復(fù)合硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料.pdf

1、本文第一部分主要研究了不同粒徑的可膨脹石墨(EG)粒子填充高密度硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料(RPUF)無鹵阻燃性能的研究。采用超高速混合破碎機(jī)對(duì)EG粒子進(jìn)行混合破碎處理得到不同粒徑的EG粒子。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了不同的EG粒子的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)EG粒子為不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)，并且隨混合破碎時(shí)間的增加，粒子形狀趨近于圓形化，在粒子表面出現(xiàn)較多的破壞和劃痕；在EG4(經(jīng)過4分鐘破碎處理的EG粒子)和EG13(經(jīng)過13分鐘破碎處理的EG粒子)

2、粒子周圍存在許多剝落的微小的石墨片。經(jīng)過破碎處理的EG粒子其粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未經(jīng)處理的，并隨混合破碎時(shí)間的增加，EG粒子尺寸逐漸下降。采用圖像分析系統(tǒng)和電鏡照片對(duì)不同的EG粒子粒徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。未經(jīng)處理的EG粒子的平均面積為39661.51μm<'2>，EG4的平均面積為7424.41μm<'2>，EG13的平均面積最小，僅為1422.41μm<'2>。隨破碎時(shí)間增加，EG粒子粒徑變小導(dǎo)致其膨脹倍率逐漸下降。采用SEM觀察了EG膨脹后的微觀

3、形態(tài)。膨脹石墨為疏松多孔的蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，石墨片層間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石墨片的厚度。并且隨破碎時(shí)間的增加，膨脹石墨的尺寸也逐漸變小。本文采用了氧指數(shù)、水平垂直燃燒和熱失重等方法表征了不同粒徑的EG填充的RPUF的阻燃性能和熱穩(wěn)定性。EGO(未經(jīng)處理的)和EG4可以有效的改善RPUF的阻燃性能，而EG13幾乎對(duì)RPUF的燃燒性能沒有影響。例如，純RPUF的氧指數(shù)僅為22.5，當(dāng)EG填充量為20wt％時(shí)，EGO／RPUF和EG4／RPUF腰的氧指數(shù)

4、均達(dá)到39.5，EG13／RPUF僅為23.5；當(dāng)EG含量為10wt％以上時(shí)，EGO／RPUF和EG4／RPUF垂直燃燒測(cè)試都達(dá)到了V-0級(jí)，而EG13／RPUF不能采用垂直燃燒分級(jí)，只能采用水平燃燒分級(jí)。采用SEM通過觀察三種不同粒徑EG粒子填充的RPUF燃燒后的殘余物的微觀結(jié)構(gòu)分析EG阻燃RPUF的機(jī)理。當(dāng)EGO／RPUF和EG4／RPUF樣品燃燒時(shí)，EGO和EG4燃燒之后的膨脹石墨可完全占據(jù)樣品燃燒表面，形成物理包覆層，阻止了燃燒

5、過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，有效的分離了燃燒樣品和氧氣，從而達(dá)到阻燃的目的。而EGl3由于粒子尺寸較小，膨脹倍率較小，膨脹后的粒子只能鑲嵌在降解了的聚氨酯基體中，通過膨脹石墨粒子之間的裂縫，氧氣繼續(xù)傳播，質(zhì)量和熱量不斷轉(zhuǎn)移，最終導(dǎo)致底層的聚合物基體進(jìn)一步降解，形成燃燒降解循環(huán)。另外，本文還采用熱失重曲線分析了不同 EG 粒子填充的RPUF的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)EG粒子的加入對(duì)RPUF腰的熱穩(wěn)定性沒有影響。 本文第二部分研究了多壁碳納米管(

6、MWNTs)填充RPUF導(dǎo)電性能。采用獨(dú)特的分散方式將MWNTs分散在聚氨酯中，制備了導(dǎo)電性能優(yōu)良的RPUF。通過SEM照片觀察了MWNTs/RPUF的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)。MWNTs可均勻的分散在聚氨酯基體中。對(duì)MWNTs/RPUF進(jìn)行體積電阻率測(cè)試，得到了聚氨酯泡沫塑料的體積電阻率對(duì)MWNTs含量的閾滲關(guān)系曲線。純RPUF的體積電阻率為10<'16>Ω·cm；隨著MWNTs的含量逐漸增加，RPUF的體積電阻率逐漸下降。當(dāng)MWNTs的含量為1

7、.0wt％時(shí)，RPUF的體積電阻率超過達(dá)到閾滲值10<'7>Ω·cm，當(dāng)MWNTs的填充量為2.5 wt[％]時(shí)，MWNTs/RPUF的體積電阻率僅為10<'4>Ω·cm，比純RPUF的體積電阻率下降了12個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)對(duì)2 wt％MWNTs/RPUF復(fù)合材料進(jìn)行體積電阻溫度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電MWNTs/RPIJF并沒有PTC效應(yīng)，表明其體積電阻率具有溫度穩(wěn)定性。當(dāng)MWNTs/RPUF在高溫(150℃)下，體積電阻率不隨恒溫時(shí)間的增加而變化

8、，表明導(dǎo)電MWNTs/RPUF在高溫條件下具有時(shí)間穩(wěn)定性。本文同時(shí)研究了MWNTs的加入對(duì)RPUF力學(xué)性能影響。MWNTs/RPUF和純RPUF具有相同的壓縮應(yīng)力應(yīng)變行為，均分為三個(gè)區(qū)域，即，彈性區(qū)、屈服區(qū)和致密區(qū)。不同的是MWNTs/RPUF復(fù)合材料，壓縮強(qiáng)度、模量和穩(wěn)定應(yīng)力比純RPUF的略有降低。MWNTs的加入使RPUF的壓縮強(qiáng)度有輕微降低，而RPUF的壓縮模量呈上升趨勢(shì)。通過細(xì)觀壓縮實(shí)驗(yàn)分析了MWNTs/RPUF和純RPUF的破