阻燃型木纖維-聚丙烯復合材料制備及性能研究.pdf

1、木塑復合材料是當前生物質(zhì)材料研究領域中重要的研究方向之一。但是，由于木塑復合材料屬于易燃材料，直接用于室內(nèi)存在一定的安全隱患。本文開展的阻燃型木纖維．聚丙烯復合材料的研究，將提供一種具有阻燃功能的新型木塑復合材料，為擴展木塑復合材料的室內(nèi)應用提供技術基礎。 在本研究中，木纖維．聚丙烯復合材料的制備采用人造板平壓工藝。通過對復合材料物理力學性能、燃燒性能等主要影響因子的研究，利用熱重．差熱聯(lián)用分析儀、錐形量熱儀以及紅外光譜分析儀在

2、對原料及復合材料的熱解、燃燒特性進行分析基礎上，篩選出適當?shù)淖枞紕w系。在進行工藝因子與阻燃型木塑復合材料性能的相關性分析評價后，制備出高性能的阻燃型木塑復合材料。 本論文的主要研究結果如下： 1．聚丙烯(PP)加量、補強劑種類、產(chǎn)品密度和纖維形態(tài)四個變量因子對復合材料的物理力學性能有不同程度的影響。增加PP用量復合材料的各項物理力學性能都有顯著提高：補強劑對復合材料物理力學性能提高也較明顯，以2％PAPI的效果更好；提

3、高產(chǎn)品密度對抗彎性能提高最顯著；纖維形態(tài)對產(chǎn)品性能的影響規(guī)律不明顯。制備高性能的木纖維．聚丙烯復合材料最佳因子水平為：PP加量為40％，補強劑為2％PAPI，產(chǎn)品密度為1.05g/cm<'3>，纖維形態(tài)為中粗纖維，制備的復合材料性能大幅度超過GB/T11718-1999室外用纖維板要求。 2．塑料原料的燃燒熱是決定木塑復合材料燃燒性能的關鍵因子。PP 燃燒熱值高，其加量對復合材料的滯燃性能有非常顯著的負面影響。復合材料中PP含量

4、增加，復合材料氧指數(shù)大幅度降低，熱釋放速率和燃燒熱值迅速升高。加入補強劑加速了復合材料的燃燒過程；其他因素如產(chǎn)品密度和纖維形態(tài)對復合材料的燃燒特性影響規(guī)律不明顯。木塑復合材料的熱解過程中，木纖維和聚丙烯有相互促進熱解、燃燒的現(xiàn)象。 3．通過改變木纖維熱解方式，SA阻燃劑促進木纖維提前分解成炭，減緩燃燒過程達到阻燃目的。通過熱解活化能計算、紅外光譜分析等機理分析證實，阻燃劑SA對木材的脫水過程中促使木材纖維表面活化，促使木塑界面和

5、纖維間更好的相互融合，進而提高了木塑復合材料的物理力學性能，這一結論與傳統(tǒng)的阻燃型人造板制造中阻燃劑對板材性能起負面作用的結論相反。塑料阻燃劑以質(zhì)量比3：1的十溴二苯乙烷和三氧化二銻組成的DBT配方，質(zhì)量比2.7：1的十溴二苯乙烷和硼酸鋅組成的DBZ配方以及100％高聚磷酸銨的APM配方阻燃效果較好。 由于阻燃劑阻燃機理的不同，單獨使用木纖維阻燃劑或塑料阻燃劑配方都難以達到對木塑復合材料既定的阻燃目標。 4．制備阻燃型木

6、纖維。聚丙烯復合材料的結果表明：木纖維阻燃劑SA加量、補強劑種類、補強劑加量、塑料阻燃劑種類、塑料阻燃劑加量和木塑比例6個變量因子中，木材阻燃劑SA加量、塑料阻燃劑加量和木塑比例對木塑復合材料的阻燃性能(氧指數(shù))有顯著影響，其他因子影響不顯著。木材阻燃劑SA加入不僅顯著提高了板材的氧指數(shù)，還使板材的一些物理力學性能有了顯著提高；塑料阻燃劑APM和木材阻燃劑SA共同作用使木塑復合材料的阻燃效果顯著增加；PP塑料在復合材料中含量的提高可以顯

7、著增強復合材料的物理力學性能，但導致材料氧指數(shù)有較大幅度的降低；補強劑加量增加可有效提高復合材料物理力學性能，而補強劑種類和塑料阻燃劑種類對物理力學性能的影響較小。木纖維阻燃劑SA影響了補強劑的固化效果，其交互作用對物理力學性能有一定的影響。 與普通木塑復合材料相比，阻燃型木塑復合材料氧指數(shù)顯著提高，在整個燃燒過程的熱釋放速率，平均質(zhì)量損失速率和有效燃燒熱值等燃燒特性值都有顯著降低。 在最優(yōu)工藝條件下，本研究制備的阻燃型