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多层夹芯结构阻燃塑木复合材料

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-11-28   浏览次数:36
核心提示:塑木是由木质纤维和热塑性塑料熔融共混经挤出、热压或注塑成型而制得的一类环境友好型复合材料

塑木是由木质纤维和热塑性塑料熔融共混经挤出、热压或注塑成型而制得的一类环境友好型复合材料。它既继承了木材的天然亲和感、质轻高强和易于加工的优点,又克服了木材尺寸稳定性差、不耐腐蚀、各向异性等缺陷,能够作为一种高经济性复合材料并广泛应用于园林景观、包装物流、家装及建筑等众多领域。

然而,以木质纤维、聚乙烯/聚丙烯为主要组分制备的木塑复合材料极易燃烧,在实际使用中必须进行阻燃处理。膨胀型阻燃剂(IFR)体系通常由酸源、炭源和气源组成,且已被证实可以显著提高塑木的阻燃性能。当 IFR 被加热或受到高温燃烧时,炭源在酸源的催化作用下脱水成炭,碳化物在气源分解的气体作用下生成一种包裹在材料表面的较厚多孔膨胀炭层,用于隔绝热传导和可燃性气体的扩散,从而抑制塑木燃烧。可膨胀石墨(EG)作为 IFR中的代表,价格低廉,无毒低烟,且膨胀倍率高,具有优异的阻燃效果。有研究证明EG为阻燃剂的亚麻纤维/聚丙烯复合材料,发现当EG添加量为25%时,塑木通过UL94V-1 级。采用EG/聚磷酸铵(APP)协效阻燃EPS基木塑复合材料,结果表明,当EG与APP配比为1∶1时,复合材料阻燃性能最好;当协同阻燃体系添加量在10份以上时,塑木可达UL94V-0级。由此可见,EG可作为一种理想的添加型IFR用于塑木的阻燃处理。但是,与大多数添加型阻燃剂一样,高含量EG 的引入通常会使塑木的力学性能严重下降。因此,研究人员尝试从各种途径来改善复合材料力学性能,尽可能将阻燃剂所带来的影响程度降到最低。有人通过自组装聚乙烯亚胺(PEI)/纤维素纳米晶体(CNC)/APP设计了一种支化交联网络聚电解质复合物(PEC),证实PEC提供氢键间的互相作用能够有效增强塑料基体与木质纤维、阻燃剂之间的界面相容性,从而改善复合材料整体的力学性能。采用硬脂酸钠对氢氧化镁进行表面改性处理,并与EG复配共同制备阻燃聚乙烯材料。结果表明,相较于未改性材料体系,改性氢氧化镁与聚乙烯颗粒之间的相容性提高,增强了加工过程中阻燃剂与基体材料之间的结合性能。还有探究SiO2对塑木力学性能的影响,结果表明,在粒子均匀分散的前提下,0.5~9wt%的SiO2能够将复合材料的力学 性能提升15%~30%;不同含量的纳米二氧化硅(n-SiO2)对HDPE基木塑复合材料力学性能的影响,结果表明,n-SiO2用量为5wt%时,对复合材料的增强效果最佳;EG/APP在塑木中分散分布和分层分布对材料阻燃性能和力学性能的影响,结果表明,分层分布的阻燃塑木能够更好地提升材料的阻燃性能和弯曲强度。

以膨胀石墨(EG)和n-SiO2为阻燃剂和增强剂分别制备了单层、双层、三层夹芯结构的木塑复合材料,并探究了不同结构设计以及配方对木塑复合材料阻燃和力学性能的影响,证明多层夹芯结构对提升木塑复合材料阻燃和力学性能均有明显效果,为高性能功能化木塑复合材料的开发提供了重要的参考依据。
来源:《多层夹芯结构木塑复合材料阻燃与力学性能》郭雨佳等

 
 
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