聚合物/可膨胀石墨阻燃复合材料在层状受限空间下的形态结构与性能

研究设计形态结构可控的聚合物/可膨胀石墨阻燃复合材料（PEGC）在层状受限空间下的结构和性能，使PEGC中阻燃层与可燃层交替叠加，而且使阻燃层置于层状受限空间的表面。通过加工工艺对形态结构的调控，使PEGC在层状受限空间下的层厚、燃烧后炭层的膨胀系数、炭层的形态结构与阻燃性能具有可设计性和操作性。研究层状受限空间下层数、层厚比、可膨胀石墨的粒径、膨胀倍率、可膨胀石墨在聚合物基体中的分散和迁移、聚合物基体分子的取向和结晶行为与燃烧后膨胀炭层的厚度、含量和结构、阻燃性能和力学性能的关系；研究无卤复合阻燃添加剂增效可膨胀石墨阻燃PEGC在层状受限结构下的形态－结构－性能之间的关系，优化材料性能；从而起到降低阻燃剂含量、提高阻燃性能和力学性能的目的，为追求可设计化、高性能化和功能化材料的目标提供新的加工方法和途径，为聚合物/无卤阻燃复合技术的研究和应用提供理论依据，具有重要的理论意义和应用前景。

本项目工作是在国家自然科学基金（青年基金）的资助下进行和完成的。项目研究是在欧美等发达国家对阻燃聚合物材料的要求是无卤、无毒、无二次污染的“环境友好型”时代背景下提出，并结合项目组自身的研究状况、特点及研究条件展开和完成的。研究内容以无机膨胀型阻燃剂阻燃聚烯烃及其不相容共混物的形态结构及性能为主线，系统地研究了不同形貌、尺寸、不同膨胀倍率及表面特性的可膨胀石墨粒子阻燃剂表面复合改性规律、选择性吸附原理及无机粒子-聚烯烃界面效应；研究炭层含量与残炭形貌结构等对聚合物阻燃性能的影响规律；揭示了无机膨胀型阻燃粒子表面复合改性机理及其在不相容聚合物共混物基体中的选择性分散原理，解决了高填充含量下无机阻燃粒子在聚合物基体中难均匀分散、高度团聚等缺陷；研究了不同类型无机粒子协同可膨胀石墨阻燃聚烯烃及其不相容共混体系材料的燃烧行为，协同阻燃机理等方面进行了进一步的研究；研究了大分子成炭剂协同膨胀型阻燃剂阻燃聚烯烃及其共混物的燃烧行为，力学性能等方面的作用规律及原理。建立了阻燃体系的形态-结构-性能的相互作用关系。项目研究是当前较前沿的无卤无毒阻燃聚合物材料的科学研究领域，反映了项目组在这一领域研究良好的发展性和可持续性，这也是本项目研究的重要的特色与新颖之外。在国内外合作与交流方面，项目组开展与国内外高等院校开展紧密的合作与交流，邀请美国著名高分子学府“麻省大学”教授（2人次）来项目组交流、指导，建立了良好的合作关系（联合申请美国发明专利1项）；与国内的四川大学、贵州大学、河南科技大学及（贵州）国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心等单位的相关课题组建立起了合作关系。在人才培养方面，培养了一批从事聚合物阻燃材料方面的一批优秀研究人员，其中青年骨干教师3人、研究生8人、大学生创新性科研课题2个（8人次）及指导本科毕业论文20人次。项目研究工作进展顺利，取得了较好的研究成果，截止2013年12月31日，我们的研究团队通过几年来的研究获得了省级科技进步三等奖1项，1项研究成果通过省级成果鉴定（国内领先）；在国内外重要期刊上发表（含接受）的科研学术论文20篇，其中SCI收录论文11篇，EI收录论文5篇，中文核心期刊4篇；会议论文3篇；获授权中国发明专利1项，申请并公开中国发明专利3项。