硼-铝在膨胀型阻燃聚丙烯中的协同作用

通过热分析和锥形量热研究了硼-铝在膨胀型阻燃聚丙烯（PP）中的协同作用。热分析显示膨胀型阻燃剂KDIFR中,引入铝元素,由于催化脱水促进降解的作用,使剩碳率降低至14.6 %;引入硼元素,由于促进可燃小分子的生成,催化降解,也使剩碳率降低至5.9 %;硼铝共存时二者之间的协同作用可以降低在高温区的降解速率,提高剩碳率至19.7 %。PP/KDIFR的锥形量热表明,铝元素增大了热释放速率、释热总量、CO、CO₂和烟释放量;硼元素燃烧前期能减少热释放速率、释热总量、CO和CO₂释放量,有明显的抑烟作用,使阻燃效果略有提高。硼铝共存显著降低热释放速率、释热总量、CO、CO₂和烟释放量,大大提高了阻燃效果。     

磷酸硼协效膨胀型阻燃剂对聚丙烯阻燃性能的研究

在膨胀型阻燃剂（IFR）中添加不同比例的协效剂磷酸硼（BP）制备复合阻燃剂,将复合阻燃剂加入聚丙烯（PP）中,制备阻燃PP复合材料。通过垂直燃烧、极限氧指数测试、锥形量热测试、热重分析和力学性能测试对PP复合材料进行表征。结果表明：BP对IFR具有显著的协同阻燃效果。当添加2%BP和13%IFR时,PP/IFR/BP复合材料（样品4#）阻燃性能最佳,燃烧等级达到V-0,极限氧指数达到30.8%。样品4#的热释放速率峰值、平均热释放速率、总产烟量和总释放热与加入15%IFR的阻燃PP相比,分别降低19.51%、4.40%、34.00%和6.87%,700℃时样品4#的质量保留率增加50%。燃烧过程中,PP/IFR/BP复合材料的硼元素在凝聚相中催化IFR交联成炭,较未添加BP的复合材料,PP/IFR/BP炭层膨胀程度更高且更致密。BP协效剂的添加降低了阻燃剂的添加量,明显提升复合材料的力学性能。     

新型有机硅阻燃成炭剂的热性能及成炭机理的研究

传统膨胀型阻燃剂(IFR)中的炭源为小分子醇类化合物,因此阻燃剂具有易吸湿、易迁移、与聚合物基体不相容等缺点。为了改进这些缺点,合成了一种新型的含有机硅的三嗪类大分子成炭剂(CA),将其与多聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂用于聚丙烯(PP)阻燃。通过红外光谱、热失重分析、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热仪、扫描电子显微镜等手段研究了CA的热性能、燃烧性能、成炭机理以及APP与CA的配比对PP阻燃性能、热稳定性能的影响。结果表明,所合成的CA显示出较好的热稳定性和优异的成炭性,残炭率为25.6%(600℃)。另外,APP与CA在阻燃PP中具有协同阻燃作用;IFR的加入能大幅度降低PP阻燃体系的热释放速率和总释放热,有效地降低烟释放量及烟释放速率,提高PP的阻燃性能。     

磷-胺-醛树脂型阻燃剂处理落叶松的热分析及其动力学

将落叶松用一系列磷-胺-醛树脂型阻燃剂进行阻燃处理,所得阻燃落叶松采用热分析、锥形量热研究其热解行为,用氧指数、剩炭率、热释放速率、总热释放量等参数表征它的阻燃性能,并用Broido方程计算落叶松的动力学参数. 结果发现,阻燃落叶松氧指数、剩炭率增加,热释放速率、总热释放量降低,表明经阻燃剂处理的落叶松燃烧性降低. 落叶松经阻燃剂处理后,热解活化能降低很多,表明阻燃剂对落叶松热解具有催化作用,其主要热解阶段在低于300℃进行. 在此温度下,落叶松热解主要发生脱水、重排交联炭化反应,产生水、CO及CO2、固体残渣,可燃性气体大大降低,达到降低落叶松燃烧性的目的.     

膨胀型阻燃剂阻燃环氧树脂的阻燃性能及影响因素

研究了季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐微胶囊化的多聚磷酸铵（KDIFR）、三聚氰胺-甲醛树脂微胶囊化的多聚磷酸铵（MAPP）和多聚磷酸铵（APP） 3种膨胀型阻燃剂,及引入硼、铝元素对膨胀型阻燃环氧树脂(EP)阻燃性能的影响,采用极限氧指数法和水平燃烧法测试材料的燃烧性能。结果表明,3种阻燃剂中APP的阻燃效果最好,当APP/EP为0.3（质量比,下同）时,其极限氧指数为32.2 %,达到难燃级水平;在EP/APP中引入铝元素或硼元素可使阻燃效果提高,硼、铝共存时阻燃效果更加突出,加入APP总量0.8 %的硼酸铝可使EP/APP的自熄时间由48 s降为24 s;热分析结果表明,APP热分解吸热恰与EP的热降解产物燃烧放热相匹配,这是使EP/APP的阻燃性能提高的主要原因;在EP/APP中引入硼和铝元素可明显促进EP/APP成炭,起到协同阻燃作用。     

超细硼酸锌对LDPE/IFR体系抑烟性能的影响

用锥形量热法研究了超细硼酸锌对膨胀型阻燃低密度聚乙烯(LDPE/IFR)体系燃烧时发烟量和气体(CO、CO2)释放量的影响。结果表明:在超细硼酸锌引入LDPE/IFR体系后,烟产生速率的峰值从0.0427m2/s降低到0.0151m2/s,总烟释放量由1340.95降低为719.6,烟产生速率峰值出现的时间推后,证明了超细硼酸锌具有显著的抑烟作用,同时对LDPE/IFR体系燃烧时产生的CO和CO2也具有显著的抑制作用。     

硼酸锌对聚丙烯/EPFR/4A分子筛膨胀阻燃体系的协同作用

研究了硼酸锌(ZB)对PP/EPFR/4A分子筛膨胀阻燃体系的协同阻燃作用。UL-94垂直燃烧和极限氧指数实验结果表明:加入2%的硼酸锌能够有效提高聚丙烯的阻燃性,无卤阻燃PP的极限氧指数从不添加硼酸锌时的27%增加到31.5%。锥形量热器测试表明:加入2%的硼酸锌后材料的热释放速率(HRR)下降了37.5%,且第二个放热峰消失。扫描电镜实验结果表明:适量硼酸锌能够促进体系在高温下形成致密的炭层,阻止炭层下聚合物的燃烧。动态红外结果表明:硼酸锌能够提高聚丙烯/EPFR/4A分子筛复合材料体系的热稳定性。     

玻纤含量对无卤阻燃玻纤增强聚丙烯阻燃性能的影响

以聚丙烯（PP）为基体,加入玻纤（GF）、焦磷酸哌嗪膨胀型阻燃剂FR-1420,制备无卤阻燃玻纤增强聚丙烯（PP/GF）复合材料。通过极限氧指数（LOI）测试、垂直燃烧测试、热重分析（TG）及锥形量热测试,考察了GF含量对PP/GF的阻燃性能、热稳定性及燃烧性能的影响。结果表明：在阻燃剂含量相同下,GF含量越高,PP/GF的阻燃效果越好。当GF含量增加至25%,PP/GF的LOI提高至39.0%,0.8 mm样条垂直燃烧测试通过UL-94 V-0级。GF降低了阻燃PP/GF的初始热分解温度,但高温阶段的耐热性得到明显提高。当GF含量为25%,PP/GF在N2和空气气氛下700℃残炭率分别达到39.4%和39.0%。GF的高温残留物在锥形量热测试中起“炭层骨架”的作用,可以增加炭层的膨胀厚度,GF的加入降低PP/GF的总热释放量（THR）、总烟释放量（TSR）,提升PP/GF的火灾安全性能。     

PP/LGF复合材料的膨胀性阻燃与协效阻燃性能

采用膨胀型阻燃剂(IFR)及协效剂海泡石(SP)对长玻璃纤维增强聚丙烯(PP/LGF)复合材料进行阻燃,通过双螺杆挤出机制备了PP/LGF母粒,IFR母粒和SP母粒,然后将这3种母粒通过注塑机制备了PP/LGF/IFR/SP复合材料,通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试、锥形量热仪、热重分析、扫描电子显微镜、力学性能测试等表征PP/LGF各阻燃复合体系的性能。结果表明,当IFR质量分数为22%时,PP/LGF/IFR阻燃复合材料的LOI为28.8%,且垂直燃烧等级达到V–0级;锥形量热仪测试结果表明加入IFR及SP后阻燃复合体系的第一热释放速率峰值降低,而第二热释放速率峰消失;SP质量分数为1%,IFR质量分数为21%的PP/LGF/IFR/SP阻燃复合材料LOI为29.6%,垂直燃烧等级达到V–0级,热释放速率峰值和总热释放量得到有效降低,热稳定性最好,且燃烧时产生致密的炭层覆盖于玻璃纤维表面,同时加入1%SP后复合材料的力学性能下降幅度相对较小。     

焦磷酸哌嗪协同次磷酸铝阻燃聚丙烯复合材料性能

为提高聚丙烯(PP)的阻燃性能,以焦磷酸哌嗪(PAPP)和次磷酸铝(AHP)为原料,通过熔融挤出的方式制备了不同质量比的PP复合材料,采用极限氧指数(LOI)、UL94垂直燃烧、热重分析(TG-DTG)、锥形量热(CONE)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对PP复合材料热稳定性及阻燃抑烟性能进行分析,研究PAPP和AHP不同配比对阻燃性能的影响。结果表明,PAPP和AHP膨胀阻燃剂的加入大幅提升了PP复合材料的阻燃抑烟性能,当PAPP和AHP质量比为4∶1,总添加量为25%时,PP复合材料LOI达到31.5%,通过UL94垂直燃烧V-0级,800℃残炭率为23.16%,说明PAPP和AHP两者发挥了较好的协同阻燃作用。此外,其热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、烟释放速率(SPR)和总烟释放量(TSP)都得到大幅降低,SEM结果表明阻燃成分在PP复合材料表面形成了连续、致密的膨胀炭层,提升了材料的阻燃和抑烟性能。     

聚丙烯膨胀成炭行为对裂解燃烧过程的影响

对膨胀阻燃聚丙烯材料在锥形量热仪试验条件下的燃烧过程进行了研究，分析了材料膨胀成炭行为对裂解燃烧过程的影响。测量了纯聚丙烯及膨胀阻燃聚丙烯在膨胀燃烧过程中的质量损失速率、热释放速率和炭层膨胀高度随时间变化规律。分析了膨胀高度、膨胀速度、炭层结构对裂解燃烧的影响。结果表明，随着膨胀阻燃剂添加量的增加，膨胀升高的速度有加快的趋势；随着外部辐射功率的加大，膨胀速度加快。聚丙烯材料的炭层整体性越强，炭层结构越致密，阻隔效果越好，热释放速率越低。通过对材料膨胀成炭过程的理论分析也验证了膨胀高度（或膨胀速度）和炭层的结构都对裂解燃烧过程有很大的影响。     

不同阻燃剂阻燃聚丙烯的火灾危险性分析

采用垂直燃烧法和锥形量热法研究了添加四种不同类型阻燃剂的聚丙烯(PP)试样的阻燃性能和燃烧行为,提出了火势增长指数、放热指数、发烟指数和毒气生成速率指数4个评价试样火灾危险性的指标,根据每个指标对不同试样的火灾危险性进行了评价。结果表明,四种阻燃试样的热释放速率都有所降低,但只有氮系阻燃试样降低了比消光面积,同时溴系和无机磷阻燃试样提高了一氧化碳释放速率,试样在4个不同指标的逐项评价下排序也不尽相同。通过熵权法对指标赋权,建立了综合评价火灾危险性的新方法。研究发现,毒气生成速率指数在各指标中所起作用最大,火势增长指数所起作用最小,四种阻燃PP试样火灾危险性排序由小到大为氮系阻燃PP膨胀阻燃PP纯PP无机磷阻燃PP溴系阻燃PP,该结果可为火灾的防治和阻燃材料燃烧性能研究提供借鉴。     

海泡石对聚丙烯复合材料的协效阻燃作用研究

将海泡石(SEP)添加到膨胀阻燃聚丙烯(PP)复合材料中,考察了SEP对该体系的协效阻燃作用。结果表明,SEP的加入使PP复合材料的极限氧指数明显提高,且通过UL94垂直燃烧V–0级测试;热重分析测试表明,SEP明显提高了PP复合材料的热稳定性;锥形量热仪测试发现,SEP的引入明显降低了复合材料的热释放速率及产烟量。加入少量海泡石能减少膨胀阻燃剂的用量,明显改善阻燃复合材料的吸湿性能。     

壳聚糖/聚磷酸铵膨胀阻燃PP的阻燃及抑烟性能

为了提高聚丙烯(PP)的阻燃和抑烟性能,将壳聚糖(CS)作为膨胀型阻燃剂的碳源、聚磷酸铵(APP)作为膨胀型阻燃剂的酸源和气源,在此基础上通过熔融共混的方法制备了PP/CS/APP复合材料。采用极限氧指数仪、锥形量热仪等仪器研究了PP/CS/APP复合材料的的抑烟性及阻燃性。研究结果表明:CS/APP添加量为30%时,复合材料的极限氧指数值最大可达28.1%;且复合材料在烟气释放总量、CO和CO_2排放上明显降低,抑烟性得到了提升;热释放速率峰值、平均热释放速率值、平均有效燃烧热值、总热释放量值降低,成炭率升高,PP/CS/APP复合材料更难点燃;火灾性能指数明显提高,阻燃性能得到了大幅度提升,火灾蔓延指数显著减小,同时火灾危险性也相应降低。     

双酚A双(磷酸二苯酯)/聚磷酸铵膨胀阻燃剂对环氧树脂阻燃性能研究

通过氧指数、垂直燃烧、热失重、锥形量热和电镜扫描等研究了由双酚 A 双(磷酸二苯酯)(BDP)与聚磷酸铵(APP)组成的膨胀型阻燃剂对环氧树脂的阻燃性能和阻燃机理。结果表明,BDP/APP 膨胀型阻燃剂对环氧树脂有较好的阻燃性能,使环氧树脂氧指数达到29.9%,垂直燃烧通过 UL94 V-0级,500℃残炭量达到34 8%,平均热释放速率下降70.7%,热释放速率峰值下降67.3%,有效燃烧热平均值下降24.1%。扫描电镜分析表明,经膨胀阻燃剂阻燃的环氧树脂燃烧后能够形成连续、致密、封闭、坚硬的焦化炭层。     

基于锥形量热仪对硼酚醛防火涂料阻燃性能的研究

利用锥形量热仪(CONE)对硼酚醛饰面型防火涂料的阻燃性能进行了研究,并与一般市售膨胀型防火涂料、丙烯酸树脂及空白样板进行了比对。结果表明:较其他几种材料,硼酚醛防火涂料的热释放速率(HRR)、总释放热(THR)明显降低,火灾性能指数(FPI)高达3.78,残炭量显著增加,起到了很好的防火阻燃作用。     

硅灰改性膨胀型阻燃剂的阻燃机理

以聚磷酸铵、季戊四醇、尿素为阻燃体系,聚酯树脂为基料,加入不同掺量的硅灰,制备硅灰改性膨胀型阻燃剂.通过锥形量热仪、扫描电子显微镜及热重分析仪,对硅灰改性膨胀型阻燃剂的阻燃性能、微观形貌及阻燃机理进行分析,确定最佳硅灰掺量.结果表明:硅灰掺量为2 wt％时样品的阻燃效果最佳,其可使热释放速率峰值和平均热释放速率值最小,火焰强度最低,耗氧量最少,二氧化碳释放量最少;分析样品燃烧后的微观形貌可知硅灰有助于形成更加致密平滑的炭层,其中硅灰掺量为2 wt％时炭层结构最致密完整;热重结果表明硅灰改性膨胀型阻燃剂具有耐高温性,即硅灰的加入能有效降低失重温度,减少试样质量损失,提高其阻燃性能.     

CMSs对新型聚丙烯膨胀阻燃体系性能的影响

为了进一步提高聚丙烯(PP)膨胀阻燃体系的阻燃性能,将碳微球(CMSs)添加至膨胀型阻燃聚丙烯(壳聚糖/聚磷酸铵/聚丙烯(CS/APP/PP))体系中,经熔融共混的方法制备出CMSs/CS/APP/PP复合材料。采用数显氧指数仪(LOI)、锥形量热仪(CONE)、电子万能试验机(EUT)等仪器对复合材料进行了测试,同时考察了CMSs对聚丙烯膨胀阻燃体系(CS/APP/PP)阻燃性能的影响。结果表明,CMSs的加入可提高材料的阻燃性;在CMSs添加量为3%时,复合材料的极限氧指数达到31.5%,较CS/APP/PP体系提高了18.9%;热释放速率峰值(PHRR)、平均热释放速率(MHRR)、平均有效燃烧热(MEHC)、总热释放量(THR)均明显降低,成炭率显著提高,炭层更加致密,火灾性能指数(FPI)达到最大,为0.089 3 m~2·s/kW,较CS/APP/PP体系提高了1倍多,材料的阻燃性大幅度提升。同时CMSs的加入显著提高了复合材料的抑烟性,使复合材料的总烟释放量(TSR)、CO和CO_2的排放均明显降低;且复合材料的火灾蔓延指数(FGI)显著减小,为1.16 kW/(m~2·s),较CS/APP/PP体系降低了29.9%,火灾危险性明显降低。     

焦磷酸哌嗪/MCA对聚丙烯的阻燃作用

通过垂直燃烧试验、极限氧指数(LOI)测定和锥形量热分析,对焦磷酸哌嗪(DPP)与三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)复合而成的膨胀型阻燃剂(IFR)阻燃聚丙烯(PP)进行了研究。结果表明:当m(MCA):m(DPP)为1.0∶2.5,IFR质量分数为26%时,PP的LOI为34.2%,垂直燃烧试验可通过V-0级;与PP相比,阻燃PP的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)分别降低了91.34%,31.42%。该IFR对PP的阻燃机理与聚磷酸铵基IFR的类似,主要是通过凝聚相阻燃。     

聚酰胺6在聚丙烯/微胶囊化多聚磷酸铵中的作用

选用聚酰胺6（PA6）作为聚丙烯（PP）/微胶囊化多聚磷酸铵(MAPP)的协效成炭剂,可提高PP/MAPP的阻燃性能和力学性能。结果表明,MAPP/PA6=25/3(质量比,下同）时,膨胀度达到180.23㎝3/g,剩炭率达到72.11 ％,分别比MAPP的78.6㎝3/g和61.96 ％增大了1.3倍和0.6倍。热分析表明,添加PA6后,阻燃PP在低温区的失重速度降低,剩炭率明显提高,有利于PP的阻燃;但在高温区剩炭降解速率加快,释出更多的可燃物燃烧,放出的大量热对提高阻燃性能不利。因此PA6添加量应适量。当PP/MAPP/羟基化聚丙烯（EPP）/PA6 (75/25/7/3时,IFR-PP氧指数增加到34.7 %,水平燃烧16 s自熄,同时拉伸强度增加到28.89 MPa。