膨脹阻燃聚氨酯彈性體的制備與燃燒性能研究.pdf

1、聚氨酯彈性體(PUE)具有高強(qiáng)度、高彈性、高耐磨性和優(yōu)異的低溫性能，是一種應(yīng)用廣泛的聚合物材料。然而，PUE易燃，且在燃燒的過程中生成大量的火災(zāi)煙氣，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅。因此，低煙無鹵阻燃PUE復(fù)合材料的研究和開發(fā)是功能阻燃材料領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。
　　針對傳統(tǒng)阻燃PUE材料存在的問題，本文分別采用改性可膨脹石墨(MEG)、次磷酸鋁、50A型膨脹型阻燃劑和磷酸三氯乙酯(TCEP)等新型阻燃劑制備了幾種典型的阻燃

2、PUE復(fù)合材料，并用錐形量熱儀(CCT)、熱重分析(TG)、掃描電鏡(SEM)和熱重-紅外聯(lián)用儀(TG-IR)等手段研究了復(fù)合材料的燃燒性能、生煙特性以及熱穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)改性可膨脹性石墨(MEG)阻燃PUE復(fù)合材料的燃燒特性。CCT結(jié)果顯示MEG可以提高PUE復(fù)合材料的阻燃性能和抑煙性能，15％的MEG能使材料的PHRR由2384 kW/m2(EG-0)降低至103 kW/m2，TSR由836.7 m

3、2/m2(EG-0)降到23 m2/m2。SEM結(jié)果表明MEG能夠改善炭層結(jié)構(gòu)。TG分析結(jié)果表明MEG可以提高材料的高溫?zé)岱€(wěn)定性，15％的MEG能夠使材料的殘?zhí)苛繌?.08wt％提高到16.51 wt％。TG-IR研究表明MEG可以顯著降低CO的生成，以及其它有毒有害氣體的釋放。
　　(2)次磷酸鋁阻燃PUE復(fù)合材料的燃燒特性。CCT和SEM結(jié)果表明次磷酸鋁能夠顯著提高復(fù)合材料的阻燃性和抑煙性，并能改善炭層結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)炭層的致密性，

4、20％的次磷酸鋁使材料的PHRR從2000 kW/m2降至385 kW/m2，炭渣量由7％升至28％。TG結(jié)果表明次磷酸鋁能夠增加材料的殘?zhí)苛?，從而提高材料的高溫?zé)岱€(wěn)定性。具有良好阻隔性能的炭層生的成使材料在燃燒和熱降解過程釋放出較少的火災(zāi)煙氣，如CO的生成量顯著降低。
　　(3)鐵系化合物協(xié)效50A型阻燃劑阻燃PUE復(fù)合材料的燃燒特性。研究結(jié)果表明，50A型阻燃劑具有良好的阻燃和抑煙作用，尤其具有良好的成炭性能，20％的阻燃劑使

5、材料的PHRR由1950 kW/m2降至282 kW/m2，降低幅度達(dá)85.5％。研究還發(fā)現(xiàn)，鐵系化合物和50A型阻燃劑之間存在非常好的協(xié)同阻燃和抑煙作用，1.25％鐵黃和8.75％的50A型阻燃劑能夠?qū)悠返腜HRR由725kW/m2（含10％50A型阻燃劑的樣品）降至398 kW/m2;而含0.625％還原鐵粉和9.375％50A型阻燃劑樣品的PHRR降至552 kW/m2，含1.25％鐵紅和8.75％50A型阻燃劑樣品的PHRR值

6、為383 kW/m2。SEM和TG結(jié)果顯示，鐵系化合物能夠促進(jìn)阻燃復(fù)合材料成炭，并使炭層的質(zhì)量增多，結(jié)構(gòu)更加致密，并進(jìn)一步提高阻燃材料在高溫區(qū)的熱穩(wěn)定性。TG-IR的結(jié)果表明鐵系化合物能夠降低含-NCO、-NHC=O等官能團(tuán)的有毒有害物質(zhì)的生成。
　　(4) TCEP阻燃PUE復(fù)合材料的燃燒特性及熱解動(dòng)力學(xué)。CCT結(jié)果表明:TCEP對PUE表現(xiàn)出良好的阻燃作用，能夠顯著降低PUE復(fù)合材料的熱釋放速率(HRR)和總熱釋放速率(THR

7、)，20％的TCEP將樣品的PHRR由2940 kW/m2降至1598 kW/m2。TG結(jié)果顯示TCEP能提高材料在高溫區(qū)的熱穩(wěn)定性，如20％的TCEP使材料的殘?zhí)苛坑?.8wt％提高至10.4wt％。Kissinger法和FWO法等熱解動(dòng)力學(xué)方法的研究結(jié)果顯示:含TCEP的樣品有兩個(gè)分解階段，Kissinger法獲得純PUE材料的活化能為130 kJ/mol，而含有TCEP的樣品具有兩個(gè)分解階段，其活化能分別為67.4和67.5 kJ