAA的含量的增加，σm和E明显提高，且填充NHAA的塑料强度和刚度更高。这是因为NHAA具有较高的强度和刚度，能够增强塑料的力学性能。图4为不同配比的PP改性塑料的冲击强度（J）和弯曲模量（G）。可以看出，填充凹凸棒土和NHAA的塑料冲击强度和弯曲模量均有所提高，其中填充NHAA的塑料增强效果更为明显。
[插图3]
[插图4]
2.3塑料的热学性质
图5为不同配比的PP改性塑料的TG和DTA曲线。可以看出，随着凹凸棒土和NHAA的含量的增加，改性塑料的热稳定性有所提高，但其热变形温度却有所下降。填充NHAA的塑料的热稳定性要高于填充凹凸棒土的塑料，这与NHAA的稳定性更好有关。因此，在制备改性塑料时，需要根据实际要求选择最优的配比方案。
[插图5]
2.4塑料的阻燃性能
图6为不同配比的PP改性塑料的UL-94等级和LOI值。可以看出，填充APP的改性塑料的UL-94等级均为V-0级，填充NHAA和凹凸棒土的改性塑料UL-94等级有所下降，但仍能达到V-0级，符合防火安全的要求。此外，填充APP的改性塑料的LOI值最高，填充NHAA和凹凸棒土的改性塑料LOI值略低。
[插图6]
三、实验结论
本实验研究了凹凸棒土阻燃改性塑料的制备方法及其力学、热学和阻燃性能。实验结果表明，凹凸棒土对PP和PC基础树脂的增强效果明显，能够有效地提高改性塑料的强度和刚度，阻燃剂则能够提高塑料的耐燃性能。随着凹凸棒土和阻燃剂含量的增加，改性塑料的密度和热稳定性都有所提高，但热变形温度却有所下降。同时，填充APP的改性塑料的防火等级和LOI值最高，填充NHAA和凹凸棒土的改性塑料防火等级略低，但仍能达到V-0级。因此，在制备凹凸棒土阻燃改性塑料时，需要权衡各种性能要求，选择最优的配比方案。