杨木胶合板阻燃性能研究

通过热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、有效燃烧热(EHC)、CO产率、CO2产率以及烟释放总量等指标,研究了杨木胶合板的阻燃性能。实验结果表明:磷酸氢镁和二氧化锆阻燃剂单独使用时,都能够在杨木胶合板燃烧过程中降低热释放速率、总热释放量、有效燃烧热、CO2产率以及烟释放总量,增大CO产生速率,但阻燃效果不理想;而磷酸氢镁与纳米二氧化锆复合阻燃剂,可以在杨木胶合板燃烧过程中产生协同效应,并且使用此复合阻燃剂的杨木胶合板在点燃190 s后即停止燃烧,其阻燃效果最佳。     

剑麻纤维素微晶(壳聚糖/聚对苯乙烯磺酸钠)层层自组装及其复合材料的热性能和阻燃性能

采用层层自组装法,在剑麻纤维素微晶(SFCM)表面交替吸附壳聚糖(CH)和聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)构筑CH/PSS阻燃涂层,采用Zeta电位、热重分析、场发射扫描电镜、垂直燃烧测试和燃烧量热等手段对复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,CH/PSS涂层已经成功包覆在SFCM表面;随着吸附CH/PSS层数增加,复合材料的初始分解温度由302℃降低至237℃,残炭率由4.76%提高至27.34%;与纯SFCM相比,SFCM(CH/PSS)5点燃时间延长了1倍,残炭率提高到35.3%,最大热释放速率峰值(pkHRR)和热释放总量(Total HR)分别减少了87%和51.6%,说明构筑的自组装涂层明显提高了SFCM的阻燃性能。     

聚磷酸酯阻燃剂对PC/ABS合金阻燃性能影响

以聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯(POPP)为阻燃剂,对PC/ABS合金进行阻燃改性。通过极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧(UL-94)测试、热重分析(TGA)测试、锥形量热(CONE)测试和扫描电镜(SEM)测试等表征方法研究其阻燃性能。结果表明,当阻燃剂添加量为15%时可以达到UL94 V-0级,LOI值为21.1%;最大热释放速率(Pk-HRR)下降41.7%,热释放总量(THR)下降31.1%;TGA和SEM分析显示改性PC/ABS合金具有更好的成炭效果,燃烧后能促进表面生成致密多孔炭层,有效的隔绝氧气提高材料的阻燃性能。     

聚磷酸铵-淀粉对木粉／聚苯乙烯复合材料的阻燃作用

利用锥形量热仪分析了聚磷酸铵(APP)-淀粉阻燃体系在木粉/聚苯乙烯复合材料(WF-PS)中的阻燃作用。结果表明,添加APP能有效降低WF-PS的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR),增加成炭量,延长点燃时间(TTI),表现出显著的阻燃作用;APP对WF-PS的有效燃烧热影响不大,说明APP的阻燃作用为凝聚相机理,成炭是该机理的重要方面;添加淀粉作为APP的辅助成炭剂,能够提高阻燃效率并减少APP用量,APP-淀粉是WF-PS复合材料的有效膨胀型阻燃体系。APP-淀粉的添加对WF-PS的力学性质有一定不利影响,但是当APP用量在10%以下、淀粉用量2%以下时,WF-PS可保持良好的力学性能。     

两种锰化合物对木材阻燃抑烟作用的比较研究

采用锥形量热法(CONE)和热重分析法(TG)比较研究氯化锰和碳酸锰处理木材的燃烧、发烟和成炭特性。结果表明,在木粉中添加10%氯化锰或碳酸锰热压胶合制备的阻燃木材试样的总热释放量(THR)比未处理木材分别降低了39.4%和24.3%,总烟释放量(TSP)分别降低了93.3%和31.2%,CO平均释放量(m-COY)分别降低了27.0%和8.1%,这说明两种锰化合物对木材均具有阻燃、抑制烟雾和毒气的作用,氯化锰的这种作用更显著。锥形量热和热重数据结合残余炭形貌电镜照片分析表明氯化锰在高温条件下催化木材形成更多的炭,而且炭层结构更加紧密和稳定,从而有效降低木材的燃烧释热速率和烟气生成速率,降低木材引发火灾的危险性。     

典型硼化合物对毛竹热降解与燃烧性能的影响

利用热重和锥形量热仪研究硼酸、硼砂两种典型硼化合物对毛竹热降解和燃烧性能的影响。结果表明:硼酸、硼砂能降低竹材的最大热解速率,缩短高温热解区间,促进残炭生成。与未处理材相比,硼酸、硼砂明显减少竹材燃烧过程中的热量释放,热释放速率降至未处理材的50%左右,总热释放量的降幅分别达50.6%、44.1%。硼酸、硼砂也能抑制竹材燃烧时的烟释放,总烟释放量分别下降95.3%、91.6%。硼酸、硼砂处理竹材能发挥高效的阻燃抑烟功效。     

氢氧化镁自组装高效阻燃棉织物的制备及性能研究

采用静电层层自组装(LBL)技术在棉织物表面构筑了氢氧化镁/六偏磷酸钠(MH/PSP)阻燃层。利用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对自组装阻燃棉织物形貌、结构进行了表征;采用热重分析仪、锥形量热仪、垂直燃烧仪对棉织物的阻燃性能、残炭性能进行了分析和测试。结果表明:采用LBL技术制备的阻燃织物,氢氧化镁均匀包覆在织物纤维表面,自组装4层的阻燃织物极限氧指数达到32.5%,峰值热释放速率和总热释放量分别为74.11kW/m~2和0.52MJ/m~2,与纯棉织物相比分别降低77%和92.4%,达到了良好的自熄效果。     

APP对木粉-HDPE复合材料阻燃和力学性能的影响

以聚磷酸铵(APP)对木粉-HDPE复合材料(WF-HDPE)进行阻燃处理,用锥形量热仪系统评价复合材料的阻燃性能,并进行等温燃烧反应动力学分析,用万能力学试验机进行静态力学试验。结果表明,在35 kW/m2热辐射流量下,APP添加量达到15%时,WF-HDPE燃烧热释放速率(RHR)峰值和总热释放量(THR)均降低约50%、成炭率提高150%,表现出显著的阻燃作用;可用动力学模型ln(1-α)=-kt+C描述WF-HDPE的等温燃烧反应,APP的加入使反应速率常数k降低、半衰期延长。APP对WF-HDPE的冲击性能有显著的不利影响,但能改善刚性,对弯曲强度和拉伸强度影响不大。综合阻燃性能与力学实验结果,APP的适宜添加量为15%左右。     

MH复合N-P阻燃剂的合成及其浸渍处理杨木的阻燃抑烟性研究

提高氮磷阻燃剂浸渍处理杨木的抑烟性,在氮磷阻燃剂合成过程中添加少量氢氧化镁(MH),合成了NP、NPMH-1、NP-MH-2和NP-MH-3。杨木置于浓度为15%阻燃剂溶液中浸渍处理,之后对4个阻燃配方处理材进行烟密度、锥形量热和环境扫描电镜分析。结果表明:MH复合NP处理材的烟密度等级均低于NP处理材。其中NP-MH-1的烟密度等级相比最低,在载药率为13%时出现极大值为34.4,比NP处理材降低约31.81%,远低于国家标准规定的SDR≤75的要求。与NP阻燃剂相比,MH复合NP阻燃剂处理材的第一热释放速率峰值、总热释放量、质量损失、总烟产量和CO产量均有不同程度的降低或减少。其中NP-MH-2的阻燃抑烟效果最好,残炭量比NP提高了47.65%,CO产量比NP降低了74.68%,有毒气体产量大大减少。从阻燃碳层的微观结构来看,MH复合NP阻燃剂在木材内部分散均匀,阻燃处理材表面呈现多孔结构。     

埃洛石自组装涂层在软质聚氨酯泡沫上的制备及其阻燃抑烟性能

使用层层自组装技术在软质聚氨酯泡沫(PUF)表面制备含埃洛石的层层自组装涂层,使用扫描电子显微镜、能谱分析仪和锥形量热仪等手段对涂层进行表征,研究了涂层对PUF的热稳定性、燃烧性能及烟气释放性能的影响。结果表明：埃洛石基涂层由埃洛石、海藻酸钠和聚乙烯亚胺组成,能均匀地附着在PUF表面;涂层能延缓PUF在高温条件下的热解且使残炭量明显增多;三层埃洛石基涂层PU-3的热释放速率峰值、烟气释放速率峰值以及总烟气释放量比纯PUF(PU-0)分别降低了57.3%、58.9%和80.7%。这表明,埃洛石涂层能提高材料的热稳定和火灾安全性。     

苯基膦酸铈与十溴二苯醚阻燃玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料

通过熔融共混方法制备苯基膦酸铈（CeHPP）与十溴二苯醚（DBDPO）复配阻燃玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯（GF/PET）复合材料。采用热失重分析（TGA）测试研究了DBDPO-CeHPP对GF/PET复合材料热稳定性的影响。同时利用垂直燃烧（UL-94）、极限氧指数（LOI）及微型锥形量热（MCC）测试表征DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的阻燃性能。使用SEM对DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的残炭表面形貌进行观察分析。结果表明,DBDPO与CeHPP复配后对DBDPO-CeHPP-GF/PET体系的热性能和阻燃性能都有很大的影响。其中,GF/PET复合材料与DBDPO和CeHPP质量比为91:6:3时,DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的LOI高达29.5%,可以通过UL-94 V-0级。在MCC测试中,与纯GF/PET复合材料相比,该配比的DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料总热释放（THR）、热释放速率峰值（PHRR）及热熔（HRC）分别下降了10.2%、13.1%和12.8%。结合残炭形貌的测试结果,对DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的阻燃机制进行了适当的解释分析。      

MCA-MMT的制备及其对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

为了提高玻璃纤维(GF)增强聚丙烯(PP)复合材料(GF/PP)的阻燃性能,通过在蒙脱土(MMT)悬浮液中进行三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)分子自组装制备了新型协效成炭剂MCA-MMT,并采用FTIR、XRD、SEM和TGA对MCA-MMT的结构及热性能进行了表征;将MCA-MMT、无卤膨胀型阻燃剂与GF/PP熔融共混制备了阻燃复合材料MCA-MMT/(GF/PP),通过极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧试验和锥形量热测试研究了MCAMMT对GF/PP的阻燃效果和阻燃机制,并测试了复合材料的力学性能。结果表明:MMT的加入会影响氰尿酸和三聚氰胺在MCA合成过程中的氢键作用,干扰和抑制大平面氢键网络的形成,减少MCA氢键复合体的分子体积,使颗粒变小。MCA-MMT/(GF/PP)的UL-94防火等级达到V-0级,LOI为31.3%。MCA-MMT的阻燃效率高于传统MCA的,可降低材料燃烧的热释放程度和总烟释放量,使复合材料的阻燃性能提高,其阻燃机制为片层结构的MMT可提高MCA的成炭量,使MCA-MMT/(GF/PP)燃烧后能形成致密的残留炭层。MCA-MMT/(GF/PP)的拉伸、冲击强度与MCA/(GF/PP)的相比并未下降。     

新型含萘环结构固化剂的合成及其对联苯型环氧树脂的阻燃性能研究

以1,5-萘二胺和对羟基苯甲酸为原料合成了一种新型含萘环结构的固化剂(GNA),并且用核磁共振氢谱(1 H NMR)确定了物质的结构。通过垂直燃烧法(UL 94V)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、吸水性测试和力学性能测试对不同质量分数添加量的GNA改性联苯型环氧树脂(YX-4000)的阻燃性能、热性能、吸水性和力学性能进行了研究。实验结果表明,随着固化剂GNA含量的增加,固化物的阻燃性能得到了提升,在GNA含量达到15%(质量分数)时,阻燃级别可以达到UL-94V-0级。为了深入研究其阻燃机理,通过TGA和SEM对其燃烧残渣分析发现,固化物的表面有致密的炭层起到隔绝空气的作用,阻止燃烧进一步发生,在20%(质量分数)含量时,800℃的残炭率高达50%。另外通过吸水性和力学性能测试研究发现,与传统阻燃剂相比,固化物阻燃性提高,力学性能和吸水性能下降较小。在15%(质量分数)添加量时拉伸强度和拉伸模量为101 MPa和76GPa,弯曲强度和弯曲模量为29 MPa和26GPa,吸水率为1.626。     

六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈的制备及其在膨胀阻燃聚丙烯中的应用

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛及γ-氨丙基硅烷三醇(KH553)为反应原料,合成了具有席夫碱结构的有机硅型成炭剂六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈(HKHPCP)。以HKHPCP与聚磷酸铵(APP)的复配物为抗熔滴剂,以N-烷氧基受阻胺(NOR116)为阻燃协效剂,通过熔融共混技术制备了膨胀阻燃聚丙烯(PP)基复合材料(APP-HKHPCP-NOR116/PP)。利用FTIR、核磁共振(1 H和31P NMR)对HKHPCP的化学结构进行了表征。采用热失重、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热、拉曼光谱和SEM研究了阻燃体系的热降解行为、阻燃性能及炭层的石墨化程度和致密性。HKHPCP的热失重结果表明,其在氧气氛围下的初始分解温度为300.2℃,1 000℃时残余率为34.8%。当添加总量为30wt%的阻燃剂时,APP-HKHPCP-NOR116/PP复合材料的极限氧指数(LOI)达到43%,且能通过UL-94V-0级,其热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)及烟释放速率(SPR)、总烟释放量(TSP)相比于纯PP分别降低了75.0%、50.5%和88.0%、80.8%,表现出显著的隔热、抑烟性能。APPHKHPCP-NOR116/PP复合材料燃烧后形成了高石墨化、致密的炭层。     

(壳聚糖-聚磷酸铵)/剑麻纤维素微晶层层自组装复合材料的热性能和阻燃性能

采用层层自组装法（LBL）,在剑麻纤维素微晶（SFCM）表面交替吸附壳聚糖（CH）和聚磷酸铵（APP）构筑CH-APP阻燃涂层,成功制备（CH-APP）_n/SFCM阻燃复合材料。通过Zeta电位分析仪、FTIR、TGA、POM、垂直燃烧法（VFT）、SEM手段对复合材料的结构和性能进行表征。FTIR、Zeta电位结果表明,CH和APP在SFCM表面电位正负交替变化,CH-APP涂层成功包覆在SFCM表面; POM和SEM结果显示,组装后（CH-APP）_n/SFCM复合材料表面变得粗糙,其表面包覆了一层较厚涂层; TGA结果表明,随着吸附CH-APP组装层数的增加,（CH-APP）_n/SFCM复合材料的初始分解温度（T_5%）由279.4℃降低至243.1℃,残炭率由11.24%提高至32.06%; VFT测试结果表明,随着组装层数的增加,（CH-APP）_n/SFCM复合材料阻燃性能明显提高,组装10层的（CH-APP）₁₀/SFCM复合材料甚至可以达到离火自熄的程度。      

无卤磷系阻燃环氧树脂的制备及阻燃性能

以无卤磷系阻燃剂双酚A-双(5,5-二溴甲基-1,3-二氧杂己内磷酸酯)(FR)制备了阻燃环氧树脂(EP)复合材料,并测定了阻燃EP的阻燃性能。由锥形量热仪(CONE)测定的释热速率(HRR)、释热总量(THR)、质量损失速率(MLR)、生烟量(TSP)及有毒气体释放量等阻燃参数表明,当复合材料中FR含量为20%时,阻燃EP与纯EP相比,HRR,THR,MLR及SEA分别降低了70.9%,49.6%,90.8%及59.4%,呈现出良好的阻燃效果和抑烟性能;扫描电子显微镜(SEM)观测发现,经FR阻燃的EP在燃烧时形成了由封闭孔洞构成的均匀闭孔炭层。     

聚硼硅氧烷与有机磷酸酯阻燃剂复配协同阻燃PC

将聚硼硅氧烷(PB)阻燃剂分别与三种有机磷酸酯(OPP)阻燃剂进行复配,并将此复合阻燃剂添加到聚碳酸酯(PC)中制备了阻燃PC材料(FR-PC)。采用极限氧指数(LOI)和锥形量热分析研究了PB对OPP/PC体系的协效阻燃作用。结果表明,在阻燃剂总量为5%(质量分数)时,添加占阻燃剂总量25%(质量分数)以上的PB可以提高OPP/PC体系的LOI。PB阻燃剂具有促进成炭的作用,可使OPP/PC复合体系在燃烧过程中释放的烟、热以及CO有不同程度的降低,燃烧过程趋于平缓,尤其使体系的烟释放量显著降低,三种OPP/PC阻燃体系的总烟释放量分别下降30%~50%,大大降低了火灾的危害性。添加适量PB能够提高OPP/PC体系的拉伸强度、弯曲强度及维卡软化点温度,并且使PC复合阻燃材料的透光率有所提高,保持了PC良好的透明性。     

可膨胀石墨改性APP/PER/EN防火涂料热降解行为

采用可膨胀石墨 (EG) 对APP/PER/EN防火体系进行改性,制备成一种新型EG改性APP/PER/EN防火涂料。运用示差热分析 (DTA) 、热重分析 (TG) 、扫描电镜分析 (SEM) 、能谱分析 (EDS) 和隔热性能试验分析研究APP/PER/EN防火涂料和EG改性防火涂料的热降解行为、残余炭体元素含量、成炭率和隔热性能。EG改性防火涂料的APP-PER-EN之间的化学反应膨胀过程与可膨胀石墨物理膨胀过程作用温度范围接近,能产生很好的协同配合作用。膨胀石墨提高了APP/PER/EN防火涂料炭质层的成炭率、抗氧化性和热稳定性。EG添加量过高 (≥15%) 会造成燃烧后期炭质层脱离基材。10% EG (质量分数) 添加量能有效提高APP/PER/EN防火涂料的隔热防火性能。      

六氯环三磷腈对大豆蛋白纤维的阻燃

用六氯环三磷腈作为阻燃剂对大豆蛋白纤维及其与棉纤维的混纺纤维进行了阻燃处理,并用极限氧指数(LO I)、剩炭率、热分析和扫描电子显微镜研究了它们的阻燃性能和热性能。结果表明,与未经阻燃处理的纤维相比,阻燃处理后的纤维在物理力学性能没有减弱的情况下,极限氧指数和剩炭率提高,阻燃性能明显改进。