低温发泡制备酚醛泡沫材料及其表征

采用40℃低温发泡的方法制备酚醛泡沫,研究了发泡剂、表面活性剂和固化剂对泡沫的表观密度和压缩强度的影响,讨论了低温发泡对泡沫力学性能、导热性能、泡孔形态、阻燃性能、微观结构和热稳定性的影响。试验结果表明,40℃低温发泡对酚醛泡沫的阻燃性和热稳定性影响较小,泡沫的韧性和脆性得到了明显改善,泡孔孔径更小、分布更加均匀。     

基于微胶囊化聚磷酸铵和微胶囊化膨胀石墨的阻燃硬质聚氨酯泡沫复合材料的制备及性能

采用原位聚合法,以聚氨酯为壳材,制备微胶囊化聚磷酸铵(PUAPP)和微胶囊化膨胀石墨(PUEG)。采用XPS、FTIR、TG和SEM分别对PUAPP和PUEG进行表征,结果表明,聚氨酯有效包覆在聚磷酸铵和膨胀石墨表面,成功制备了PUAPP和PUEG。在此基础上,采用一步法全水发泡工艺将PUAPP和PUEG引入到聚氨酯硬泡(RPUF)中,制备出一系列阻燃RPUF复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、TG、万能试验机、导热及密度测试研究了PUAPP/RPUF、PUEG/RPUF及PUAPP-PUEG/RPUF复合材料的阻燃性能、力学性能、保温性能及热稳定性。研究表明,微胶囊化阻燃剂的加入可以提高RPUF复合材料的高温稳定性,PUEG/RPUF、PUAPP/RPUF和PUAPP-PUEG/RPUF复合材料在700℃的残炭率从1.2wt%分别提高至6.9wt%、11.2wt%和10.7wt%。阻燃测试表明,PUAPP和PUEG可以有效提高RPUF复合材料的阻燃性能,当加入10.4wt% PUAPP时,PUAPP/RPUF复合材料的LOI提高到22.3vol%,UL-94等级为V-0级;当加入10.4wt% PUEG时,PUEG/RPUF复合材料的LOI达到25.3vol%,UL-94等级为V-0级;PUAPP-PUEG/RPUF复合材料的LOI达到24.3vol%,UL-94等级为V-0级。SEM和拉曼测试表明,PUAPP和PUEG可以提高RPUF复合材料的炭渣石墨化程度,使炭渣的致密性更强。      

可膨胀石墨阻燃水发泡聚氨酯泡沫塑料的制备

采用四溴醇合成了适合水发泡的阻燃聚醚多元醇,并通过可膨胀石墨与其它阻燃剂的复配使用,制得了可膨胀石墨阻燃的水发泡聚氨酯泡沫塑料。讨论了溴代醇种类、发泡剂种类及用量、可膨胀石墨粒径及用量和复合阻燃剂配比等因素对泡沫阻燃性能的影响。结果表明,该阻燃聚醚多元醇与含有可膨胀石墨的复合阻燃剂复配使用,制得的可膨胀石墨阻燃水发泡聚氨酯泡沫塑料氧指数可达33%,压缩强度为280KPa,达到了国家标准GB/T8624-1997中B1级氧指数的要求,并且阻燃剂用量少,阻燃效果稳定。     

无卤阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡沫复合材料的制备及性能表征

为使得乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)泡沫复合材料具有阻燃功能,分别添加膨胀石墨-聚磷酸铵(EGAPP)和膨胀石墨-聚磷酸铵-热塑性淀粉(EG-APP-TPS)两种不同复配阻燃剂,通过熔融共混和硫化发泡制备了无卤阻燃EVA泡沫复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热分析质谱联用(TG-MASS)及扫描电镜(SEM)测试等对EG-APP/EVA及EG-APP-TPS/EVA泡沫复合材料进行表征。结果表明:EG-APP复配阻燃剂添加量为30wt%、EG与APP质量比为1∶4时,EG-APP/EVA泡沫复合材料的LOI达28.1%,UL-94为V-1级;而当EG-APP-TPS复配阻燃剂添加量同为30wt%,EG、APP与TPS质量比为1∶4∶1时,EG-APP-TPS/EVA泡沫复合材料的LOI可达29.3%,UL-94为V-0级。TG-MASS和SEM分析表明:EG、APP和TPS在气相和固相中均具有显著的协同阻燃作用。     

EPS/PF复合保温材料的制备与性能研究

以可发性聚苯乙烯(EPS)和酚醛树脂(PF)为原料,添加适量的助剂,采用热压成型工艺制备EPS/PF复合保温材料,探讨了酚醛树脂用量、压缩比、固化温度等对复合材料表观密度、导热系数、抗压强度以及阻燃性能的影响。实验表明:制备EPS/PF复合保温材料优化条件为酚醛树脂用量为60%,压缩比为2.0,固化温度为95~105℃,阻燃剂用量为30%时制得的复合材料的表观密度为35kg/m3,导热系数为0.035W/(m·K),抗压强度为0.22MPa。     

麦秸秆/聚丙烯发泡复合材料的热稳定性与微观结构

为探讨发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)添加量对麦秸秆/聚丙烯(PP)发泡复合材料的热稳定性、微观结构以及化学结构的影响,采用TG-DSC、FTIR和体视显微镜分析了麦秸秆/PP发泡复合材料的热稳定性、化学结构和微观结构,并测定了复合材料的线性膨胀系数、导热系数、表观密度和力学性能。结果表明:AC添加量及其热分解程度均对麦秸秆/PP发泡复合材料的热稳定性、泡孔结构和热膨胀性能影响显著;当AC添加量为1.0wt%时,其热分解程度最高,复合材料具有较好的热稳定性,泡孔结构均匀,麦秸秆与基体界面稳定,线性膨胀系数最小。所得结论表明,当AC添加量为1.0wt%时,麦秸秆/PP发泡复合材料具有较好的综合性能。      

废弃聚酯制备阻燃型聚氨酯泡沫的研究

采用醇解废弃聚酯的产物对苯二甲酸乙二醇、多异氰酸酯、水等作为原料,并在发泡过程中加入以聚磷酸铵(APP)为主的阻燃剂制备出阻燃型聚氨酯泡沫。用红外光谱表征了聚氨酯阻燃泡沫的结构,探讨了发泡的反应过程;用差示扫描量热法对比了聚氨酯泡沫中不同阻燃剂含量对泡沫的熔点和热稳定性的影响;并对阻燃剂不同含量的聚氨酯阻燃泡沫的密度和压缩强度进行对比测试;同时利用氧指数仪测定了聚氨酯阻燃泡沫的极限氧指数,结果显示:当阻燃剂在聚氨酯泡沫中的含量为13.9%时,聚氨酯泡沫的极限氧指数为26.5%,达到难燃的要求。     

纤维增强发泡保温复合材料的制备与性能

为了增强玻化微珠/水泥发泡保温复合材料的力学性能和保温性能,通过掺加改性物理泡沫降低发泡保温复合材料的密度和导热系数,采用改性纤维对发泡保温复合材料进行增强。研究了纤维增强发泡保温复合材料的力学性能和耐水性能,并利用扫描电镜对试样内部微观形貌进行观察,探讨了改性泡沫和改性纤维对发泡保温复合材料的增强机制。结果表明,掺加泡沫明显降低了发泡保温复合材料的密度和导热系数,当泡沫掺量为1.05 mL/g时,试样密度和导热系数分别为186 kg/m³和0.056 W/（m·K）。泡沫改性可有效改善发泡保温复合材料的强度和软化系数,掺加改性泡沫试样的抗折强度、抗压强度和软化系数较掺加乳胶粉试样的分别提高了21.05%、21.43%和13.56%。改性纤维可显著提高发泡保温复合材料的强度和软化系数,掺加改性纤维试样的抗折强度、抗压强度和软化系数较掺加未改性纤维试样的分别提高了25.93%、13.51%和8.33%。     

氯化亚锡对阻燃体系复合酚醛泡沫性能的影响

以多聚磷酸铵、季戊四醇、氯化亚锡为原料组成膨胀型阻燃系统,研究氯化亚锡添加量对膨胀型阻燃系统复合酚醛泡沫的极限氧指数、燃烧热量释放速率、燃烧总热释放量、有效燃烧热量、耗氧量、烟气释放、有毒气体释放等的影响。研究结果表明阻燃体系复合泡沫的极限氧指数在72.8%~74.5%之间,展现出良好的阻燃性,阻燃体系对酚醛泡沫的阻燃符合气相阻燃的机理,并且在氯化亚锡添加量为1.5%时,阻燃体系复合泡沫的阻燃性能最优。     

镁合金表面TaC/TaC-Mg/Mg梯度涂层的 残余热应力分析

采用间歇式挤出发泡工艺制备淀粉/PVA复合发泡材料。在淀粉含量固定、甘油作为增塑剂的情况下,研究偶氮二甲酰胺（AC发泡剂）与聚乙烯醇（PVA）的含量对发泡材料的表观密度、发泡倍率、相对硬度、吸水性能、回弹性能以及压缩性能等的影响。结果表明：随着PVA含量的升高,复合材料的表观密度和压缩模量减小,回弹性能变好。PVA含量对吸水率影响不明显,吸水率稳定在20%左右。吸水至饱和状态后,相对硬度随着PVA含量的增加而不断增加。随AC发泡剂含量的升高,复合材料的表观密度减小,相对硬度降低,发泡倍率和回弹率增加,材料的泡孔孔径逐渐增大但是发泡孔径的均匀性变差。当PVA、AC发泡剂的添加质量分数分别为30%, 1%时,复合材料性能最优。     

兼具阻燃和导热性能的环氧树脂复合材料：石墨烯纳米片杂化三聚氰胺磷酸盐的作用

研发制备低成本、少缺陷及高效率的石墨烯纳米片杂化阻燃剂对实现复合材料多功能性具有重要意义。以三聚氰胺为助剥离剂将微粉石墨(GRA)经机械球磨后与磷酸液相反应得到一种阻燃导热的石墨烯纳米片杂化三聚氰胺磷酸盐(GMP),在表征GMP形貌、结构、组成和热稳定性的基础上,研究了添加GMP环氧树脂(EP)复合材料的阻燃、热分解和导热性能。GMP的热失重分析结果表明：与三聚氰胺磷酸盐(MP)相比,初始分解温度提升了29.3℃,与环氧树脂的热分解温度更匹配,有助于提高阻燃效率。氧指数仪、锥形量热仪和导热性能研究表明,GMP添加30wt%时,EP复合材料的极限氧指数达到了30.4%,UL 94垂直燃烧达到V-0级,峰值热释放速率(PHRR)和峰值烟释放速率(PSPR)分别下降69%和74.0%;导热系数提升至2.10 W·m^-1·K^-1,相对于EP提升了708%。这是由于GMP中石墨烯纳米片(GNPs)与MP的相互作用促进了EP形成了致密的膨胀炭层,有效提高了EP复合材料的阻燃性;随着GMP添加量的增加,GNPs和石墨微片传热通道的形成改善了EP复合材料的导...     

功能化纳米SiO2-聚醚砜/BMI-酚醛环氧树脂复合材料的固化动力学与性能

以4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂、双马来酰亚胺（BMI）和酚醛环氧树脂（F51）为基体、聚醚砜（PES）为增韧剂、硅烷偶联剂KH560功能化纳米SiO₂（KH-SiO₂）为改性剂,采用原位聚合法制备了KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料,并通过非等温DSC确定了复合材料的固化工艺及固化反应动力学。根据Kissinger方程和Ozawa方程求得体系的表观活化能分别为96.03 kJ/mol和99.18 kJ/mol。FTIR测试结果表明:KH-SiO₂改性效果良好,不饱和双键和环氧基特征峰消失,BMI中C=C双键和F51中环氧基在DDM作用下参与了体系的固化反应。SEM结果表明:PES树脂和KH-SiO₂含量适当时,PES树脂和KH-SiO₂在树脂基体中分散均匀,断裂纹不规则杂乱发展,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料呈韧性断裂。力学性能测试和热失重测试表明:当PES含量为4wt%,KH-SiO₂含量为1.5wt%时,KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为156.23 MPa、4.18 GPa和20.89 kJ/m2,较BMI-F51基体分别提高了49.7%、29.4%和82.8%;KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的热分解温度为393.1℃,残重率为50%时,分解温度高达523.1℃,耐热性十分优异。KH-SiO₂-PES/BMI-F51复合材料的力学性能和耐热性有了较大提高,为拓展F51及BMI的应用范围提供了一定的理论数据。      

Effect of flame retardants on mechanical properties,flammability and foamability of PP/wood–fiber composites

The mechanical properties, flame retardancy, thermal degradation and foaming properties of wood–fiber/PP composites have been investigated. Ammonium polyphosphate (APP) and silica were used as flame retardants. The limiting oxygen index (LOI), thermal gravimetric analysis (TGA) and cone colorimeter (CONE) were employed for the study of fire retardance. At the same time, wood–fiber/PP composite foams were produced with the batch foaming technique using CO₂ as blowing agent. The effects of APP and silica content, pressure and temperature on the final cell structure were investigated. According to LOI, TGA and cone calorimeter results obtained from the experiments, APP and silica are effective flame retardants for wood–fiber/PP composites, and silica was shown to have a flame retardant synergistic effect with APP in wood–fiber/PP composite. The mechanical properties of the composites decreased with addition of flame retardants, except for the tensile strength of small amount of silica filled wood–fiber/PP composite. The results also revealed that the cellular morphologies of the foamed wood–fiber/PP composites are a strong function of the content of APP and silica as well as foaming conditions.     

苯并噁嗪树脂及其玻璃纤维增强复合材料的阻燃改性

应用聚磷酸铵(APP)对苯并噁嗪(BOZ)树脂及玻璃纤维(GF)/BOZ复合材料进行了阻燃改性,结合热分析和微观形貌分析等研究了材料的阻燃机制。结果表明:APP可以明显提高BOZ树脂的阻燃性能,随APP含量的提高,树脂体系的极限氧指数逐渐提高,添加量为3wt%时可使BOZ树脂的极限氧指数从基体的31.5%提高到34.5%,并达到UL 94V-0级。APP的加入使改性树脂体系的分解温度前移,玻璃化转变温度略有下降,改性树脂体系固化反应提前,反应过程变得缓和。APP的加入使GF/BOZ复合材料的阻燃性能进一步提高,10wt%GF/APP-BOZ复合材料的极限氧指数从GF/BOZ的51.0%提高到57.7%。微观形貌分析表明:APP的加入使APP-BOZ改性树脂及GF/APP-BOZ复合材料燃烧后生成更为致密的炭层,从而使材料的阻燃性能得到提高。     

Effects of carbon nanotubes and carbon fiber reinforcements on thermal conductivity and ablation properties of carbon/phenolic composites

The ablation properties and thermal conductivity of carbon nanotube (CNT) and carbon fiber (CF)/phenolic composites were evaluated for different filler types and structures. It was found that the mechanical and thermal properties of phenolic-polymer matrix composites were improved significantly by the addition of carbon materials as reinforcement. The concentrations of CF and CNT reinforcing materials used in this study were 30 vol% and 0.5 wt%, respectively. The thermal conductivity and thermal diffusion of the different composites were observed during ablation testing, using an oxygen–kerosene (1:1) flame torch. The thermal conductivity of CF mat/phenolic composites was higher than that of random CF/phenolic composites. Both CF mat and CNT/phenolic composites exhibited much better thermal conductivity and ablation properties than did neat phenolic resin. The more conductive carbon materials significantly enhanced the heat conduction and dissipation from the flame location, thereby minimizing local thermal damage.     

膨胀蛭石/石膏复合保温材料的制备与表征

分别以微波法和微波化学法制备的膨胀蛭石为骨料, 采用模压成型工艺制备了膨胀蛭石/石膏复合保温材料, 研究了膨胀蛭石的片径、膨胀方法和熟石膏/膨胀蛭石的质量比(膏石比)与膨胀蛭石/石膏复合保温材料的含水率、导热系数和抗压强度的关系。结果表明: 膨胀蛭石/石膏保温材料的导热系数和抗压强度随膨胀蛭石的片径的增大而减小, 与膏石比呈二次函数关系, 并随膏石比的增大而增大; 在相同的实验条件下, 采用微波化学法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.082 W(m·K)-1)与以微波法制备的膨胀蛭石制作的保温材料(导热系数为0.097 W(m·K)-1)相比, 具有更好的保温性能。制备的复合保温材料可以用作隔热、吸声和湿度调节材料。      

有机蒙脱土协同含磷木质素基成炭剂阻燃聚乳酸

将自制含磷木质素基成炭剂（Lig-P）和聚磷酸铵（APP）复配用于制备阻燃聚乳酸（PLA）基复合材料,考察了协效阻燃剂有机蒙脱土（OMMT）对阻燃PLA性能的影响。采用极限氧指数（LOI）仪、垂直燃烧（UL-94）测试仪、锥形量热仪、热失重分析仪分别对Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧行为进行了研究。结果发现,OMMT与Lig-P-APP存在明显的协同阻燃作用,当OMMT替代3wt%的Lig-P-APP时,Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的LOI由27%增加至32%,UL-94等级由V1级提高至V0级;且Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的最大热降解速率有所降低,800℃的残炭量提高了将近50%;此外,OMMT的引入使PLA阻燃复合材料的热释放速率明显降低,热释放速率峰值（PHRR）、烟释放速率峰值（PSPR）及总烟释放量（TSR）分别降低了26.4%、60%及26.3%。OMMT可明显提高阻燃PLA炭层的致密度及石墨化程度。