PC/硅氧烷复合材料的阻燃抑烟机理研究

聚碳酸酯(PC)作为性能优异的工程塑料被广泛用于高铁、飞机等特殊领域,但其燃烧时热释放及产烟量较大,故对其进行抑烟阻燃改性便尤为重要。通过将商用有机硅阻燃剂与抗滴落剂复配制备PC复合材料,证明在添加3 wt%的有机硅阻燃剂后即可使PC达到V0级,LOI上升至34.5%,热释放速率峰值下降58.86%,烟及CO_2释放速率峰值分别下降34.10%和68.05%。同时,通过扫描电镜等表征进一步对机理进行分析,即阻燃剂中的硅元素受热向表面迁移,形成致密绝热的隔热层,从而达到阻燃抑烟的作用。     

含碳纳米管的有机-无机杂化膨胀阻燃剂的合成及其应用

通过在磷酸季戊四醇三聚氰胺盐(PPMS)合成过程中加入碳纳米管(CNT)合成一种新型的有机-无机杂化膨胀阻燃剂(PPMSCNT),并结合傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对其结构和性能进行分析。将所合成的PPMS和PPMS-CNT分别加入环氧树脂中,利用FTIR、TG、锥形量热仪和烟密度试验对其阻燃和抑烟性能进行测试。结果表明,相同添加量下的PPMS-CNT在环氧树脂中阻燃和抑烟效果明显优于PPMS。添加质量分数15%PPMS-CNT时,阻燃环氧树脂的峰值热释放速率、总释放热、峰值生烟速率和总生烟量相比于纯EP分别下降了68.2%、28.8%、66.7%和42.8%。热重分析表明,PPMS-CNT相比于PPMS能更有效地增强环氧树脂的热稳定性和成炭性能,进而表现出较好的阻燃和抑烟效果。炭层分析表明,CNT的加入能促进PPMS在膨胀过程中形成更多的P—O—C交联结构,以有效增强炭层的致密性。研究表明,含碳纳米管的有机-无机杂化膨胀阻燃剂的加入能显著提高环氧树脂的阻燃和抑烟性能。     

含钴基金属有机框架硅橡胶泡沫阻燃特性研究*

为提高硅橡胶泡沫（SiFs）的阻燃性能,采用溶剂法制备钴基金属有机框架材料（Co-MOFs）并用X射线光电子能谱仪（XPS）对其结构进行表征。将制备的材料添加到SiFs中,利用极限氧指数（LOI）、UL-94试验和锥形量热仪（CONE）对SiFs的阻燃性能和抑烟性能进行研究。结果表明:添加1%及以上Co-MOFs时,SiFs阻燃等级达到UL-94-V0级;添加3%Co-MOFs时,SiFs的LOI达30.2%,热释放速率峰值（PHRR）和总热释放量（THR）相比原样分别降低了56.92%和66.73%;添加1%Co-MOFs的SiFs的产烟率峰值（PSPR）和产烟量（TSR）比原样分别降低了82%和85%,Co-MOFs提高了SiFs的阻燃和抑烟性能。     

基于层次分析法的热塑性聚氨酯及其纳米复合材料火灾危险性综合评价

聚合物的火灾危险性与热、烟、毒的释放密切相关,但采用不同指标对材料的评价结果不一致。以纳米级蒙脱土(MMT)、氢氧化铝(ATH)和聚磷酸铵(APP)为添加剂的热塑性聚氨酯(TPU)纳米复合材料为研究对象,选取其在静态管式炉、稳态管式炉和锥形量热仪中的相关实验数据,以HCN总浓度作为特殊毒性危害指标,CO和CO_2浓度为一般毒性危害指标,以热释放速率峰值、平均热释放速率、总热释放量为热危害指标,以产烟速率峰值、生烟总量为烟危害指标。进一步细分了火灾烟气中不同毒性气体对于火灾风险的影响,并运用层次分析法计算指标权重,综合评价了热塑性聚氨酯及其复合材料的火灾危险性。结果表明,当添加量为6 wt%聚磷酸铵、3 wt%氢氧化铝与3 wt%蒙脱土时,此时复合材料的火灾危险最低,证明了综合热、烟、毒三个层次来降低聚合物材料火灾危险性是可行的。     

白泥填料在膨胀阻燃环氧树脂中的协效阻燃和抑烟作用

为实现氨碱白泥的资源化利用,以氨碱白泥为原料,通过烘干、粉碎和表面改性制备白泥填料,并将其作为阻燃协效剂应用于膨胀阻燃环氧树脂,系统研究了白泥填料对膨胀阻燃环氧树脂的阻燃性能、抑烟性能和成炭能力的影响。结果表明,添加白泥填料能够显著降低膨胀阻燃环氧树脂的热释放和生烟量,表现出优异的协效阻燃和抑烟作用。当添加5%烷基化白泥填料时,阻燃和抑烟效率最高,峰值热释放速率和峰值生烟速率降低至234.6 kW/m²和0.048 m²/s,极限氧指数提高到30.5%。此外,白泥填料具有优异的协效成炭作用,添加5%烷基化白泥填料可以促进膨胀阻燃环氧树脂生成更多的芳香结构和含磷的交联结构,增强炭层的致密性和隔热隔质性,提高炭层质量,在700℃下残炭量达到24.5%。     

硅改性木质素成炭剂协同膨胀阻燃聚丙烯制备及性能研究

为提高聚丙烯(PP)的阻燃性能，采用溶胶凝胶法制备膨胀阻燃剂炭源——硅改性木质素(SiO₂@AL)，与聚磷酸铵(APP)、双季戊四醇(DPER)经熔融共混制备膨胀阻燃PP复合材料。通过氧指数、垂直燃烧、热重分析、烟密度测试等考查复合材料的阻燃、热稳定性、抑烟等性能。结果表明：当添加4%SiO₂@AL的PP复合材料UL-94测定达到V-0；而SiO₂@AL与DPER的质量比为1∶3时，氧指数最高为27.6%。SiO₂@AL/IFR/PP具有良好的高温稳定性能，较传统膨胀阻燃PP的热失重速率降低了1.75%,800℃时残留量增加了0.5倍；烟密度测试和残炭SEM分析表明，SiO₂@AL的添加使PP形成了更加稳定的蜂窝状炭层，烟气释放总量呈下降趋势。     

GP/APP膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料阻燃及抑烟性能的影响

为了探究石墨粉 (GP) 与聚磷酸铵 (APP) 膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料的阻燃及抑烟特性的影响，采用锥形量热仪 (CCT)、热重分析仪 (TG) 及极限氧指数测试仪 (LOI) 对阻燃硅橡胶复合材料进行表征。研究结果表明:与单独添加膨胀阻燃剂APP的阻燃硅橡胶相比，添加GP/APP膨胀阻燃体系可有效提升燃烧过程中形成的膨胀碳层的致密度，降低阻燃硅橡胶复合材料的热释放速率及总烟释放量，提高阻燃硅橡胶复合材料高温阶段的热稳定性，提升阻燃硅橡胶复合材料的燃烧成炭率和质量保持率； 使阻燃硅橡胶复合材料的氧指数值增大。     

β环糊精改性聚氨酯基涂料的火安全性与热解动力学分析

为提高膨胀型防火涂料的阻燃性能,以聚氨酯树脂为基料,以聚磷酸铵、尿素为阻燃体系,通过加入不同掺量的钛酸酯偶联剂改性β-环糊精（β-CD）,提高阻燃效果。通过红外光谱仪（FT-IR）、锥形量热仪（CONE）、热重分析仪(TG)、差热扫描量热仪(DSC)等,研究改性β-CD的含量对膨胀型防火涂料的火安全性的影响,使用Coats-Redfern积分法计算涂料的热解动力学。研究结果表明:改性β-CD能有效地提高涂料的阻燃性能,当β-CD为1wt%时拥有最佳阻燃性能,1wt%改性β-CD能够提高涂层的蓄热能力,延缓APP的分解和抑制碳质材料的分解,进而提高涂料的阻燃性能。通过热解动力学拟合曲线得出,1wt%的样品能在253 ℃以后显著提高反应的活化能,提高涂层的阻燃性。     

二硫化铁(FeS2)纳米颗粒对聚苯乙烯(PS)热稳定性和燃烧性能的影响

采用熔融共混法制备聚苯乙烯(PS)/二硫化铁(FeS2)纳米复合材料研究FeS2对PS热稳定性和燃烧性能的影响。扫描电镜(SEM)结果表明FeS2能够很好地分散在PS基体中。热重分析(TGA)的数据显示,FeS2可以显著地提高残余炭量。锥形量热仪(CONE)结果表明,FeS2可以改变PS的分解,从而在复合材料的表面上形成炭层,导致燃烧和烟气方面的参数有效降低,如热释放速率(HRR)、总热释放(THR)、烟释放率(SPR)、烟释放总量(TSR)、平均质量损失速率(AMLR)和平均烟消光面积(ASEA)等。此外,极限氧指数也得到了提高。拉曼(LRS)的结果证实了残余炭中有石墨碳的存在,热降解过程中石墨碳的形成有利于对热扩散的抑制,从而改善了PS的热稳定和燃烧性能。     

含CaCO_3油田污泥复配红磷阻燃EVA的研究

以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、油田污泥(OS)、红磷(RP)为原料,采用熔融共混的方法制备了EVA/OS/RP复合材料(EOS),并通过锥形量热仪测试(CCT)、极限氧指数(LOI)和烟密度测试(SDT)等手段研究其阻燃、抑烟性能。CCT结果表明,EOS3(OS质量分数为47%、RP质量分数为3%)的热释放速率、生烟速率与其他样品相比均显著下降,其热释放速率峰值仅为286.2 k W/m~2。LOI结果表明,适量的RP可以提高材料的LOI值,最高可达26.8%。SDT结果表明,在未点火条件下,EOS6(OS质量分数、RP质量分数分别为41%,9%)的光通量高达53.2%;在点火条件下,EOS5(OS质量分数、RP质量分数分别为43%,7%)的光通量为24.1%。     

金属氧化物对赤泥复配阻燃聚乙烯协效作用的研究

为了提高由拜耳法赤泥、红磷、硼酸锌、氢氧化铝组成的赤泥复配阻燃剂的阻燃效率,采用金属氧化物作为协效剂,研究了ZnO、Ni2O3、TiO2分别在赤泥复配阻燃聚乙烯中的协效作用.结果表明,ZnO的协效作用最好.在60%(质量分数)的赤泥复配阻燃剂中添加占阻燃剂2%(质量分数)的ZnO可使聚乙烯的氧指数由27.2%提高到28.9%,UL-94通过V-0级,峰值热释放速率及烟释放速率均下降了40%.ZnO能显著改善阻燃聚乙烯的热稳定性并增加残炭量,使残炭更加致密.     

含磷单体/碳纳米管阻燃改性不饱和聚酯复合材料的制备及其性能研究

以三氯氧磷、苯酚和丙烯酸羟乙酯为原料合成了含磷阻燃单体(DPHE),并作为反应型阻燃剂通过自由基共聚,将其引入不饱和聚酯树脂中,同时添加多壁碳纳米管(MWCNTs),制备不同组分的不饱和聚酯复合材料。采用极限氧指数、UL-94垂直燃烧法表征材料的燃烧性能并评定燃烧等级;通过锥形量热测试数据对材料燃烧过程中的热释放进行研究,结果显示,阻燃不饱和聚酯具有更低的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)。此外,采用热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)分别对材料的热降解性能和炭渣形貌进行研究,阐明了含磷阻燃单体和多壁碳纳米管的阻燃机理。     

溴-锑-磷协效阻燃体系对聚丙烯土工格栅阻燃和生烟性能的影响

利用极限氧指数、垂直燃烧试验、酒精喷灯燃烧试验、锥形量热仪、热重分析和力学性能测试等手段研究了溴-锑-磷阻燃体系对聚丙烯(PP)土工格栅的力学性能、燃烧性能、生烟性能和热解特性的影响。结果表明,低添加量(质量分数≤5%)的溴-锑-磷阻燃体系对PP土工格栅的拉伸强度和断裂伸长率影响较小,但明显提高了材料的阻燃性能,其中质量分数5%的四溴双酚A-双(2,3-二溴丙基醚)(八溴醚)-三氧化二锑阻燃PP的峰值热释放速率(HRR)和总释放热(THR)相比于纯PP分别下降了39.98%和26.03%。八溴醚-三氧化二锑阻燃体系与红磷复配时还表现出较好的协效作用,当溴-锑与磷的质量比为3∶2时,协效阻燃效果最优,仅添加5%的协效阻燃体系便可使PP的LOI和UL 94等级分别达到27.9%和V-0级,并通过酒精喷灯燃烧试验。与纯PP相比,溴-锑阻燃体系虽降低了PP的HRR和THR,但增大了燃烧过程中的生烟速率(SPR)和总产烟量(TSR),而红磷的加入能有效降低溴-锑阻燃PP的生烟量。热重分析表明,溴-锑-磷协效阻燃体系表现出较好的气相阻燃作用,能有效降低PP的热裂解速率,增强了PP的阻燃性能。     

基于石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管协效阻燃环氧树脂的制备及研究

通过共沉淀法制备了石墨烯-氧化镍杂化材料,通过水热法制备了二氧化钛纳米管,然后利用溶液共混法制备了石墨烯-氧化镍/二氧化钛纳米管/环氧树脂纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪和透射电子显微镜(TEM)对纳米材料的结构和形貌进行表征;热重分析数据表明复合材料的热稳定性有所提高;锥形量热测试结果显示,将石墨烯-氧化镍杂化物与二氧化钛纳米管进行复配,加入环氧树脂中,可以有效降低材料的热释放速率峰值和总热释放。     

三氧化钼与有机蒙脱土复配体系在膨胀阻燃环氧树脂中的应用

为了提高膨胀阻燃环氧体系的阻燃和抑烟效率,利用聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺为膨胀阻燃剂、有机蒙脱土(OMMT)和MoO3为复配协效剂制备了膨胀阻燃环氧树脂,通过极限氧指数(LOI)、UL94、锥形量热仪和烟密度试验研究了膨胀阻燃环氧树脂的阻燃和抑烟性能。结果表明,单独添加OMMT或MoO3均能有效提高膨胀阻燃环氧树脂的LOI并降低燃烧过程中的热释放和生烟量,将二者复配使用还表现出较好的协效作用。添加质量分数1.5%OMMT和1.5%MoO3时,膨胀阻燃氧树脂的LOI达到27.8%,UL94达到V-0级,总释放热(THR)和总产烟量(TSR)相比未添加协效剂的膨胀阻燃环氧树脂分别下降了49.5%和57.8%。热重分析表明,单独添加OMMT或MoO3均能有效提高膨胀阻燃EP的热稳定性和成炭率,二者复配使用则表现出更高的初始分解温度并形成更多的残炭量。扫描电镜和红外光谱分析发现,OMMT和MoO3复配使用能促进膨胀阻燃氧树脂在燃烧过程中形成更多的交联结构以增强炭层的致密性和隔热性能,达到协效阻燃和抑烟作用。     

含二羟基DOPO衍生物阻燃改性环氧树脂的制备与热性能研究

DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)、多聚甲醛、二乙醇胺为原料合成了含二羟基的DOPO衍生物DHDOPO,并作为反应型阻燃剂引入到环氧树脂分子链结构中,制备出一组不同含磷量的阻燃环氧树脂复合材料。采用极限氧指数(LOI)法和垂直燃烧(UL-94)法测试材料的燃烧性能,结果表明,在含磷量为1.5%时,氧指数达到35.0%,并达到V-0级别。锥形量热计(Cone)数据显示阻燃改性后的环氧树脂具有更低的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR),说明具有更高的火灾安全性。此外,还通过热重分析(TGA)实验研究了DHDOPO对环氧树脂热稳定性能的影响。通过扫描电镜对燃烧过后的炭渣形貌进行分析,推测了燃烧的过程和阻燃的机理。     

镁铁双氢氧化物对聚乙烯协效阻燃性能的研究

采用共沉淀法制备出Mg2+、Fe3+比例为3:1的Mg-Fe/LDH,通过XRD表征得到样品结晶度较好,结构稳定,并协效氢氧化铝、膨胀阻燃体系复合高密度聚乙烯树脂基体形成纳米复合材料,通过锥形量热仪测试结果表明,添加了LDH的样品HDPE2降低了材料的热释放速率峰值和CO的释放量,从而降低材料的火灾危险性。     

石膏基聚苯乙烯饰面防火板的阻燃性能研究

为解决建筑外保温系统发生火灾时火焰蔓延速度快和有毒烟气产生量大等问题,以α-盐石膏和粉煤灰为基材,氢氧化镁为无机阻燃剂,聚羧酸减水剂为外加剂制作自流平砂浆;通过正交试验,研究聚苯乙烯泡沫保温板(EPS)表面涂覆自流平砂浆对其阻燃性能和耐火性能的影响。结果表明:减水剂掺量是影响氧指数(LOI)测试结果的主要因素;氢氧化镁掺量对于热释放速率峰值(pk-HRR)、总热释放量(THR)以及点燃时间(TTI)的影响尤为明显;粉煤灰取代率是影响烟密度等级的主要因素;阻燃性能好的石膏基自流平砂浆最佳配合比为水胶比为0.30,粉煤灰取代率为30%,减水剂掺量为0.2%,氢氧化镁掺量为12%,饰面阻燃处理后能明显提高EPS板材的阻燃和抑烟效果。     

基于氧化石墨烯和碳纳米管的二元杂化物的阻燃性能研究

探讨了氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)组成的二元杂化物在聚氨酯泡沫上的阻燃协效作用。利用层层自组装方法,将氧化石墨烯和碳纳米管构成的涂层构筑于软质聚氨酯泡沫的表面,然后通过宏观燃烧测试、锥形量热仪分析等手段对涂层改性的泡沫材料的阻燃性能进行分析。研究结果表明,相较于单一组分(CNT或GO),二元杂化物(CNT/GO)改性的聚氨酯泡沫材料显示出更低的热释放速率峰值和总的热释放量,并且其燃烧后残留的炭渣结构最为完整。因此,由GO与CNT组成的二元杂化物涂层具有更高的阻燃效果。     

化学改性空心微珠阻燃热塑性聚氨酯弹性体的研究

为了提高热塑性聚氨酯弹性体的阻燃性，以四氟硼酸盐离子液体对空心微珠进行化学改性，获得新型阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料。采用锥形量热仪和烟密度测试仪测定分析新型阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料的阻燃、抑烟性能；探究化学改性后的空心微珠对热塑性聚氨酯弹性体的阻燃与抑烟效果的影响，以及不同组分含量的改性空微珠对热塑性聚氨酯弹性体的阻燃抑烟性能的影响。结果表明:采用四氟硼酸盐离子液体进行化学改性的空心微珠能够明显改善热塑性聚氨酯弹性体的阻燃性能；添加以四氟硼酸盐离子液体进行化学改性的空心微珠的热塑性聚氨酯弹性体复合材料具有一定的抑烟效果，其抑烟性能虽不如添加单一空心微珠的热塑性聚氨酯弹性体复合材料，但优于纯热塑性聚氨酯弹性体材料；相比于添加单一空心微珠的热塑性聚氨酯弹性体复合材料，添加化学改性空心微珠的热塑性聚氨酯弹性体复合材料的抑烟效果下降幅度低于阻燃效果的增强幅度，改性后的复合材料阻燃抑烟总体效果强于未改性的复合材料，改性空心微珠含量越高，总体效果越好。