任勇畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文名稱（字體：華文新魏 字號(hào)：28）English Title（字體：Timers New Roman 字號(hào)：四號(hào)）班級(jí) 高分子加工092班 學(xué)生姓名 任勇 學(xué)號(hào) 930210016 指導(dǎo)教師 徐冬梅 職稱 副教授 導(dǎo)師單位 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 論文提交日期 2011年10月7日 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題名稱PP基木塑復(fù)合材料阻燃性能的研究進(jìn)展課題性質(zhì) 科研（試驗(yàn)） 班 級(jí) 高分子材料加工技術(shù)092 學(xué)生姓名 任 勇 學(xué) 號(hào) 930210016 指導(dǎo)教師 徐冬梅 導(dǎo)師職稱 副教授/高級(jí)工程師 一選題意義及背景木塑復(fù)合材料（wood-plastics c

2、omposites,簡(jiǎn)稱WPC）是用木纖維或植物纖維填充、增強(qiáng)的改性熱塑性材料，兼有木材和塑料的成本和性能的優(yōu)點(diǎn)，可替代木材和塑料。發(fā)展WPC是越來越被重視的環(huán)境觀念的結(jié)果：一方面吸收了廢棄的木粉等植物纖維，另一方面，為廢舊塑料的回收有效途徑之一。具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。“PP基木塑復(fù)合材料阻燃性能的研究”主要針對(duì)以PP或PP回收料位基材的木塑復(fù)合材料用于室內(nèi)建材時(shí)阻燃性能的研究。本課題主要從阻燃劑的選擇和并用的結(jié)果進(jìn)行比較。找出具有推廣價(jià)值的配方。二畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：1、 選題，明確設(shè)計(jì)主要任務(wù)和預(yù)期目標(biāo)。2、 解讀任務(wù)，擬定實(shí)施計(jì)劃。3、 文獻(xiàn)（資料）檢索：木粉、木粉的組成、

3、木粉的來源、木粉的性能特點(diǎn)、木粉的表面處理；PP樹脂（塑料）、木粉與樹脂的相容性；木粉樹脂復(fù)合物的性能。4、 文獻(xiàn)資料的歸類整理，擬定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。5、 實(shí)驗(yàn)分析（制定計(jì)劃、組織原材料、設(shè)備儀器調(diào)試操作、數(shù)據(jù)結(jié)果分析等）。6、 論文編寫：按畢業(yè)設(shè)計(jì)管理規(guī)定的論文格式編寫。 7、 論文修改，定稿，預(yù)演答辯。三計(jì)劃進(jìn)度：第1 周：動(dòng)員，選題，組織學(xué)習(xí)管理規(guī)定，明確任務(wù)和目標(biāo)。第2周：文獻(xiàn)檢索，資料的整理歸納，確定設(shè)計(jì)思路。第3-4周：根據(jù)設(shè)計(jì)思路，擬定實(shí)驗(yàn)方案；實(shí)驗(yàn)研究；數(shù)據(jù)整理，結(jié)果分析。 第5周：編寫論文，修改整理，準(zhǔn)備答辯。第7周：答辯。四畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、論文（按畢業(yè)設(shè)計(jì)管

4、理規(guī)定的要求的格式編排，字?jǐn)?shù)符合要求。包括課題名稱、作者姓名、摘要、說明書正文、致謝等） 2、原始記錄。指導(dǎo)教師 徐冬梅 教研室主任 徐冬梅2011年8月 29日2011年8月29日PP基木塑復(fù)合材料阻燃的研究進(jìn)展摘要：綜述了目前木塑的的發(fā)展?fàn)顩r及各類阻燃劑改善聚丙烯復(fù)合材料的燃燒性能的研究成果，并且分析了阻燃劑對(duì)阻燃性能和其它性能的影響?？偨Y(jié)了阻燃聚丙烯復(fù)合材料尚未解決的問題，提出了研究新型無鹵阻燃劑和不同阻燃劑復(fù)合的協(xié)效作用，研制新型表面改性劑和新的表面改性技術(shù)，使阻燃劑與聚丙烯及木粉有適宜的相容性，構(gòu)筑適度柔性、結(jié)合力強(qiáng)的界面結(jié)構(gòu)，是制備具有優(yōu)良阻燃性能、力學(xué)性能的聚丙烯復(fù)合材料努力方向

5、的研究思路。關(guān)鍵詞：聚丙烯，木塑，阻燃，復(fù)合材料，氧指數(shù)Wood plastic composites based on the research progress of flame retardantAbstract:This review summarizes the current situation of development and all kinds of wood fire retardant improving polypropylene composite materials on the combustion performance of research results

6、, and analyzes the flame retardants on flame retardant properties and other properties. Summary of the composite material of flame retardant polypropylene unsolved problem, put forward to study novel halogen-free flame retardant and fire retardant composite synergistic effect, development of new sur

7、face modification agent and new surface modification technology, so that the flame retardant agent and polypropylene and wood powder suitable compatibility, build appropriate flexibility, strong binding force interface structure, is the preparation of excellent flame retardant properties, the mechan

8、ical properties of polypropylene composite material direction research.Keywords: Polypropylene, wood, fire retardant, composite materials, oxygen index前言隨著社會(huì)的進(jìn)步，木質(zhì)包裝的需求量也不斷的增大，另外人們的生活水平的提高，木質(zhì)地板的使用也越來越普遍，這些使得本來就不多的森林資源越來越少，我國從1998年9月1日起已明令禁止對(duì)天然森林進(jìn)行砍伐，國外也有著相應(yīng)的政策，這些促使了木塑產(chǎn)料的產(chǎn)生，木塑復(fù)合材料是使用木粉或植物纖維超高份額填充熱塑性塑

9、料樹脂或熱塑性塑料再生料，添加部分相關(guān)改性劑，經(jīng)擠出成型為板材、型材、管材而成。此類產(chǎn)品可替代相應(yīng)木制品，人們由此可節(jié)約大量的森林資源，也處理掉大量的廢舊塑料及木材加工中產(chǎn)生的廢棄木粉，故可大大有利于保護(hù)并改善生態(tài)環(huán)境，這是符合2l世紀(jì)發(fā)展方向的環(huán)保型化工新材料。但隨著木塑材料的不斷發(fā)展，木塑材料缺陷也漸漸的暴露出來，這也使新的研究路線應(yīng)運(yùn)而生，例如木塑阻燃等方面的研究。1.1國外現(xiàn)狀近年來，國外木塑板材制品的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展迅速。木粉填充改性塑料國外早已開始研究，但高份額的木粉填充則是近幾年才有較大發(fā)展。在日本，有名的“愛因木”就是該類產(chǎn)品(采用擠出工藝)；加拿大的協(xié)德公司也已開發(fā)出類似的

10、木塑制品(采用擠出或熱壓工藝)；奧地利辛辛那提公司及PPT模具公司開發(fā)出各種木塑板材制品(采用擠出工藝)；韓國的大山株式會(huì)社(利用擠壓聯(lián)用工藝)開發(fā)出了木塑板材制品；美國一些公司也正積極開發(fā)和推廣這類產(chǎn)品。加拿大ONYX公司1997年在多倫多首批建立了3條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力約為1000 ta，1998年擴(kuò)產(chǎn)為l3條生產(chǎn)線，1999年達(dá)到43條生產(chǎn)線。美國TIMTECH公司由原生產(chǎn)木塑托盤轉(zhuǎn)產(chǎn)高附加值的建筑隔音板，并增加投資3 564萬美元，擬建66條生產(chǎn)線用于隔音板生產(chǎn)。俄羅斯伊莫埃特公司開發(fā)有30余條高填充量木塑制品生產(chǎn)線，并推廣到白俄羅斯、烏克蘭、保加利亞等國家。1.2國內(nèi)現(xiàn)狀唐山

11、塑料研究所、國防科技大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)在低份額添加木粉或植物纖維方面已取得成績(jī)，北京化工大學(xué)和北汽福田也進(jìn)行了這方面的設(shè)備開發(fā)，此外無錫、杭州及安徽蒙城等地也有企業(yè)和個(gè)人進(jìn)行過這方面的研究。北京化工研究院在1988年就木粉填充廢舊塑料進(jìn)行了大量的研究工作，在配方、專用設(shè)備、制品模具設(shè)計(jì)等方面已取得初步成效。安徽蒙城縣鋁塑型材有限公司與鋁塑研究所合作，研制成的木塑材料是將廢舊塑料和鋸末按一定比例添加特制粘合劑，經(jīng)高溫、高壓連接制成結(jié)構(gòu)型材料(面板、縱梁和底板)。采用電子控溫及變頻調(diào)速技術(shù)生產(chǎn)。這種木塑材料的原料充足，價(jià)格便宜，廢舊材料利用率達(dá)到99 ，其產(chǎn)品可100回收再生，有利環(huán)保是高附加值的

12、木材替代品。12.1阻燃劑的發(fā)展我國阻燃劑生產(chǎn)在塑料助劑中，是僅次于增塑劑的第二大行業(yè)，產(chǎn)量逐年增加，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。自1960年起開始研制和生產(chǎn)阻燃劑以來，到目前為止，我國阻燃劑總生產(chǎn)能力約15萬t/a，從事阻燃劑研究的研制單位有50多家，阻燃劑品種有120多種，生產(chǎn)單位150多家。近幾年來，我國阻燃劑工業(yè)發(fā)展迅速，比如最重要的添加型澳系阻燃劑十溴二苯醚(DBDPO)的銷量1999年為7000t/a,2000年為9000t/a,2001年為13500t/a。增長(zhǎng)幅度逐年增大，其它鹵系中的另一個(gè)重要成員氯蠟系列也有很大增長(zhǎng)。還有磷系(包括無機(jī)磷類和有機(jī)磷酸酷類)和無機(jī)系主要是從Al2(0H)3,

13、 Mg(OH)2和助阻燃劑Sb2O3等的市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大。但是，按阻燃塑料制品占塑料總用量的比例來看，與美國相比差距還很大。美國的比例為40%，而我國還不到1%，即使考慮到美國的經(jīng)濟(jì)總量為我國的10倍，我們也還有很大的擴(kuò)展空間。我國的阻燃劑以鹵系阻燃劑為主，占整個(gè)阻燃劑的80%以上，其中氯系(主要是氯化石蠟)占69%，并有出口;但澳系不足，每年仍需進(jìn)口;作為無污染、低毒的無機(jī)系僅占阻燃劑的17%，其中有一半為三氧化二銻，而氫氧化鋁、氫氧化鎂還不到10%。主要阻燃劑品種有42型、52型氯化石蠟，還有少量的70型氯化石蠟、多澳二苯醚、六澳醚、八澳醚、聚2,6一二濱苯醚、四澳雙酚A及其齊聚物、磷酸烷

14、(芳)基醋、氯(濱)化磷酸醋、氫氧化鋁(鎂)、三氧化二銻、紅磷等。我國阻燃劑比例與世界發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，消費(fèi)結(jié)構(gòu)差距甚大，目前國外的阻燃劑已趨于以無機(jī)體系為主，而我國還是以污染較大、毒性較高的鹵系阻燃劑為主。22.2阻燃機(jī)理2.2.1鋁鎂系阻燃劑氫氧化鋁的阻燃機(jī)理是其受熱分解放出大量水蒸氣其反應(yīng)式為:2Al(OH)3Al2O3+3H2O這是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)吸熱量達(dá)到1967.2J/g，起到冷卻聚合物的作用"反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣可以稀釋聚合可燃?xì)怏w，抑制燃燒蔓延，新生成的氧化鋁還具有較高的活性，能吸附煙塵顆粒，起到抑煙作用。另外，氫氧化鋁還具有阻液滴、促進(jìn)炭化作用，不揮發(fā)、不滲出，能長(zhǎng)期保

15、留在聚合物中且能增加其抗電弧性和抗磁路性，但氫氧化鋁添加量在50%以上時(shí)才能充分顯示阻燃效果3。用于聚丙烯的鋁鎂系阻燃劑以氫氧化鋁、氫氧化鎂為主。這類物質(zhì)具有熱穩(wěn)定性好、無毒、不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、發(fā)煙量小等優(yōu)點(diǎn)。但是其在高分子材料中單獨(dú)使用添加量大，填充量大于50(wt)時(shí)才能使高分子材料具有一定的阻燃效果。由于與聚丙烯的相容性差，在聚丙烯中難以均勻分散，而且，高填充量必將影響聚丙烯的力學(xué)性能。目前，表面改性處理、協(xié)同復(fù)合技術(shù)和粒度超細(xì)化是鋁一鎂系阻燃劑主要的研究方向。由于氫氧化鎂或氫氧化鋁與高聚物的相容性不好，所以在使用時(shí)，通常需要對(duì)其進(jìn)行表面改性，而較為常用的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑和酞酸

16、酯偶聯(lián)劑。唐勇等4利用硅烷偶聯(lián)劑表面改性后的氫氧化鎂能更好改善復(fù)合材料的力學(xué)性能，顯著提高聚丙烯的阻燃性能，在用量為65時(shí)，氧指數(shù)達(dá)到319 ，垂直燃燒特性可達(dá)UL 94 V一0級(jí)。Chen等5利用鈦酸酯和硬脂酸鋅改性Mg(OH)2，表面改性后與聚丙烯界面粘接得到了改善，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度均有所提高，阻燃效果得到更大的提高。2.2.2膨脹型阻燃劑膨脹型阻燃劑（IFR）一般是以N,P，C元素為核心成分的復(fù)合阻燃劑。通常由碳源（成炭劑）、酸源（脫水劑）和氣源（膨脹劑）三部分組成。燃燒時(shí)，各組分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成多孔膨脹炭層，該炭層能起到隔熱、隔氧、抑煙和防熔滴作用，從而達(dá)到阻燃目的，但膨

17、脹型阻燃劑必須與被阻燃的聚合物相匹配才能發(fā)揮好的阻燃效果。膨脹型阻燃劑(IFR)由于其阻燃效率高、低煙、無毒、無腐蝕氣體釋放等特點(diǎn)，被認(rèn)為是當(dāng)今無鹵阻燃材料的發(fā)展方向之一 。在阻燃聚丙烯中，往往采用聚磷酸銨(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺作為膨脹型阻燃劑。但由于膨脹型阻燃劑與聚丙烯相容性差、吸潮、易析出等原因，目前，膨脹型阻燃劑表面改性、不同阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)、開發(fā)新型膨脹型阻燃劑已成為膨脹型阻燃技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)。丁文科等6自行合成的阻燃劑季戊四醇雙螺環(huán)磷酰雙三溴新戊醇酯與三聚氰胺(Me1)、氧化銻(Sb2O3 )等復(fù)配后，添加至聚丙烯(PP)中，實(shí)驗(yàn)表明：在添加量為17 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)

18、，阻燃PP材料的氧指數(shù)達(dá)到264 ，垂直燃燒通過UL-94 V-0級(jí)。顯示了良好的阻燃性。張帆等7 以五氧化二磷、磷酸、季戊四醇和三聚氰胺為原料，合成了一種新型的膨脹型阻燃劑(IFR)并和聚磷酸銨(APP)聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)配，對(duì)聚丙烯(PP)進(jìn)行阻燃，用熱重法(TG)對(duì)阻燃PP的熱性能進(jìn)行了研究，當(dāng)阻燃劑含量為24時(shí)，LOI值為309。用錐形量熱儀對(duì)阻燃PP的燃燒性能進(jìn)行了分析，并用掃描電鏡(SEM)對(duì)阻燃聚丙烯(FRPP)的殘?zhí)拷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，殘?zhí)客獗砻娴腟EM照片可以看到外表面比較致密，炭層較厚，但存在一些小的孔洞，這是因?yàn)榕蛎涀枞糚P在燃燒過程中，表層結(jié)構(gòu)發(fā)生基體樹脂的熔融和酸源

19、、氣源、炭源的分解和酯化反應(yīng)的進(jìn)行，分解反應(yīng)產(chǎn)生的不燃?xì)怏w如水蒸氣和氨氣等會(huì)在熔體粘度較低的地方推動(dòng)發(fā)泡膨脹，伴隨著燃燒的進(jìn)一步進(jìn)行，不燃?xì)怏w可能沖破炭層，這個(gè)過程進(jìn)行的異常迅速，這些不燃性氣體擴(kuò)散至火焰區(qū)后可稀釋氣相中的氧氣濃度，從而抑制火焰的擴(kuò)散，發(fā)揮氣相阻燃作用。而炭層的內(nèi)表面則比較蓬松，可能充滿了不燃?xì)怏w，使得熱傳導(dǎo)受阻，內(nèi)表面溫度上升的速度減緩。正是由于膨脹炭層這種內(nèi)外表面結(jié)構(gòu)使得PP的阻燃性能得到了提高。IFRPP經(jīng)錐形量熱儀測(cè)試后殘?zhí)客獗砻?IFRPP經(jīng)錐形量熱儀測(cè)試后殘?zhí)績(jī)?nèi)表面李珊珊等8 研究了阻燃劑聚磷酸胺(APP)用量、木粉用量、APP與季戊四醇(PER)復(fù)配比例對(duì)PE基木

20、塑復(fù)合材料阻燃性能的影響。并且用TGA和SEM分析了APP在PE基木塑復(fù)合材料中的阻燃作用機(jī)理。結(jié)果表明了APP對(duì)木塑復(fù)合材料的阻燃規(guī)律與其對(duì)塑料的阻燃規(guī)律有所不同，木塑復(fù)合材料中存在的大量木粉對(duì)APP的阻燃具有明顯的協(xié)效作用，而PER的協(xié)效作用卻不顯著；隨著APP用量或木粉用量的增加，木塑復(fù)合材料的極限氧指數(shù)(LOI)均顯著增加。TGA和SEM分析表明，燃燒后殘?zhí)苛吭黾优c膨脹發(fā)泡是APP在木塑復(fù)合材料中具有阻燃性的主要原因。2.2.3磷系阻燃劑目前阻燃劑的阻燃行為主要通過冷卻、稀釋、形成隔離膜和終止自由基鏈反應(yīng)等途徑來實(shí)現(xiàn)。磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理主要是形成隔離膜來達(dá)到阻燃效果,形成隔離膜的方式

21、有2種。一種是利用阻燃劑的熱降解產(chǎn)物促使聚合物表面迅速脫水而炭化,進(jìn)而形成炭化層。由于單質(zhì)碳不進(jìn)行產(chǎn)生火焰的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒,因此具有阻燃保護(hù)作用。磷系阻燃劑對(duì)含氧聚合物的阻燃作用就是通過這種方式實(shí)現(xiàn)的。其原因是含磷化合物熱分解得到的最終產(chǎn)物是聚偏磷酸,而它是強(qiáng)脫水劑。另一種磷系阻燃劑在燃燒溫度下分解生成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì),它包覆在聚合物的表面,這種致密的保護(hù)層起隔離層的作用。鹵化磷類阻燃劑就具有此特征。以多聚磷酸銨為基體的膨脹型阻燃體系就是此種機(jī)理的典型代表。9根據(jù)磷系阻燃劑的組成和結(jié)構(gòu),可以分為無機(jī)磷系阻燃劑和有機(jī)磷系阻燃劑2類。無機(jī)磷系阻燃劑包括紅磷和磷酸鹽類,有機(jī)磷系阻燃劑包括磷酸酯

22、、亞磷酸酯、膦酸酯和磷鹽等。紅磷是一種優(yōu)良的阻燃劑,但在實(shí)際應(yīng)用中具有諸多弊端:著火點(diǎn)低而易燃,粉末易爆炸,易吸濕而氧化成酸,并放出劇毒氣體PH3 ,且應(yīng)用時(shí),不易均勻分散在高聚物中。為了克服這些缺點(diǎn),紅磷顆粒的表面改性處理成為重要研究課題之一。目前,日本磷化學(xué)工業(yè)公司推出了用有機(jī)物包覆紅磷,日本化學(xué)工業(yè)公司也推出了用無機(jī)物包覆紅磷,同時(shí),英國、美國也推出了各自的包覆紅磷產(chǎn)品。在我國,由于紅磷作為阻燃劑未廣泛使用,故國內(nèi)研制開發(fā)較少。但鑒于它有著廣泛的市場(chǎng)前景,仍然應(yīng)引起注意和重視。李立等10研制出了一種無機(jī)和有機(jī)雙層包覆紅磷(即IO紅磷) ,作為礦井用阻燃抗靜電橡膠和橡塑導(dǎo)風(fēng)筒,以及礦用阻燃

23、聚乙烯塑料棚網(wǎng),均表現(xiàn)出良好的阻燃效果,同時(shí)減少鹵系阻燃劑和Sb2O3的用量,減弱了阻燃制品燃燒時(shí)產(chǎn)生的有害氣體。日本的Chisso公司11研制了一種不溶性多聚磷酸銨阻燃劑,用一種帶有能與蜜胺上活潑氫反應(yīng)的官能團(tuán)的化合物處理蜜胺涂覆的銨鹽顆粒,使顆粒表面形成一種粘合劑,然后顆粒粘合在一起,得到粒度15m 的多磷酸鹽顆粒,這種阻燃劑的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。硅系阻燃劑由于硅系阻燃劑是一種成炭型抑煙劑，它在賦予聚合物優(yōu)異阻燃抑煙性的同時(shí)，還能改善基材的其他性能(如加工性能、機(jī)性能、耐熱性能等)，生態(tài)友好，阻燃材料的循環(huán)使用效果較好，能滿足人們對(duì)阻燃劑的嚴(yán)格要求，所以近幾年硅基阻燃劑及其阻燃技術(shù)得到了較快的發(fā)

24、展。尤其是含硅本質(zhì)阻燃高聚物發(fā)展更快，阻燃聚合物層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料已經(jīng)成為阻燃界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。Erdem等12在聚丙烯中加入納米二氧化硅熔融紡絲，研究了納米二氧化硅對(duì)聚丙烯燃燒性能、力學(xué)性能的影響。當(dāng)PPnano-SiO2 =973時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有所提高，斷裂伸長(zhǎng)率基本不變，氧指數(shù)由純聚丙烯的18提高到22。展望 綜上所訴，阻燃劑在聚丙烯的復(fù)合材料上去的了很好的效果，但仍有一些問題有待解決，例如常用的鋁鎂系阻燃劑都是粉狀的，大量的加入才會(huì)具有良好的阻燃效果，但由于和聚丙烯及木粉相容性不好也會(huì)使力學(xué)性能難于滿足使用的要求；膨脹型阻燃劑容易吸濕，與聚丙烯的相容性差，易析出，從而影響阻燃性能。作者認(rèn)為，有必要研究新型無鹵阻燃劑和不同阻燃劑復(fù)合的協(xié)效作用，研制新型表面改性劑和新的表面改性技術(shù)，使阻燃劑與聚丙烯及木粉有適宜的相容性，構(gòu)筑適