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综述学院：三院班级：12030441姓名：学号：1203044108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(Compositematerials)，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，并对复合材料进行了极限氧指数（LOI）、垂直燃烧等级（UL-94）、力学性能和热稳定性测试。结果表明：有机蒙脱土与卤锑阻燃剂对HDPE具有良好的阻燃协效作用。HDPE／OMMT阻燃复合材料的LOI由纯HDPE的19．6％提高至27．8％，垂直燃烧等级则由“完全燃烧”逐渐提高至V-0级，且燃烧时不产生熔滴，具有良好的成炭效应；其拉伸强度由13．24MPa提高至24．53MPa，力学性能表现良好；其失重率由纯HDPE的96．17％降至90．37％，热稳定性得到提高。HDPE／OMM4阻燃复合材料也有类似情况，且其各项性能指标表现更好。纳米材料的出现给这种材料带来了福音。通过纳米有机蒙脱土（OMMT）改性高密度聚乙烯（HDPE），纳米氢氧化镁（MH）无卤复合阻燃体系。研究了有机蒙脱土的用量对体系阻燃性能、力学性能及流变性能的影响。实验结果表明：OMMT单独对HDPE阻燃改性效果较差，它和MH复配可产生协同阻燃效果，但MH添加质量分数需在HDPE的60％以上方可有效阻燃。当m（HDPE）：m（MH）：m（OMMT）为100：60：6时，复合材料具有较好的阻燃性能和力学性能。HDPE／MH／OMMT熔体为假塑性流体，OMMT添加质量分数超过HDPE添加质量分数的6％时，会使体系在低剪切速率下的黏度大幅增加，流动性能降低。同时，0MMT的增加会导致熔体假塑性程度增加。使用以乙烯／醋酸乙烯共聚物（EVA）为相容剂的高密度聚乙烯／蒙脱土（HDPE／OMT）纳米复合材料作为基体，制备了含不同成炭剂的聚磷酸铵（APP）膨胀阻燃体系，对其阻燃性能进行了比较和研究，并分析了蒙脱土与膨胀阻燃剂协效作用的机理。热重分析（TGA）、垂直燃烧（UL-94）、极限氧指数（LOI）、锥形量热计结果表明：APP／季戊四醇（PER）体系熔融过程较短可形成蒙脱土增强炭层；PER／PA／OMT体系中较高的有机物含量有利于蒙脱土迁移和堆积加入煤粉以后，煤粉作为添加剂，又会大大提高性能。用有机改性蒙脱土（OMMT）含量为30％（质量分数，下同）的OMMT母料及超细煤粉，通过双螺杆熔融挤出法制得了组成不同的系列PE-HD／煤粉／OMMT复合阻燃材料。用X射线衍射分析、极限氧指数测定等对其插层结构及阻燃性能进行了表征。结果表明，PE-HD／煤粉／OMMT复合材料中OMMT呈现插层型结构，煤粉的加入可以提高复合材料的阻燃性。当煤粉和OMMT含量分别为15％和4．5％时，PE-HD／煤分／OMMT复合材料极限氧指数最高达到21％。热重分析及扫描电子显微镜分析表明，PE-HD／煤粉／OMMT复合阻燃材料阻燃性能的提高归因于大量致密层状炭结构的形成。同时氨基硅油对性能也有增强作用。用氢氧化镁（MH）和有机蒙脱土（OMMT）作为阻燃剂制备了阻燃线型低密度聚乙烯（LLDPE）,研究了氨基硅油（ASO）对阻燃LLDPE力学性能及阻燃性能的影响。通过锥形量热仪（CONE）和热失重分析（TGA）对材料进行了表征。结果表明：ASO提高了阻燃性能和抑烟效果。当ASO用量为2%时,阻燃LLDPE的热释放速率峰值（pHRR）和平均热释放速率（mHRR）分别降低到169.6kW/m^2和86.7kW/m^2,比加入ASO前下降了20.5%和9.7%;烟产生速率峰值（pSPR）和总生烟量（TSP）分别降低到0.017m^2/s和0.4m^2。此外,ASO提高了材料的断裂伸长率和冲击强度。结语：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。因此阻燃型复合材料的发展已成为了材料学的发展趋势。从资料上显示，聚乙烯/蒙脱土阻燃复合材料已经成为了材料工程学家们热门追捧的课题。理论上已经初步成型，但因为复合材料在我国起步较晚，发展还不是很完备，距实际生活中的大量应用还有很大的距离。作为复合材料与工程专业的学生，我将努力学习理论知识，在本科学习中打下坚实的基础，如果有幸考上研究生，我将加倍用心，加强实际操作能力，做一个真正的复合材料专业的材料人，为祖国的材料事业贡献出我的一份热情与力量。参考文献：1.周日敏;向丽;赖学军;李红强;谢华理;曾幸荣；线性低密度聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究；《橡塑技术与装备》2014年第12期6-10页,共5页2．张玉娟;公维光;郑柏存；OMMT-NC-膨胀型阻燃剂三元协同阻燃LLDPE的效果；《功能高分子学报》2013年第1期81-87页,共7页3.罗才贵;童张法;尹作栋;陆增梦;覃善丽;崔学民；有机蒙脱土协卤锑阻燃剂阻燃HDPE研究；精细石油化工》2013年第30卷第1期51-55页,共5页4.孟圆圆;公维光;郑柏存；孟鑫；纳米蒙脱土/膨胀型阻燃剂协同阻